Hochtemperatur-Kunststoffmaterial

Die Forschung und Entwicklung in den Bereichen Polymerchemie und Materialwissenschaft war Mitte des 20. Jahrhunderts von großer Bedeutung. Als Ergebnis dieser Forschung und Entwicklung entstanden Kunststoffe und Polymere. Diese Materialien waren in der Lage, höheren Temperaturen standzuhalten. Zunächst wurden Polyphenylensulfid und Polytetrafluorethylen entwickelt, die im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen höheren Temperaturen standhielten und standhielten. In den 1970er Jahren stieg in der Luft- und Raumfahrtindustrie die Nachfrage nach Hochtemperaturpolymeren oder -kunststoffen. Die Anstrengungen, die aufgrund der Nachfrage nach leichten Materialien mit hervorragenden mechanischen und thermischen Eigenschaften unternommen wurden, führten zur Entwicklung von Polymeren wie zahlreichen Arten von Polyamiden und Polyetheretherketon.

Letztendlich wurden Metallteile von Flugzeugtriebwerken und deren Strukturkomponenten durch diese leichten und hochtemperaturbeständigen Kunststoffe ersetzt. Herkömmliche Kunststoffe neigen dazu, bei hohen Temperaturen weich zu werden und beginnen dann bei diesen erhöhten Temperaturen zu zerfallen. Hochtemperaturkunststoffe hingegen behalten ihre Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen bei und gelten als geeignet für den Einsatz in Branchen, in denen extreme Betriebsbedingungen herrschen. Zu diesen Eigenschaften gehören chemische Beständigkeit, Dimensionsstabilität und mechanische Eigenschaften, die für die Leistung von Hochtemperaturkunststoffen von entscheidender Bedeutung sind. Diese Hochtemperaturkunststoffe, die dafür entwickelt wurden, hohen Temperaturen in extremen Umgebungen standzuhalten und ihnen standzuhalten, werden auch als technische Thermoplaste oder Hochleistungsthermoplaste bezeichnet.

 

Definition des Hochtemperatur-Kunststoffmaterials

Hochtemperatur-Kunststoffmaterial ist das Material, das speziell für den Einsatz bei hohen Temperaturen und für die Beständigkeit gegen diese hohen Temperaturen entwickelt wurde. Die grundlegende Eigenschaft, die wichtig ist, ist, dass Hochtemperaturkunststoffe ihre strukturelle Integrität und ihre mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen beibehalten. Diese Hochleistungskunststoffe behalten ihre ursprüngliche Form und verformen sich bei Einsatz bei hohen Temperaturen nicht.

Je nach Kunststoffkategorie behalten sie ihre Eigenschaften in einem Temperaturbereich von 150 °C bis über 300 °C. Diese Hochtemperaturkunststoffe werden in Hochtemperaturanwendungen eingesetzt, in denen normale Kunststoffe zerfallen und sich verformen würden und diese hohen Temperaturen nicht aushalten können. Es ist wichtig zu erwähnen, dass Metalle ein hohes Gewicht tragen und auch korrosionsanfällig sind. Vor diesem Hintergrund ersetzen Hochtemperaturkunststoffe in solchen Anwendungen Melamin, da sie leicht und korrosionsbeständig sind.

Hochtemperaturpolymere und Hochtemperaturkunststoffe (Differenzierung)

Die Unterschiede in Zusammensetzung und Struktur unterscheiden Kunststoffe und Polymere. Hochtemperaturpolymere bilden eine große Kategorie, während Hochtemperaturkunststoffe eine Untergruppe dieser breiteren Kategorie sind. Hochtemperaturpolymere bestehen sowohl aus Duroplasten als auch aus Thermoplasten. Zur Synthese dieser Polymere werden fortschrittliche Polymerisationsverfahren angewendet. In den meisten Fällen werden spezielle Verstärkungen oder Zusatzstoffe verwendet, um ihre Leistungsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen zu verbessern.

Hochtemperaturkunststoffe bestehen jedoch nur aus Thermoplasten. Diese Kunststoffe sind dafür ausgelegt, erhöhten Temperaturen standzuhalten und diese auszuhalten, ohne sich zu verformen. Diese Kunststoffe weisen bei hohen Temperaturen nur eine sehr geringe oder gar keine Zersetzung auf. Diese Kunststoffe sind speziell dafür ausgelegt, ihre chemische Beständigkeit, ihre mechanischen Eigenschaften und ihre Dimensionsstabilität in Hochtemperaturumgebungen beizubehalten.

Aus welchen Materialien bestehen Hochtemperaturkunststoffe (Eigenschaften und Anwendungen)?

Die folgenden Materialien fallen in die Kategorie der Hochtemperaturkunststoffe.

1. Polytetrafluorethylen (PTFE)

Dieses Material, das auch als PTFE bezeichnet wird, ist ein ausgezeichneter elektrischer Isolator und wird häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen elektrische Isolierung erforderlich ist. Dieses Material wird auch für Antihaftbeschichtungen, insbesondere in Kochgeschirr, sowie in Dichtungen und Lagern verwendet. Diese Verwendung basiert auf einigen herausragenden Eigenschaften dieses Materials, wie folgt.

• Hohe Temperaturstabilität
• Niedriger Reibungskoeffizient
• Gute chemische Beständigkeit

2. Polyphenylensulfid (PPS)

Dieses PPS-Material ist ein Thermoplast mit teilkristalliner Struktur und folgenden wichtigen Eigenschaften.

• Flammhemmung (inhärent)
• Hohe Temperaturbeständigkeit
• Chemische Beständigkeit
• Dimensionsstabilität

Diese Eigenschaften machen dieses Material für den Einsatz in industriellen Anwendungen geeignet. Dieses Material wird auch im Elektro- und Elektroniksektor bei der Herstellung von Gehäusen und Steckverbindern verwendet. Darüber hinaus wird dieses Material in der Automobilindustrie zur Herstellung von Komponenten unter der Motorhaube verwendet. Gehe zu PPS-Spritzguss um mehr über dieses Material zu erfahren.

3. Flüssigkristallpolymer (LCP)

Dieses Material, das auch als LCP bezeichnet wird, findet in den folgenden Bereichen Anwendung.

• Telekommunikationssektor
• Elektronikindustrie (Schalter- und Steckverbinderfertigung)
• Automobilindustrie (Herstellung von Komponenten im Motorraum)

Dieses Material weist die folgenden wesentlichen Eigenschaften auf, die den Einsatz dieser Materialien in den oben genannten Anwendungen ermöglichen.

• Ausgezeichnete chemische Beständigkeit
• Hohe mechanische Festigkeit
• Gute Dimensionsstabilität
• Ausgezeichnete Steifigkeit

4. Polyetheretherketon (PEEK)

Dieses Material ist ebenfalls thermoplastisch und hat eine teilkristalline Struktur. Es wird auch als PEEK bezeichnet. Dieses Material weist die folgenden Eigenschaften auf.

• Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
• Gute mechanische Eigenschaften
• Ausgezeichnete chemische Beständigkeit
• Stabilität bei erhöhten Temperaturen bis zu 250°C

Unter Berücksichtigung der oben genannten Eigenschaften von PEEK wird es in den folgenden Anwendungen häufig zur Herstellung von Komponenten eingesetzt, die eine Beständigkeit gegen extreme Umweltbedingungen und eine gute mechanische Festigkeit erfordern. Gehe zu Kunststoff-Spritzguss um mehr zu erfahren.

• Halbleiterindustrie
• Automobilindustrie
• Luft- und Raumfahrtindustrie
• Medizinischer Bereich

5. Polyetherimid (PEI)

Dieses Material, das auch PEI genannt wird, bietet folgende wichtige Eigenschaften.

• Flammwidrigkeit
• Gute mechanische Festigkeit
• Hohe thermische Beständigkeit
• Ausgezeichnete Dimensionsstabilität
• Gute elektrische Eigenschaften

Die wichtigsten Anwendungsgebiete dieses Materials liegen in den folgenden Bereichen.

• Medizinischer Bereich (Herstellung sterilisierbarer chirurgischer Instrumente)
• Automobilindustrie
• Elektronikindustrie
• Luft- und Raumfahrt

6. Polyimide (PI)

Polyimid-Material, das auch als PI bezeichnet wird, bietet folgende Eigenschaften.

• Gute mechanische Eigenschaften
• Ausgezeichnete thermische Stabilität bis 400°C
• Gute chemische Beständigkeit
• Geringe Wärmeausdehnung

Dieses Material wird in der Elektronikindustrie, der Luft- und Raumfahrtbranche und der Automobilindustrie für folgende Anwendungen häufig eingesetzt:

• Elektrische Isolierung
• Hitzeschilde
• Motorteile und Ersatzteile
• Leiterplatten

7.  Fluorpolymere (FPE)

In diese breitere Kategorie fallen die folgenden Hochtemperatur-Kunststoffe.

• Fluorethylenpropylen
• Polytetrafluorethylen
• Perfluoralkoxy

Diese Polymere neigen dazu, bestimmte Eigenschaften aufzuweisen, die im Folgenden beschrieben werden.

• Erhöhte Temperaturstabilität
• Hervorragende chemische Beständigkeit (gegen Säuren, Basen und viele Lösungsmittel)
• Niedriger Reibungskoeffizient

Diese Werkstoffe finden vor allem in den folgenden Anwendungen Verwendung.

• Drahtbeschichtungen
• Halbleiterverarbeitung
• Schläuche
• Dichtungen
• Auskleidungen
• Chemische Verarbeitungsanlagen

  8.Polyphenylsulfon (PPSU)

PPSU ist ein thermoplastisches, hochtemperaturbeständiges technisches Kunststoffteil, das in den 1960er Jahren entdeckt wurde. Seine Dichte beträgt 1,24 g/cm2, seine Wasseraufnahme 0,22%, seine Schrumpfrate 1,007 (0,7%), seine Schmelztemperatur 190 °C, seine Wärmeformbeständigkeitstemperatur 1,82 MPa bei 174 °C und seine Langzeitgebrauchstemperatur reicht von -100 °C bis +150 °C. Es handelt sich um eines der hochwertigsten Kunststoffmaterialien unter ihnen.

Einfacher Formprozess für PPSU-Kunststoff

Vortrocknen: PPSU muss vor der Verarbeitung vorgetrocknet werden, um Feuchtigkeit aus dem Material zu entfernen und Hydrolysereaktionen bei hohen Temperaturen zu verhindern. Die Trocknungstemperatur beträgt 90–110 °C, die Trocknungszeit beträgt mindestens 3–4 Stunden.

Vorwärmen: PPSU muss vor dem Spritzgießen vorgewärmt werden, um die Fließfähigkeit des Materials zu verbessern. Die Vorwärmtemperatur liegt üblicherweise zwischen 80 und 120 °C.

Einspritzen: Einspritzen von PPSU in die Form. Einspritzdruck und -geschwindigkeit müssen je nach Typ und Wandstärke des Spritzgussteils bestimmt werden.

Abkühlung: Dies ist praktisch dasselbe wie bei anderen Spritzgussteilen, allerdings benötigt PPSU eine höhere Formtemperatur als ABS- oder PC-Material, sodass die Abkühlzeit normalerweise etwas länger ist, was jedoch von der Wandstärke des Formteils abhängt.

Auswurf: Sobald die PPSU-Spritzgießen Sobald die Teile im Formhohlraum vollständig abgekühlt sind, öffnet sich die Form und das Auswerfersystem wirft das geformte Teil aus der Form aus.

Nachbearbeitung: Einige Teile müssen möglicherweise nachträglich bearbeitet werden, z. B. durch mechanische Bearbeitung, CNC-Drehen, Reinigen usw., je nach Kundenwunsch.

Anwendung von PPUS-Formteilen,

PPUS ist sehr teuer und wird normalerweise in der Elektrogeräte-, Elektronik- und Medizinindustrie, für Babyflaschen, Instrumente sowie in der Luft- und Raumfahrt für hitzebeständige, korrosionsbeständige, hochfeste Teile und Isolierteile, Industriefolien usw. verwendet.

In der folgenden Tabelle sind zu Ihrer Information einige Hochtemperaturmaterialien aufgeführt. Wenn Sie Hochtemperatur-Kunststoffformteile benötigen, können Sie sich gerne an uns wenden.

Merkmal	ASTM-Prüfung	PTFE	PFA	FEP	ETFE	PCTFE	PVDF	SPÄHEN	PPSU	PPS
Schmelzpunkt	(Ungefähre Temperatur:C)	327	308	270	260	211	175	343	250	278
Maximale Dauergebrauchstemperatur	(20000 Stunden, Theoretischer Wert: ℃	260	260	200	150	120	150	260	180	240
Wärmeleitfähigkeit	C177 ((W/cm²K).℃/cm)	0.25	0.25	0.25	0.24	0.21	0.13	0.66	0.45	0.5
Härte (Shore)	Shore D Härteprüfgerät	D50 bis D65	D60	T55 - Die ultimative Lösung	D70 bis D75	D80	D75 bis D85	D85	D85-95	D87-95
Zugfestigkeit (Mpa)	D638	25-40	28-35	20-25	40-50	32-40	40-58	98 – 100	94-100	>150
Druckfestigkeit (Mpa)	D695/1% Verzerrung, 25°C	5-6	5-6	5-6	11	9-12	13-14	25-35	95	27-134
Dehnung (%)	D638	250-450	300-400	270-330	400-450	90-250	300-450	40-50	60-120	200
Schlagfestigkeit (J/m)	D256	160-170	kein Brechen	kein Brechen	kein Brechen	135-145	1105	40-50	690	800
Anteil	D792	2.13-2.22	2.12-2.27	2.12-2.27	1.70-1.86	2.10-2.14	1.76-1.78	1.26 – 1.32	1.32-1.5	1.32-1.5
Schrumpfungsrate	(Theoretischer Wert)	2%-5%	4%	3%-6%	3%-4%	1.5%-2%	1.40%	0.50%	0.50%	0.50%
Dielektrizitätskonstante	D150/106HZ	2.1	2.1	2.1	2.6	2.4	6.43	3.2	3.94	3.5
Elektrische Durchschlagsfestigkeit (MV/V)	D149/Aufnahmezeit, 3,2 mm	19	20	20-24	16	20-24	10	25	6.3	17
Wetterbeständigkeit		exzellent	exzellent	exzellent	exzellent	exzellent	exzellent	exzellent	exzellent	exzellent
Beständigkeit gegen Chemikalien		exzellent	exzellent	exzellent	exzellent	exzellent	exzellent	exzellent	exzellent	exzellent
Flammhemmung, Flammschutz (%)	Begrenzung der Sauerstoffindexkonzentration	>95	>95	>95	>31	>95	>43	>95	>95	>95

Welche Verarbeitungsverfahren gibt es für Hochtemperaturkunststoffe?

Für die Verarbeitung von Hochtemperaturkunststoffen werden spezielle Techniken eingesetzt. Darüber hinaus wird während der Verarbeitung sichergestellt, dass die Eigenschaften der Hochtemperaturkunststoffe, einschließlich mechanischer Festigkeit und Hitzebeständigkeit, während des gesamten Herstellungsprozesses erhalten bleiben.

Die gebräuchlichsten und am weitesten verbreiteten Verarbeitungsverfahren für Hochtemperaturkunststoffe sind die folgenden.

1. Formpressen

Bei diesem Verfahren wird eine offene Formhöhle vorbereitet. Diese Formhöhle wird dann erhitzt und eine berechnete Menge Kunststoff hineingegeben. Danach wird die Form geschlossen und ein angemessener Druck auf das Material ausgeübt. Durch diesen Druck wird das Material komprimiert und in die gewünschte Form gebracht. Mit dieser Methode werden große Teile mit komplexen Geometrien geformt. Diese Teile lassen sich mit anderen Formverfahren nur schwer formen. Zu den Materialien, die im Kompressionsformverfahren verarbeitet werden, gehören Polyetheretherketon, Polyimide und duroplastische Hochtemperaturkunststoffe. Um ein gleichmäßiges und fehlerfreies Endprodukt zu erzeugen, müssen die folgenden Parameter kontrolliert werden.

• Temperatur
• Druck
• Formzeit

2. Spritzguss

Bei diesem Verarbeitungsverfahren wird zunächst eine Formhöhle der gewünschten Form vorbereitet. Anschließend wird das geschmolzene Kunststoffmaterial in diese Formhöhle eingespritzt. Dieses Einspritzen erfolgt unter hoher Temperatur und hohem Druck. Hochtemperaturkunststoffe werden am häufigsten im Spritzgussverfahren verarbeitet. Dieses Verarbeitungsverfahren ist für Artikel mit großen Stückzahlen und komplizierten Formen geeignet. Die im Spritzgussverfahren verarbeiteten Materialien bestehen aus Fluorpolymeren, Polyphenylensulfid, Polyetheretherketon und Polyetherimid. Die Parameter, die kontrolliert werden müssen, um Verformungen zu vermeiden und Dimensionsstabilität zu erreichen, sind wie folgt:

• Abkühlraten
• Temperatur
• Beständigkeit des Formmaterials gegenüber korrosiver Umgebung
• Beständigkeit des Formmaterials gegenüber hohen Temperaturen

3. Extrusion

Bei dieser Methode wird ein Extrusionsverfahren verwendet, um das gewünschte Produkt oder den gewünschten Artikel herzustellen. Bei dieser Verarbeitungstechnik wird eine permanente Matrize mit der gewünschten Form verwendet. Das geschmolzene Kunststoffmaterial wird durch Druckkraft in die Matrize gepresst. Als Ergebnis entsteht ein Produkt mit gleichmäßigem Querschnitt und kontinuierlichem Profil. Um eine thermische Zersetzung zu vermeiden, ist die Kontrolle der Extrusionstemperatur von entscheidender Bedeutung.

Bei der Extrusionsverarbeitung von Hochtemperaturkunststoffen variieren die Qualität des extrudierten Produkts und der gleichmäßige Materialfluss von Material zu Material. Daher werden die Düsengeometrie und das Design der Schnecken angepasst, um die gewünschte Qualität zu erreichen. Zu den am häufigsten im Extrusionsverfahren verarbeiteten Hochtemperaturkunststoffen gehören thermoplastische Verbundwerkstoffe, Fluorpolymere, Polyphenylensulfid und Polyetheretherketon. Die folgenden Produkte werden üblicherweise mit diesem Verarbeitungsverfahren hergestellt.

• Schläuche
• Blätter
• Stäbe
• Profile aus Hochtemperatur-Kunststoffen

4.  Bearbeitung

Bei dieser Verarbeitungstechnik werden verschiedene Maschinen und Werkzeuge verwendet, um die Hochtemperaturkunststoffe zu formen. Die am häufigsten verwendeten Maschinen bei dieser Methode sind CNC-Maschinen, Fräsmaschinen und Drehmaschinen. Diese Art der Verarbeitung wird bei Produkten oder Artikeln angewendet, die komplizierte Geometrien und geringe Stückzahlen aufweisen. Aufgrund der Widerstandsfähigkeit und Zähigkeit des Materials erfordert diese Methode spezielle Werkzeuge und spezielle Techniken. Prüfen PEEK CNC-Bearbeitung um mehr zu erfahren.

Dennoch können mit dieser Technik alle Arten von Hochtemperaturkunststoffen bearbeitet werden. Während des Bearbeitungsprozesses von Hochtemperaturkunststoffen entsteht eine beträchtliche Menge Wärme. Diese Wärme ist entscheidend, um die Maßgenauigkeit des Gegenstands zu destabilisieren und auch den Materialabbau voranzutreiben. Um die nachteiligen Auswirkungen dieser Wärme zu beseitigen, wird während des Bearbeitungsprozesses eine Schmierung durchgeführt.

5. Additive Fertigung

Dieses Verarbeitungsverfahren ist im Vergleich zu anderen Verarbeitungsverfahren einzigartig. Bei dieser Technik werden Hochtemperaturkunststoffe in Form von Filamenten oder Pulvern verwendet. Dieses Pulver wird verwendet, um die Teile Schicht für Schicht herzustellen. Dies wird durch den Einsatz additiver Fertigungstechniken erreicht. Im Wesentlichen gibt es zwei additive Fertigungstechniken, die wie folgt sind.

• Fused Deposition Modellierung
• Selektives Lasersintern

Dieses Verfahren eignet sich für die Herstellung von Prototypen. Es können jedoch auch Teile mit komplexen Geometrien hergestellt werden. Bei diesem Verarbeitungsverfahren entsteht nur minimaler Materialabfall. Es gibt zahlreiche Hochtemperaturkunststoffe, die mit additiven Fertigungsverfahren kompatibel sind. Zu diesen Materialien gehören Polyetheretherketon und Polyetherimid. Dieses Verfahren erfordert eine sehr genaue Kontrolle der Prozessparameter, um die geforderte Maßgenauigkeit und die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Darüber hinaus ist für dieses Verarbeitungsverfahren eine spezielle Ausrüstung erforderlich, die mit Hochtemperaturkunststoffen umgehen kann.

Schlussfolgerung

Die Materialwissenschaft erreicht neue Horizonte und zeigt dank Hochtemperaturkunststoffen Fortschritte. Diese Materialien bieten einzigartige und besondere Eigenschaften, darunter mechanische Festigkeit, Stabilität bei hohen Temperaturen und Beständigkeit gegen Chemikalien wie Säuren, Basen und Lösungsmittel. Hochtemperaturkunststoffe haben die Herstellung von Ersatzteilen und Produkten höchster Leistung ermöglicht, die robust, leicht und langlebig sind. In der Folge haben alle wichtigen Sektoren und Branchen eine Revolution erlebt, darunter die Elektronik, die Automobilindustrie, die Medizin und die Luft- und Raumfahrt.

Herkömmliche Kunststoffe können hohen Temperaturen nicht standhalten und zersetzen sich. Hochtemperaturkunststoffe eignen sich jedoch sehr gut für diese Anwendungen, da sie die herausragende Fähigkeit besitzen, erhöhten Temperaturen standzuhalten. Darüber hinaus sind Hochtemperaturkunststoffe korrosionsbeständig und widerstandsfähig gegen mechanische Beanspruchung. Diese Materialien verlängern die Lebensdauer von Produkten und Ersatzteilen aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften wie Ermüdungsbeständigkeit, Dimensionsstabilität und elektrische Isolierung unter extremen Betriebsbedingungen.

Hohe Temperatur Kunststoffe werden von Tag zu Tag wichtiger, da der Industriesektor eine hohe Leistungsfähigkeit von Komponenten und Ersatzteilen verlangt. Fortschrittliche Forschung und Entwicklung in den Bereichen Materialwissenschaft und Verarbeitungsmethoden zeigen, dass diese Materialien für höhere Anforderungen eingesetzt werden können. Dies wird zu mehr Effizienz, Nachhaltigkeit und Sicherheit in zahlreichen Sektoren führen.