PEEK und Hochleistungskunststoffe im Spritzguss — Ein Technischer Leitfaden für Anspruchsvolle Umgebungen
Ein Konstrukteur eines Medizingeräteherstellers spezifiziert das Gehäuse eines implantierbaren chirurgischen Instruments, das zwischen den Eingriffen bei 134 °C autoklaviert wird. Das Bauteil ist 65 mm lang mit 2,2 mm Wandstärke, vier Gewindeeinsätzen und einem Schnappdeckel. Der erste Prototyp wurde aus PEEK-Rundmaterial spanend gefertigt und funktionierte einwandfrei — aber bei 380 $ pro spanend gefertigtem Teil schließt das Produktionskostenmodell bei 5.000 Einheiten pro Jahr nicht. Die offensichtliche Antwort ist Spritzguss. Die weniger offensichtliche Antwort ist, dass das Spritzgießen von PEEK nicht dasselbe ist wie das Spritzgießen von ABS mit einem heißeren Zylinder.
Ein anderer Ingenieur — bei einem Anbieter von Öl- und Gasinstrumentierung — konstruiert ein Bohrlochsensor-Gehäuse, das einer Dauerbelastung von 180 °C, 15 MPa Druck und Schwefelwasserstoff standhalten muss. Die Shortlist der Materialien, die in dieser Umgebung funktionieren, hat genau einen Eintrag: PPS. Aber PPS wird bei 320–340 °C verarbeitet, greift Standard-Werkzeugstahl durch korrosive Ausgasungen an und hat die Schmelzviskosität von kaltem Honig. Der lokale Spritzgießbetrieb kalkulierte den Auftrag mit Standard-ABS-Zykluszeitannahmen und zog sich zurück, als er das Materialdatenblatt sah.
Hochleistungsthermoplaste — PEEK, PPS, PEI (Ultem), LCP, PSU (Polysulfon) und PES — befinden sich in einem anderen Universum als ABS, PP und Nylon, die die meisten Spritzgießproduktionspläne füllen. Sie erfordern Zylindertemperaturen von 300 °C bis 420 °C, Werkzeugtemperaturen von 120 °C bis 200 °C, spezielle Stahllegierungen, die sowohl Hitze als auch Korrosion widerstehen, und eine Prozessdisziplin, die null Fehlertoleranz lässt. Dieser Leitfaden behandelt, was sich ändert, wenn man von technischen Harzen in die Hochleistungsklasse wechselt.
Was einen Kunststoff „Hochleistung" macht
Die Kunststoffindustrie unterteilt Thermoplaste nach Dauergebrauchstemperatur und Kosten in drei Stufen:
| Stufe | Dauergebrauchstemperatur | Preisspanne ($/kg) | Beispiele |
|---|---|---|---|
| Standard | <80 °C | $1,50–3,00 | PP, PE, PS, PVC |
| Technisch | 80–140 °C | $3,50–8,00 | ABS, PC, PA6/66, POM, PBT |
| Hochleistung | >150 °C | $25–120+ | PEEK, PPS, PEI, LCP, PSU, PES, PAI, PI |
Die Grenze zwischen technisch und Hochleistung ist nicht nur die Temperatur. Es sind die Verarbeitungsschwierigkeit und die Kosten pro Kilogramm. Wenn ein Material 80 $/kg kostet, wiegt ein 20-g-Schuss 1,60 $ allein an Rohmaterial — bevor man Maschinenzeit, Arbeit und Gemeinkosten hinzurechnet. Ein Kaltkanalsystem, das 40 % des Schusses verschwendet, wird zu einem Kostenproblem, für das Standard-Kaltkanalauslegungen nie gebaut wurden. Ein einziger Kurzschuss mit PEEK bei 80 $/kg kostet mehr an Ausschussmaterial als die Tagesausschussrate mit ABS.
Hochleistungskunststoffe teilen vier Eigenschaften, die den Spritzgießansatz bestimmen:
- Zylindertemperaturen über 300 °C — nahe der thermischen Zersetzungsschwelle des Polymers selbst, was ein enges Verarbeitungsfenster lässt.
- Werkzeugtemperaturen über 120 °C — erfordern Ölheizung oder elektrische Heizpatronen anstelle von Wasser und machen Standard-Wasserkühlung unmöglich.
- Korrosive Ausgasungen — Schwefelverbindungen aus PPS, Fluorspuren aus Fluorpolymeren und saure Nebenprodukte, die P20 und Standard-Werkzeugstähle angreifen.
- Hohe Schmelzviskosität — PEEK bei 380 °C fließt eher wie kaltes Polycarbonat als wie heißes ABS und erfordert höhere Einspritzdrücke und größere Angusspunkte trotz der erhöhten Temperatur.
Dies sind keine Materialien, die man auf einer Universalmaschine mit einer Standard-P20-Form fahren und produktionsreife Teile erwarten kann.
Materialprofile — Wann man welches einsetzt
PEEK (Polyetheretherketon)
Der bekannteste Hochleistungsthermoplast und derjenige, dem die meisten Ingenieure zuerst begegnen, wenn ihre Anwendung den Standardmaterialien entwachsen ist.
| Eigenschaft | Ungefülltes PEEK | 30 % glasfaserverstärktes PEEK | 30 % kohlenstofffaserverstärktes PEEK |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 95–100 MPa | 155–170 MPa | 210–230 MPa |
| Biegemodul | 4,0 GPa | 9,5–10,5 GPa | 13–15 GPa |
| Wärmeformbeständigkeit @ 1,8 MPa | 152 °C | 315 °C | 320 °C |
| Dauergebrauchstemperatur | 250 °C | 250 °C | 260 °C |
| Verarbeitungstemperatur | 360–400 °C | 370–400 °C | 380–410 °C |
| Erf. Werkzeugtemperatur | 160–190 °C | 170–200 °C | 180–200 °C |
| Preis ($/kg) | $80–110 | $65–85 | $90–130 |
PEEKs bestimmende Eigenschaft ist die Kombination aus hoher Dauergebrauchstemperatur (250 °C), exzellenter chemischer Beständigkeit (widersteht fast allem außer konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure) und mechanischen Eigenschaften, die an Aluminium bei einem Fünftel des Gewichts heranreichen. Medizinisches PEEK (Invibio PEEK-OPTIMA, Solvay Zeniva) ergänzt die ISO-10993-Biokompatibilität für implantierbare und chirurgische Anwendungen.
Die Verarbeitungsherausforderung: PEEK ist teilkristallin, das heißt, es muss in ein Werkzeug bei 160–200 °C gespritzt werden, damit sich die Polymerketten während des Abkühlens zu kristallinen Strukturen ordnen können. Ist das Werkzeug zu kalt, erstarrt das Teil in einem amorphen Zustand mit reduzierten mechanischen Eigenschaften, geringerer chemischer Beständigkeit und höherer Dimensionsinstabilität bei anschließender Wärmeeinwirkung. Ein bei 100 °C Werkzeugtemperatur gespritztes PEEK-Teil erreicht etwa 20–30 % Kristallinität; bei 180 °C erreicht es 35–40 % — und der Unterschied in Verschleißfestigkeit und chemischer Beständigkeit ist signifikant genug, um zu bestimmen, ob das Teil die Qualifikation besteht oder nicht.
PPS (Polyphenylensulfid)
Das Arbeitstier für chemische Verarbeitung und Automobil-Motorraumanwendungen. Günstiger als PEEK ($12–25/kg) und inhärent flammhemmend ohne Additive.
| Eigenschaft | Ungefülltes PPS | 40 % glasfaserverstärktes PPS |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 70–85 MPa | 150–170 MPa |
| Biegemodul | 3,8 GPa | 12–14 GPa |
| Wärmeformbeständigkeit @ 1,8 MPa | 110 °C | 260 °C |
| Dauergebrauchstemperatur | 200 °C | 220 °C |
| Verarbeitungstemperatur | 310–340 °C | 320–345 °C |
| Erf. Werkzeugtemperatur | 130–150 °C | 135–150 °C |
PPS ist der chemisch beständigste der erschwinglichen Hochleistungskunststoffe — beständig gegen praktisch alle Lösungsmittel, Säuren und Basen unter 200 °C, einschließlich der Schwefelwasserstoff- und Salzlaugen-Umgebungen, die in Öl- und Gasbohrlochausrüstung vorkommen. Während PEEK $80–110/kg kostet, macht 40 % glasfaserverstärktes PPS bei $8–15/kg die Hochtemperatur-Chemikalienbeständigkeit für Produktionsstückzahlen wirtschaftlich tragfähig.
Die Verarbeitungshaftung: PPS erzeugt schwefelhaltige Ausgasungen während des Spritzgießens, die Standard-Werkzeugstahl korrodieren. P20-Formen, die mit PPS laufen, zeigen sichtbare Oberflächenkorrosion innerhalb von 5.000–10.000 Schuss. Die Lösung ist korrosionsbeständiger Werkzeugstahl — H13 mit Verchromung, rostfreier 1.2083 oder für längere Serien ausscheidungshärtende Güten wie M340. Die höheren Stahlkosten werden durch die Vermeidung der Werkzeugaufarbeitungszyklen ausgeglichen, die P20 erfordern würde.
PEI (Polyetherimid, Markenname Ultem)
Das transparent-bernsteinfarbene technische Arbeitstier, das die technische und die Hochleistungsklasse verbindet. PEI bietet eine Dauergebrauchstemperatur von 170 °C zu etwa $15–25/kg.
| Eigenschaft | Ungefülltes PEI | 30 % glasfaserverstärktes PEI |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 105 MPa | 150–160 MPa |
| Biegemodul | 3,3 GPa | 8,5–9,0 GPa |
| Wärmeformbeständigkeit @ 1,8 MPa | 200 °C | 210 °C |
| Verarbeitungstemperatur | 340–400 °C | 350–400 °C |
| Erf. Werkzeugtemperatur | 130–165 °C | 135–165 °C |
PEI ist die Standardwahl für Medizingeräte, die einer wiederholten Dampf-Autoklavsterilisation bei 134 °C standhalten müssen — chirurgische Instrumentengriffe, Zahnarzt-Handstückgehäuse und Sterilisationsschalen. Es besitzt ISO-10993- und USP-Klasse-VI-Biokompatibilitätsbewertungen, ist inhärent flammhemmend (UL 94 V-0 bei 0,4 mm) und bietet Transparenz für Anwendungen, bei denen eine visuelle Inspektion interner Komponenten erforderlich ist.
Der Verarbeitungsvorbehalt: PEI ist hygroskopisch und nimmt schnell Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft auf. Die Verarbeitung von PEI mit einer Restfeuchte über 0,02 % führt zur Hydrolyse beim Aufschmelzen, die die Polymerketten abbaut und sowohl sichtbaren Silberschlieren auf der Bauteiloberfläche als auch reduzierte mechanische Eigenschaften erzeugt. Die Trocknungsanforderungen sind strikt: 150 °C für mindestens 4 Stunden in einem Trockenlufttrockner mit einem Taupunkt unter −30 °C. Ein Behältertrockner ist nicht ausreichend — das Material muss in einem geschlossenen Trockenluftsystem getrocknet und mit trockener Luft zur Maschine gefördert werden.
LCP (Liquid Crystal Polymer)
Der Spezialist für dünnwandige, hochpräzise Elektronikkomponenten. LCP füllt Wände bis hinunter zu 0,2 mm und liefert Dimensionsstabilität, die kein anderer Thermoplast erreichen kann.
| Eigenschaft | Ungefülltes LCP | 30 % glasfaserverstärktes LCP |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 140–180 MPa | 150–180 MPa |
| Biegemodul | 9–12 GPa | 13–16 GPa |
| Wärmeformbeständigkeit @ 1,8 MPa | 250–310 °C | 270–320 °C |
| Verarbeitungstemperatur | 300–350 °C | 330–380 °C |
| Werkzeugtemperatur | 80–120 °C | 80–120 °C |
LCP ist unter den Hochleistungsthermoplasten einzigartig, weil es mit konventionellen Werkzeugtemperaturbereichen gespritzt werden kann — 80–120 °C sind mit Druckwasser erreichbar, wodurch die Ölheizungsanforderung entfällt, die PEEK- und PPS-Werkzeuge verkompliziert. LCP fließt bei Verarbeitungstemperatur wie Wasser, weil die stäbchenförmige Molekularstruktur sich in Fließrichtung ausrichtet und ein selbstverstärkendes Verhalten erzeugt, das außergewöhnliche Festigkeit in Fließrichtung liefert.
Der Kompromiss: LCP-Eigenschaften sind stark anisotrop. Die Zugfestigkeit in Fließrichtung kann 3–4× höher sein als in Querrichtung. Bindenähte in LCP sind mechanische Schwachstellen, weil die molekulare Orientierung die Bindenahtgrenzfläche nicht überquert — anders als bei teilkristallinen Materialien, wo Polymerketten teilweise über die Grenzfläche diffundieren können. Die Angussposition für LCP muss so ausgelegt werden, dass Bindenähte in mechanisch belasteten Bereichen vermieden werden.
Werkzeugkonstruktion für die Hochtemperaturverarbeitung
Stahlauswahl
Standard-P20-Werkzeugstahl (1.2311) ist für Werkzeugbetriebstemperaturen bis etwa 180 °C ausgelegt. Oberhalb dieser Temperatur erleidet P20 eine Anlass-Erweichung — die Härte fällt von den anfänglichen 28–32 HRC, und der Stahl verliert an Verschleißfestigkeit an Trennebene, Auswerferbohrungen und Angusspunkten.
| Werkzeugstahl | Max. Werkzeugtemp. | Korrosionsbeständigkeit | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| P20 (1.2311) | ~180 °C | Niedrig | Nicht für Hochleistungspolymere empfohlen |
| H13 (1.2344) | ~250 °C | Niedrig | PEEK-Kleinserien (<50k Schuss) |
| H13 verchromt | ~250 °C | Mittel | PEEK, PEI Mittelserien |
| Rostfrei 420 (1.2083) | ~250 °C | Hoch | PPS, PEEK Produktionsserien |
| M340 / M333 | ~280 °C | Sehr hoch | PEEK, PPS, PEI Langzeitserien |
| H13 nitriert | ~260 °C | Mittel-Hoch | Erweiterte PEEK/PPS-Serien, verbesserter Verschleiß |
Für den Formenbau mit Hochleistungsmaterialien ist die Standardempfehlung H13 (48–52 HRC) mit Verchromung auf den Kavitätsoberflächen für PEEK und PEI sowie rostfreier 1.2083 oder M340 für PPS, wo Korrosionsbeständigkeit zwingend erforderlich ist.
Thermisches Management
Ein Werkzeug, das bei 180 °C läuft, erfordert einen grundlegend anderen Ansatz für das thermische Management als eines, das bei 60 °C läuft:
Ölheizung, nicht Wasser. Wasser bei Atmosphärendruck siedet bei 100 °C. Druckwassersysteme können 140–160 °C erreichen, erfordern jedoch druckfeste Rohrleitungen, Sicherheitsüberdruckventile und laufende Wartung. Für Werkzeugtemperaturen über 160 °C sind ölbasierte Werkzeugtemperiergeräte (Öl-TCU) die Standardlösung, die Wärmeträgeröl bei bis zu 200–220 °C zirkulieren.
Isolationsplatten. Ein Werkzeug, das bei 180 °C direkt auf eine Maschinenaufspannplatte montiert ist, wirkt als Kühlkörper in den Maschinenrahmen und erzeugt Temperaturgradienten zwischen der Mitte und den Rändern des Werkzeugs. Isolationsplatten (typischerweise 10–15 mm Phenol- oder glasfaserverstärkter Verbundwerkstoff) zwischen Werkzeuggrundplatte und Maschinenaufspannplatten reduzieren den Wärmeverlust zur Maschine um 60–70 % und verbessern die Temperaturgleichmäßigkeit über die Kavität.
Heizpatronen für lokale Zonen. Heißes Öl liefert die Basis-Werkzeugtemperatur, aber lokale Bereiche — tiefe Kerne, dünne Stahlbereiche, ölfern gelegene Zonen — erfordern zusätzliche elektrische Heizpatronen mit unabhängiger PID-Regelung. Ein Ansatz mit konturnaher Kühlung unter Verwendung 3D-gedruckter Einsätze mit konturnahen Heizkanälen kann gleichmäßige Heizung auf komplexe Kavitätsgeometrien liefern, die gebohrte gerade Ölleitungen nicht erreichen können.
Angusspunkt- und Kaltkanalauslegung
Hochleistungsmaterialien verändern die Wirtschaftlichkeit von Kaltkanalsystemen. Bei 80 $/kg für PEEK verbraucht ein Kaltkanal, der 30 g pro Schuss verbraucht und als Mahlgut zurückführt, 2,40 $ pro Schuss an Material, das zurückgewonnen werden muss. Aber PEEK-Mahlgut kann nicht einfach zu 100 % wieder beigemischt werden — die thermische Vorgeschichte jedes Spritzgießzyklus baut die Polymerketten leicht ab, und die meisten PEEK-Verarbeiter begrenzen das Mahlgut auf 20–30 % des Neuware-Anteils, um die mechanischen Eigenschaften zu erhalten.
Das Ergebnis: Für PEEK und ähnlich teure Materialien amortisiert sich ein Heißkanalsystem, das den Kaltkanal vollständig eliminiert, schnell. Die Kosten eines Heißkanalsystems — typischerweise $3.000–8.000 pro Düse für hochtemperaturfähige Systeme — werden durch Materialeinsparung innerhalb von 1.000–3.000 Schuss bei PEEK-Preisen zurückgewonnen.
Heißkanalsysteme für Hochtemperaturmaterialien müssen für Dauerbetrieb bei 380–420 °C ausgelegt sein, korrosionsbeständige Komponenten im Schmelzweg verwenden und Temperaturgleichmäßigkeit innerhalb von ±2 °C über alle Düsen aufrechterhalten. Standard-Heißkanalsysteme, die für 300 °C ausgelegt sind, versagen schnell bei der Verarbeitung von PEEK — die internen Dichtungen, Heizbänder und Thermoelementisolierungen sind nicht für Dauerbetrieb bei 400 °C ausgelegt.
Verarbeitungsparameter — Was das Datenblatt nicht sagt
Materialhersteller veröffentlichen empfohlene Verarbeitungsfenster, aber die praktische Realität beim Fahren dieser Materialien ist enger als die Datenblattangaben:
Verarbeitungsrealität für PEEK
| Parameter | Datenblatt-Bereich | Praktisches Fenster | Warum |
|---|---|---|---|
| Zylindertemperatur | 340–400 °C | 370–390 °C | Unter 370 °C ist die Schmelzviskosität zu hoch für dünne Wände. Über 390 °C beginnt die Zersetzung innerhalb von 5–8 Minuten Verweilzeit |
| Werkzeugtemperatur | 140–220 °C | 170–190 °C | Unter 170 °C fällt die Kristallinität unter 30 %. Über 190 °C verlängert sich die Zykluszeit über praktikable Grenzen für die meisten Bauteilgeometrien |
| Einspritzgeschwindigkeit | Mittel-Schnell | Schnell | PEEK-Schmelze erstarrt schnell bei Kontakt mit jeder Oberfläche unter 350 °C. Ein langsamer Füllvorgang erzeugt Zögermarkierungen an jedem Wanddickensprung |
| Nachdruck | 60–100 MPa | 80–100 MPa | PEEK hat eine hohe Formteildichte (1,30–1,55 g/cm³ je nach Füllstoff) und entsprechend hohe Volumenschwindung. Niedriger Nachdruck erzeugt Lunker in dicken Querschnitten |
| Kühlzeit | Variabel | So kurz wie möglich | Die „Kühlphase" bei PEEK ist tatsächlich die Kristallisationsphase — das Werkzeug hat 180 °C, das Teil kühlt also nicht im traditionellen Sinne unter Tg. Der zyklusbestimmende Faktor ist die Zeit bis zum Erreichen ausreichender Kristallinität für Dimensionsstabilität beim Auswerfen |
Das Kristallinitätsproblem
Teilkristalline Hochleistungspolymere — PEEK, PPS und in geringerem Maße PEI — leiten ihre mechanischen Eigenschaften und ihre chemische Beständigkeit von der kristallinen Struktur ab, die sich während der kontrollierten Abkühlung aus der Schmelze bildet. Der Kristallinitätsgrad wird durch die Abkühlrate von der Massetemperatur bis unter die Glasübergangstemperatur bestimmt:
- Schnelle Abkühlung (kaltes Werkzeug, dünne Wand): niedrige Kristallinität → geringere Festigkeit, geringere chemische Beständigkeit, höhere Dimensionsänderung bei anschließender Erwärmung
- Langsame Abkühlung (heißes Werkzeug, dicke Wand): hohe Kristallinität → höhere Festigkeit, höhere chemische Beständigkeit, Dimensionsstabilität bei Erwärmung
- Tempern: Wärmenachbehandlung nach dem Spritzgießen kann die Kristallinität in Teilen erhöhen, die mit unzureichender Werkzeugtemperatur gespritzt wurden, fügt jedoch einen sekundären Prozessschritt hinzu und birgt das Risiko von Dimensionsänderungen während des Temperzyklus
Die praktische Konsequenz: Ein PEEK-Teil, gespritzt bei 140 °C Werkzeugtemperatur und später im Einsatz 200 °C ausgesetzt, erfährt eine zusätzliche Kristallisation bei der Einsatztemperatur, was eine Dimensionsänderung von bis zu 0,5–1,0 % erzeugt. Ein bei 180 °C Werkzeugtemperatur gespritztes Teil hat bereits nahezu Gleichgewichtskristallinität erreicht und zeigt bei 200 °C vernachlässigbare Dimensionsänderung. Die Werkzeugtemperatur ist nicht nur ein Prozessparameter — sie bestimmt, ob das Teil nach dem ersten thermischen Zyklus im Feld noch in die Baugruppe passt.
Anwendungen und Auswahllogik
Medizingeräte
PEEK ist das Standardmaterial für chirurgische Instrumentengriffe, endoskopische Gerätekomponenten und implantierbare Gerätegehäuse, die einer wiederholten Dampf-Autoklavsterilisation standhalten müssen. Der 134-°C-Autoklavzyklus eliminiert technische Standardkunststoffe — ABS und PC würden erweichen und sich verziehen; PA6/6 würde innerhalb von 50–100 Zyklen hydrolysieren. PEEK übersteht Tausende von Autoklavzyklen ohne messbare Eigenschaftsverschlechterung.
PEI (Ultem) ist die transparente Alternative für Medizingeräte, bei denen eine visuelle Inspektion interner Komponenten durch das Gehäuse erforderlich ist. PEIs natürliche bernsteinfarbene Transparenz und Dampfbeständigkeit machen es zum Standardmaterial für Sterilisationsschalen und zahnärztliche Handstückgehäuse.
Luftfahrt
PEEK und PEI konkurrieren bei Flugzeuginnenraumkomponenten, wo die FAA-Brandschutzanforderungen (14 CFR 25.853) die meisten Standard- und technischen Kunststoffe eliminieren. PEEK erfüllt die strengsten OSU-Wärmefreisetzungsanforderungen ohne flammhemmende Additive — ein Vorteil gegenüber PEI, das auf seine inhärente FR-Chemie angewiesen ist, aber in einigen Typen eine etwas höhere Rauchdichte erzeugen kann.
Kohlenstofffaserverstärktes PEEK wird zunehmend für den Metallersatz in strukturellen Flugzeugbauteilen eingesetzt und ersetzt spanend gefertigtes Aluminium durch spritzgegossene Teile mit 70 % Gewichtsreduktion. Die Wirtschaftlichkeit der Metall-zu-Kunststoff-Umwandlung ist überzeugend, wenn die Gewichtseinsparung sich in Treibstoffverbrauchsreduzierung über die Lebensdauer des Flugzeugs übersetzt.
Öl und Gas
PPS dominiert Bohrlochinstrumentierungs- und Sensorgehäuse. Die Kombination aus Dauerbetrieb bei 180–200 °C, Beständigkeit gegen H₂S, Salzlauge und Kohlenwasserstoffexposition sowie Kosten, die für Produktionsstückzahlen tragfähig sind ($12–25/kg für gefüllte Typen), macht PPS zum Material der Wahl für diese Branche. PEEK wird eingesetzt, wenn die Temperaturanforderung 220 °C übersteigt oder höhere mechanische Lasten vorliegen, jedoch zu 4–8× höheren Materialkosten.
Elektronik und Steckverbinder
LCP ist das Standardmaterial für hochdichte elektrische Steckverbinder, SMD-Sockel und Chipträger. Die Kombination aus 0,2-mm-Wandfähigkeit, Dimensionsstabilität durch bleifreie Löttemperaturen (260 °C Spitze) und inhärenter Flammhemmung macht LCP in präzisen Elektronikanwendungen unersetzlich.
Qualitätskontrolle für Hochleistungsteile
Die Qualitätskontrolle für Hochleistungskunststoffteile ergänzt das Standardprüfprotokoll um mehrere Prüfungen:
- Kristallinitätsprüfung — Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) an gespritzten Proben misst den Kristallinitätsgrad und die Glasübergangstemperatur. Bei 1:1.000 Stichprobe für PEEK- und PPS-Teile, bei denen die Anwendung thermische Zyklen oder Chemikalienexposition beinhaltet.
- Eigenspannungsprüfung — Prüfung unter polarisiertem Licht oder Spannungsrissbeständigkeitstest mit Lösungsmittel-Tauchprüfung (nach ASTM D543) deckt eingespritzte Spannungen auf, die im Einsatz zu umgebungsbedingter Spannungsrissbildung führen könnten. Relevant für PEI- und PSU-Medizingeräte, die Reinigungs- und Desinfektionsmitteln ausgesetzt sind.
- Schmelzindex-Nachprüfung (MFR) — Jede Materialcharge sollte vor der Verwendung auf MFR geprüft werden. Hochleistungsmaterialien, die Feuchtigkeit aufgenommen haben oder unsachgemäß gelagert wurden, zeigen MFR-Abweichungen vom Lieferantenzertifikat — was auf Polymerabbau hinweist, bevor das Material überhaupt den Zylinder erreicht.
- Dimensionsstabilität nach thermischer Konditionierung — Kritische Maße gemessen vor und nach einem 2-stündigen Tempern bei der maximalen Einsatztemperatur, um Teile zu erkennen, die mit unzureichender Kristallinität gespritzt wurden. Bestanden/Nicht bestanden: Δ-Maß <0,2 % nach thermischer Exposition.
- 100 % visuelle Prüfung unter Vergrößerung — Bei Materialkosten von $80+/kg sind die Kundenerwartungen an die kosmetische Qualität entsprechend hoch. Silberschlieren, Verunreinigungssprenkel und Fließlinien, die bei einem ABS-Teil akzeptabel wären, sind bei einer PEEK-Medizingerätekomponente Ausschussgrund.
Der Ingenieur des Medizingeräteherstellers erhielt schließlich eine Produktionsform in rostfreiem 1.2083, Heißkanalsystem, ölbeheizt auf 180 °C, fahrend ungefülltes medizinisches PEEK bei 385 °C Zylindertemperatur mit einer Zykluszeit von 48 Sekunden. Die Stückkosten fielen von $380 (spanend) auf $18,50 (gespritzt) — und das Teil bestand 1.000 Autoklavzyklen ohne Dimensionsänderung.
Der Öl- und Gas-Instrumentierungsingenieur wechselte zu 40 % glasfaserverstärktem PPS in einer H13-verchromten Form bei 145 °C, fahrend bei 330 °C Zylindertemperatur. Das Sensorgehäuse bestand den 180-°C/15-MPa-Qualifikationstest des Kunden und ging in die Serienproduktion zu $28 pro Gehäuse — gegenüber der Alternative aus spanend gefertigtem Edelstahl zu $320.
Hochleistungsthermoplaste belohnen Prozessdisziplin. Das Fenster ist enger, der Stahl kostet mehr und das Material ist weniger verzeihend — aber das Ergebnis ist ein Kunststoffteil, das in Umgebungen funktioniert, in denen die meisten Metalle einen Kühlmantel benötigen.