Verwendung von Hochleistungs-PEEK- und PEI-Kunststoffen für die CNC-Bearbeitung und Spritzguss
Kunststoffe haben sich in den letzten mehr als 50 Jahren weiterentwickelt - von Gehäusen und Platten, die das Gewicht reduzierten, weniger scharfe Kanten aufwiesen und mehr Optionen für die Produktgestaltung boten, bis hin zu den heutigen Hochleistungskunststoffe wie PEI und PEEK, die die Effizienz von Teilen erhöhen oder Metalle ersetzen
In der Technik denken wir bei Kunststoffen oft an Kostensenkungen bei gleichzeitiger Steigerung der Produktionskapazität in der Serienfertigung oder an bessere Designmöglichkeiten durch Spritzguss- statt geformter Teile. Wir können uns nicht immer von dem Eindruck befreien, dass Kunststoff in den Augen einiger Kunden "billig" ist.
Wenn wir uns die Kunststoffe ansehen, die in der Werkzeugkiste eines modernen Designers zur Verfügung stehen, sehen wir neue Optionen, die für Anwendungen entwickelt wurden, die weitaus anspruchsvoller sind als die, mit denen wir ursprünglich gearbeitet haben. Man denke nur an die Entwicklung medizinischer Geräte und die Luft- und Raumfahrt, wenn man hohe Erwartungen an Leistung und Sicherheit hat.
Ein Sprung von mehr als 50 Jahren nach vorn. Die heutigen Kunststoffe sind leicht, stark und vielseitig, und Kunststoffteile können spritzgegossen, CNC-gefräst oder 3D-gedruckt werden.
Zwei der gängigsten Spezialwerkstoffe, die wir für diese Umgebungen in Betracht ziehen, sind PEEK (Polyetheretherketon) und PEI (Polyetherimid). Sie kennen PEI vielleicht unter dem Markennamen ULTEM (R). Diese beiden Kunststoffe haben viele gemeinsame Eigenschaften, aber es gibt auch klare Gründe, den einen dem anderen vorzuziehen.
Die Grundlagen von PEI- und PEEK-Kunststoffen
Sowohl PEEK als auch PEI gelten als Hochleistungskunststoffe, und je nachdem, für welchen Typ Sie sich entscheiden, sind sie in Form von Blöcken, Stäben, Pulvern oder Granulaten erhältlich. Häufig werden Teile aus PEEK oder PEI in Umgebungen verwendet, in denen Temperaturen oder chemische Einflüsse ein Problem darstellen könnten. Mit anderen Worten: Sie verwenden diese Kunststoffe wahrscheinlich nicht einfach, weil Sie es können. Es handelt sich um spezielle Kunststoffe für sehr spezifische Anwendungen. PC, ABS, PA oder POM sind gebräuchlichere Kunststoffe, die wesentlich preiswerter sind.
Nehmen wir an, Sie benötigen ein Spritzgussteil in den Farben Ihres Markenzeichens. Da PEI und PEEK erst bei sehr hohen Temperaturen schmelzen, können die Kunden ihre eigenen Materialien liefern, die bereits die passenden Farbstoffe enthalten. Dadurch wird sichergestellt, dass die Pigmente im Kunststoff der Hitze standhalten können, ohne ihre Farbe zu verändern.
Alles in allem sollten Sie sich die in den Datenblättern der Unternehmen beschriebene Materialleistung und die durch die Sorten/Formulierungen definierten Erwartungen genau ansehen und diese dann mit Ihren Erwartungen und Bedürfnissen abgleichen. Die Hersteller von Kunststoffen leisten hervorragende Arbeit, wenn es darum geht, zu beschreiben, warum es eine bestimmte Kunststoffsorte gibt, und bieten technische Unterstützung an, um Sie bei der Auswahl der richtigen Sorte für Ihre Anwendung zu unterstützen.
PEI-Kunststofftypen im Vergleich
Bei Protolabs führen wir zwei Arten von PEI: Ultem 1000 und Ultem 2300. Drei davon sind für den Spritzguss vorrätig, aber nur die letzten beiden sind für die Herstellung von CNC-gefrästen Teilen verfügbar. Die Hauptvorteile der Materialien sind ihre hohe Wärmebeständigkeit, Schlagfestigkeit und Festigkeit.
| Material | Spritzguss | CNC-Bearbeitung |
|---|---|---|
| PEI | RTP 2100 LF | ✓ | |
| PEI | ULTEM 2200 (20% GF) | ✓ | |
| PEI | ULTEM 1000 | ✓ | ✓ |
| PEI | ULTEM 2300 (30% GF) | ✓ |
Glasfasern (GF in der obigen Tabelle) werden PEI manchmal zugesetzt, um es hitzebeständiger zu machen oder, um einer Kompression entgegenzuwirken, die bei bestimmten Anwendungen auftreten kann. Glasfasern sind zwar ein Standardzusatz, aber es können auch andere Additive zugesetzt werden, die andere Vorteile bieten.
Kohlefasern beispielsweise sorgen für ein leichteres, aber dennoch stabiles Bauteil. Außerdem helfen sie, Wärme abzuleiten und die elektrische Leitfähigkeit zu verringern.
Teflon wird PEI-basierten Teilen zugesetzt, um die Schmierfähigkeit bzw. Gleitfähigkeit zu erhöhen. Kugellager und Drehgelenke werden häufig aus PEI hergestellt, das mit Teflon imprägniert wurde, um ein stabiles Teil zu erhalten, das der Reibung standhält.
In PEI vorcompoundiertes Siliziumdioxid (SiO2 ) erhöht die Festigkeit des Teils.
Vergleich der PEEK-Kunststofftypen
Es gibt zwei Grundtypen von PEEK-Produkten. Standard-PEEK wird beim CNC-Fräsen verwendet, während Victrex 450G für das Spritzgießen erhältlich ist. Was alle PEEK-Produkte besonders auszeichnet, ist ihre hervorragende Verschleißfestigkeit, die noch erhöht werden kann, wenn ihnen in einem Spritzgussteil andere Produkte hinzugefügt werden. Weitere Vorteile sind chemische Beständigkeit, Sterilisierbarkeit, Steifigkeit und Festigkeit. Viele der in PEI verwendeten Additive können in PEEK vorcompoundiert werden, um seine Basiseigenschaften beim Spritzgießen zu verändern.
| Material | Spritzguss | CNC-Bearbeitung |
|---|---|---|
| PEEK | ✓ | |
| Victrex 450G | ✓ |
Wer verwendet PEEK und PEI Produkte?
PEI ist überall. Erinnern Sie sich an Ihren letzten Flug? Sie waren umgeben von Kunststoffverkleidungen aus PEI. Medizinische Geräte aus PEI profitieren von der Fähigkeit des Materials, den hohen Temperaturen zu widerstehen, die für ihre Sterilisierung erforderlich sind. Einige PEI-Teile sind zwar lebensmitteltauglich, aber am häufigsten sieht man PEI-Teile in der Elektronik, in Geräten, in der Öl- und Gasindustrie und in der Luft- und Raumfahrt.
PEEK ist träge, d. h. es ist unwahrscheinlich, dass es chemisch mit den umgebenden Materialien reagiert. Das macht es ideal für Teile in der Lebensmittelindustrie. PEEK ist gegen fast alle Chemikalien beständig, auch gegen Schwefel- oder Salpetersäure. Weitere gängige Anwendungen für Teile aus PEEK sind Halbleiter und die Elektronikindustrie, Öl und Gas, Luft- und Raumfahrt sowie medizinische Geräte.
Schlussfolgerung: Berücksichtigen Sie die Anforderungen an die Teileleistung und die Kosten
Inzwischen können Sie sich denken, dass Leistung nicht billig ist. PEI kostet etwa 15-20 Mal mehr als andere gängige Kunststoffe, und PEEK kann angesichts seiner hervorragenden Spezifikationen die Kosten eines PEI-Teils verdoppeln. PEI ist in der Regel nachsichtiger bei der Verarbeitung im Spritzgussverfahren und bei der Herstellung von Werkzeugen, aber PEEK kann schwieriger zu verarbeiten sein. Aufgrund seiner Hochtemperaturleistung kann die Verwendung von PEEK zu einer potenziell kostspieligeren Werkzeugausstattung führen.
Die Entscheidung, ob Sie PEEK oder PEI für Ihre Teile verwenden, hängt von zwei Faktoren ab: den Leistungsanforderungen des Teils und den Kosten. Wenn Sie erwarten, dass das Teil in chemisch ungünstigen Umgebungen oder in Umgebungen mit hohen Temperaturen eingebaut wird, benötigen Sie einen Kunststoff, der nicht reaktiv ist, um Ihrem Teil Langlebigkeit zu verleihen. Obwohl wir oft dazu neigen, die Kosten über die Fähigkeiten zu stellen, kann ein Blick auf die Industrienormen oder die Listen der zugelassenen Materialien dazu führen, dass Sie Ihre Stückzahl und die Gesamtkosten der Herstellung anpassen müssen. Die zusätzlichen Kosten könnten sich angesichts der Leistung und Langlebigkeit des Teils lohnen. Manchmal sind PEI und PEEK die Lösung.
Es gibt noch einen weiteren Kunststoff, den Sie für die CNC-Bearbeitung in Betracht ziehen könnten: PPSU (Polyphenylsulfon oder Radel (R)) ist wie PEEK und PEI ebenfalls flammhemmend gemäß UL 94 V-0.
Detaillierte Informationen zu allen Thermoplasten, die Protolabs auf Lager hat, finden Sie in unseren umfangreichen Datenblättern für Spritzguss und CNC-Bearbeitung.