Bewertung der UV-beständigen Kunststoffoptionen
Im Folgenden finden Sie eine Auswahl langlebiger Materialien, die für eine hohe UV-Beständigkeit von Kunststoffteilen in Frage kommen.
Jeder weiß, dass Sonnenschutz wichtig ist, wenn man sich an den Strand legt oder einen entspannten Samstagnachmittag beim Angeln verbringt. Denn die ultravioletten (UV) Strahlen der Sonne können auf ungeschützter Haut gravierende Schäden hervorrufen und einen schmerzhaften Sonnenbrand oder gar Schlimmeres verursachen. Polymere werden durch UV-Strahlung in ähnlicher Weise geschädigt, wenn auch langsamer und weit weniger dramatisch als beim Menschen.
So führt Sonnenlicht beispielsweise zu Vergilbung und so genanntem „Auskreiden“ oder Bleichen. Diese Verfärbung ist jedoch mehr als nur kosmetischer Natur. Photodegradation kann auch die Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit verringern, sodass Kunststoffe spröde und anfällig für Risse werden und sich unter Einwirkung mechanischer Kräfte dauerhaft verformen können.
In der Summe lässt sich schnell erkennen, warum die Wahl des richtigen Materials bei der Entwicklung und Herstellung von Spritzgussteilen entscheidend ist, wenn diese häufig in Außenbereichen genutzt werden. Glücklicherweise gibt es eine ganze Reihe von UV-beständigen Materialien, die sich allesamt für den Kunststoff-Spritzguss, die CNC-Bearbeitung oder den 3D-Druck eignen. Selbst für Kunststoffe, die nicht als UV-beständig gelten, sind häufig Additive erhältlich, die dazu beitragen, dass das Material weniger anfällig für die Photodegradation ist.
Nachfolgend sind die sieben wichtigsten UV-beständigen Polymere (in unbestimmter Reihenfolge) sowie einige typische Anwendungsbeispiele aufgeführt.
Polycarbonat (PC)
Ein UV-beständiges Polymer, das 3D-gedruckt (und maschinell bearbeitet oder im Spritzgussverfahren hergestellt) werden kann, ist Polycarbonat (PC). Materialanbieter weisen jedoch darauf hin, dass der in Stereolithographie (SLA)-3D-Druckern verwendete Kunststoff „polycarbonatähnlich“ und kein echtes Polycarbonat ist. Ungeachtet dessen sind die Eigenschaften recht ähnlich, und aus gestalterischer Sicht sind beide Materialien im Wesentlichen austauschbar. PC ist nahezu glasklar, jedoch weitaus stoßfester – um etwa das 200-Fache. Durch die extreme Temperaturverträglichkeit eignet es sich gut für Produkte, die regelmäßig im Freien verwendet werden, wie z. B. Schutzbrillen und Gesichtsschutz, Fenster für Schwerlastgeräte, durchsichtige Behälter und vieles mehr, ganz zu schweigen von Behältern für medizinische Anwendungen. Beachten Sie jedoch, dass Polycarbonat zu den teureren UV-beständigen Polymeren gehört.
PMMA, Acryl oder Plexiglas
Polymethylmethacrylat (PMMA) ist besser bekannt als Acryl- oder Plexiglas und stellt eine kostengünstigere sowie härtere Alternative zu PC dar. Je nach Sorte und Verarbeitung kann PMMA gelegentlich spröde werden und ist dann nicht so robust wie PC, weist aber eine größere optische Klarheit und Kratzfestigkeit als PC auf. Acrylglas ist zudem nur etwa halb so schwer wie Glas und außerdem viel stabiler. PMMA ist in fast allen Farben erhältlich (für den Spritzguss) und hat eine Dauerbetriebstemperatur von 70 °C. Es wird häufig für Außenbeschilderungen, Einzelhandelsdisplays und dekorative Paneele verwendet. Protolabs stellt zwar keine Beschilderungen her, bearbeitet und formt dieses UV-beständige Material jedoch regelmäßig für Kunden aus der optischen und wissenschaftlichen Industrie.
PTFE (Teflon)
Sicherlich kennen Sie Polytetrafluorethylen (PTFE) unter dem handelsüblichen Namen Teflon als Material für Kochgeschirr und andere Antihaftbeschichtungen. Dieses bekannte Fluorpolymer verfügt über einen der niedrigsten Reibungskoeffizienten auf dem Markt, und auch wenn seine mechanische Stärke nicht annähernd an die der meisten technischen Polymere heranreicht, bleibt es auch bei weitaus extremeren Temperaturbereichen (-240 °C bis 295,5 °C) funktionsfähig. Darüber hinaus ist PTFE ein hervorragender elektrischer Isolator, flexibel sowie beständig gegen Materialermüdung und bekannt für seine chemische Trägheit. Es ist ein beliebtes Material für die Entwicklung medizinischer Produkte, die es zur Herstellung von Herzpflastern, Bänderersatz und kardiovaskulären Transplantaten verwenden. Wissenschaftler kleiden Reaktionsgefäße und andere Laborgeräte mit PTFE aus, während Automobilhersteller es für Ventilschaftdichtungen, Lagerauskleidungen und Kopfdichtungen verwenden. Zurzeit bieten wir für PTFE-Teile ausschließlich eine CNC-Bearbeitung an. Wie Sie sehen werden, gibt es jedoch noch mehrere UV-beständige Alternativen, die auch für den Kunststoffspritzguss geeignet sind.
POM, Acetal, or Delrin
Polyoxymethylen (POM) wird gelegentlich auch als Acetal, POM oder mit den Namen handelsüblicher Produkte wie Delrin und Celcon bezeichnet, um nur einige zu nennen. Wie viele andere Polymere ist auch POM mit verschiedenen Füllstoffen erhältlich, um die Verschleißfestigkeit, die Ermüdungsstärke oder die elektrischen Eigenschaften zu verbessern, aber auch ohne diese Zusätze ist es sehr robust. Es verfügt über einen niedrigen Reibungskoeffizienten und ist hitze-, verschleiß- sowie UV-beständig, weshalb es in der Automobilindustrie und anderen Außenanwendungen weit verbreitet ist. Da POM jedoch empfindlich auf einige Säuren und Chlor reagiert, ist bei der Verwendung von POM in bestimmten chemischen Umgebungen Vorsicht geboten.
PEI oder Ultem
Das gilt auch für Polyetherimid (PEI), auch Ultem genannt. Wie der Name schon sagt, ist PEI ein Kunststoff mit außergewöhnlich hoher Stärke, der gegen Sonnenlicht, Flammen, hohe Temperaturen und eine Reihe von Chemikalien beständig ist. Außerdem verfügt er über hervorragende elektrische Isolationseigenschaften (d. h. es hat eine hohe Durchschlagsfestigkeit). Auch hier stehen verschiedene Füllstoffe zur Verfügung, um die herausragenden Qualitäten von PEI noch weiter zu verbessern. Es kann auch in transparenter oder lichtdurchlässiger Ausführung hergestellt werden. Da es wiederholter kurzzeitiger Einwirkung von heißem Wasser und Dampf standhält, findet Ultem breite Anwendung in Druckgefäßen bzw. Dampfkesseln und den darin eingesetzten medizinischen Instrumenten. Automobilhersteller verwenden es für Scheinwerferreflektoren und Hitzeabschirmung, Elektronikhersteller setzen PEI in Steckverbindern, Gehäusen und Halterungen ein, während Hersteller in der Luft- und Raumfahrtindustrie PEI in zahlreichen Anwendungsbereichen nutzen, von Kraftstoffventilen und Motorteilen bis hin zu Lebensmittelschalen und Steuerrädern. Einfach gesagt: PEI ist der bevorzugte Werkstoff für eine Vielzahl von maschinell bearbeiteten und spritzgegossenen Komponenten.
PPS
Zu guter Letzt darf Polyphenylensulfid (PPS) nicht in der Hitparade der UV-Beständigkeit fehlen. Wie Ultem (PEI) und in geringerem Maße auch Delrin (POM) ist PPS ein äußerst nützliches Polymer für den technischen Bereich. Es ist auch flammen-, chemikalien-, elektro- und hitzbeständig. Es kann etwas spröde sein, gilt aber ansonsten als robust und langlebig (insbesondere bei einer Verstärkung durch Glasfüllung). Aus diesem Grund wird es häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und Medizintechnik eingesetzt. Bei Protolabs führen wir PPS-Materialien von Ryton oder Fortron, die bei denjenigen, die robuste Spritzgussteile suchen, sehr beliebt sind.
Sie haben das gesuchte Material nicht gefunden? Das ist kein Problem. Bitte bedenken Sie, dass die Hersteller UV-Beständigkeit auch auf andere Weise erzielen können. Wie bereits erwähnt, können viele Polymere, die normalerweise nicht durch ihre Sonnenbeständigkeit glänzen, durch eine Glas-, Faser- oder Metallfüllung strahlungssicherer gemacht werden. Es ist auch möglich, Photodegradation durch mechanische Maßnahmen zu verhindern. So werden beispielsweise PVC- und CPVC-Rohre, die im Freien verwendet werden, oft mit einer UV-beständigen Beschichtung umwickelt oder gestrichen – eine einfache und zweckmäßige Lösung.
Als letzten Aspekt sollten sich die Konstrukteure entsprechender Bauteile fragen, wie lange das Produkt der UV-Strahlung standhalten soll. Im Gegensatz zum Sonnenbrand, den man bereits durch einen Tag am Strand bekommen kann, ist Photodegradation ein langsamer Prozess. Angenommen, die Teile werden nur wenige Monate bzw. ein oder zwei Jahre lang Umwelteinflüssen ausgesetzt, spielt es dann wirklich eine Rolle, ob sie ein wenig vergilben, wenn ansonsten die erforderlichen elektrischen, thermischen oder mechanischen Eigenschaften über die gesamte vorgesehene Lebensdauer erhalten bleiben? Wenn Sie Informationen zu anderen Materialien erhalten oder Alternativen zur Verbesserung der UV-Beständigkeit Ihrer Teile erörtern möchten, wenden Sie sich per Mail an [email protected] oder telefonisch unter der Nummer +49 (0) 89 90 5002 0 an einen unserer Anwendungstechniker.