PEEK (Polyetheretherketon) ist ein fortschrittlicher technischer Kunststoff mit mehreren vorteilhaften Eigenschaften. Dazu gehören Hochtemperaturelastizität, Abriebfestigkeit, Biokompatibilität, Ultrahochvakuumbeständigkeit, hervorragende Chemikalienbeständigkeit und Eignung für CNC-Bearbeitung. PEEK ist ein teilkristalliner Thermoplast, der kontinuierlich bei Temperaturen bis zu 260 °C betrieben werden kann und eine hohe chemische Beständigkeit aufweist. Es ist jedoch zu beachten, dass bestimmte Säuren wie Schwefelsäure das Material auflösen. Die CNC-Bearbeitung von PEEK ist eine gängige Methode zur Herstellung von Teilen, die in extremen Umgebungen eingesetzt werden, in denen mechanische Festigkeit, chemische Stabilität und/oder hohe Temperaturbeständigkeit erforderlich sind. Zu den Anwendungen gehören Komponenten für die Medizin-, Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie.
Erstmals 1978 entdecktPEEK ist unglaublich hitze-, abrieb- und ermüdungsbeständig. PEEK ist außerdem kriechbeständig, d. h. es behält seine Form auch in rauen Umgebungen und hohen Temperaturen sowie bei mechanischer Belastung. PEEK ist nicht nur robust, sondern auch leicht und einfach herzustellen. Da PEEK physikalisch leicht und dennoch äußerst beständig gegen korrosive Substanzen ist, eignet es sich ideal für viele Herstellungsverfahren. PEEK kann mittels Spritzguss oder additiver Fertigung zur Herstellung kundenspezifischer Teile verarbeitet werden und sein hoher Schmelzpunkt (343 °C) ermöglicht schnellere Vorschübe und Geschwindigkeiten. PEEK kann auch zur Herstellung von Teilen CNC-bearbeitet werden. Unter den verschiedenen Fertigungsmethoden ist die CNC-Bearbeitung von PEEK wiederholbar und genau und kann Teile mit engen Toleranzen herstellen.
Es gibt zwei Arten von gängigem PEEK: PEEK in Industriequalität, PEEK in medizinischer Qualität und glasfaserverstärktes PEEK.
PEEK in Industriequalität
PEEK in Industriequalität ist ein starker, flammhemmender, abriebfester Thermoplast mit hoher Schlagfestigkeit und niedrigem Reibungskoeffizienten. Es ist dafür bekannt, dass es seine mechanischen Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen beibehält. Wie der Name schon sagt, wird diese Sorte am häufigsten in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Chemie-, Elektronik-, Erdöl- sowie Lebensmittel- und Getränkeindustrie verwendet.
- Zugfestigkeit: 14,000 psi
- Zugmodul: 590,000 psi
- Wasseraufnahme: 0.50 % über 24 Stunden
- Schmelzpunkt: 343°C (fast 650°F)
- Entflammbarkeitsklasse UL 94 V-0: (0.059″ Dicke)
Medizinisches PEEK (TECAPEEK)
PEEK nach USP-Klasse-VI-Standards wie TECAPEEK MT sind biokompatible Varianten, die speziell für den Einsatz in der Medizintechnik entwickelt wurden. Es zeichnet sich durch eine sehr hohe chemische Beständigkeit, Beständigkeit gegenüber verschiedenen Sterilisationsmethoden und die Fähigkeit aus, seine mechanischen Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen beizubehalten. PEEK in medizinischer Qualität wird typischerweise in medizinischen Anwendungen und Geräten verwendet, die einen begrenzten Kontakt mit Haut und Gewebe erfordern. PEEK der USP-Klasse VI übersteht mehrere Sterilisationszyklen ohne Qualitätsverlust.
- Zugfestigkeit, Streckgrenze (MPa): 96.5–110
- Bruchdehnung (%):30-50
- Härte (Rockwell M): 94-99
- Wärmeformbeständigkeit (°C): 160
- Glasübergangstemperatur (°C): 150
Glasfaserverstärktes PEEK – PEEK GF30
GF30 PEEK ist eine zu 30 % glasgefüllte Variante von PEEK. GF30 bietet im Vergleich zu ungefülltem PEEK für allgemeine Zwecke eine überlegene Steifigkeit und höhere mechanische Festigkeit. Glasverstärktes PEEK bietet außerdem eine höhere Dimensionsstabilität und Kriechfestigkeit. Dieses Material ist ideal für Teile, die hohen statischen Belastungen bei erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. Aufgrund der abrasiven Wirkung von Glasfasern auf Passflächen ist PEEK GF30 für Lager- oder Schleifanwendungen weniger geeignet.
- Zugfestigkeit, Streckgrenze (MPa): 101–157
- Bruchdehnung (%):2.2-5
- Härte (Rockwell M): 103
- Wärmeformbeständigkeit (°C): 316
- Maximale Betriebstemperatur (°C): 260–300
Eigenschaften von PEEK
1. Hervorragende chemische Beständigkeit, elektrische Beständigkeit und Temperaturbeständigkeit
PEEK-Material weist eine hohe chemische Beständigkeit auf. Es verfügt über eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit wie Nickelstahl und behält auch bei hohen Temperaturen eine nicht korrodierende und intakte chemische Struktur bei. Unter normalen Umständen kann nur konzentrierte Schwefelsäure diesen Kunststoff auflösen.
PEEK weist eine hohe elektrische Leistung bei hoher Temperatur und hoher Frequenz auf. Aufgrund seiner stabilen chemischen Struktur bei chemischem Angriff können PEEK-Teile unter hohen Dosen ionisierender Strahlung einwandfrei funktionieren.
PEEK weist außerdem eine hohe Beständigkeit gegen Gammastrahlung auf, die deutlich höher ist als die von Polystyrol (das strahlungsbeständigste Material für allgemeine Harzanwendungen). Diese Eigenschaft macht es für Hochleistungsdrähte geeignet, um eine gute Isolierung zu gewährleisten.
PEEK-Material ist sehr langlebig und hat einen hohen Schmelzpunkt. Daher funktioniert es bei der Verarbeitung von Hochtemperaturspitzen sehr gut und verformt sich bei höheren Temperaturen nicht.
2. Hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit, stabile Leistung auch bei hohen Temperaturen
PEEK-Material gewährleistet aufgrund seiner guten Verarbeitungseigenschaften eine hohe Bearbeitbarkeit bei der Kunststoff-CNC-Bearbeitung. Obwohl es sich um ein Ultrahochtemperatur-Thermoplastmaterial handelt, kann es mit verschiedenen Materialverarbeitungsmethoden verarbeitet werden.
Zu diesen Verfahren gehören Spritzguss, Extrusionsformen, Schmelzspinnen und dergleichen. Die Verarbeitbarkeit bei hohen Temperaturen und die hohen thermischen Zersetzungseigenschaften von PEEK gewährleisten diese Kompatibilität. Darüber hinaus ist dieser Thermoplast bei der Verbrennung ein selbstverlöschendes Material; Es entstehen kaum oder gar keine giftigen Gase und Dämpfe.
3. Hervorragende mechanische Eigenschaften, Kriechfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Reibungsbeständigkeit.
PEEK und andere Hochtemperatur-Thermoplaste weisen eine hohe Schlagzähigkeit auf und behalten ihre Abmessungen bei erhöhten Temperaturen. Es hat einen niedrigen Längenausdehnungskoeffizienten und eine gute Dimensionsstabilität. PEEK weist von allen anderen Kunststoffen die höchsten Ermüdungs- und Spannungsbeständigkeitseigenschaften auf. Darüber hinaus verfügt es über eine ausgezeichnete Kriechfestigkeit (die Fähigkeit eines Stoffes, sich bei längerer Belastung langsam zu verformen). Diese Eigenschaft macht es zu einem geeigneten Material, um enormen Belastungen bei der Verarbeitung standzuhalten. PEEK verfügt über eine hervorragende Verschleißfestigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Daher behält es unter verschiedenen physikalischen Druckbedingungen, Oberflächenrauheiten, Temperaturen und Geschwindigkeiten relativ zur Kontaktfläche eine hohe Verschleißfestigkeit bei.
4. Geringe Wasseraufnahme, Strahlungsbeständigkeit
Die Verwendung von PEEK zur Herstellung von Maschinen- oder Instrumententeilen trägt dazu bei, dass diese Teile ihre chemische Struktur und Leistung in Nassbereichen beibehalten. Aufgrund seiner Hydrolysebeständigkeit auch bei erhöhten Temperaturen ist es ideal für feuchte Umgebungen, unter Druck stehendes heißes Wasser oder Dampf.
Faktoren, die bei der CNC-Bearbeitung von PEEK-Teilen berücksichtigt werden müssen
PEEK ist ein sehr anpassungsfähiges Material, es sind jedoch einige technische Überlegungen zu beachten, um die besten Ergebnisse zu erzielen.
#1 Glühen von PEEK-Kunststoff vor der CNC-Bearbeitung
Glühen: Da PEEK eine geringere Dehnung als andere Kunststoffe aufweist, kann es bei tiefem Bohren zu Rissen kommen. Oft ist eine besondere Handhabung erforderlich, um thermische Risse und andere Schäden durch innere Spannungen zu minimieren. Dies erfordert ein Tempern des PEEK-Kunststoffs vor der Verarbeitung. PEEK-Kunststoff ist typischerweise in verschiedenen Größen als Stäbe, Platten oder spritzgegossene Rohlinge erhältlich. Doch bevor mit der Bearbeitung dieser Teile begonnen werden kann, muss die angesammelte Spannung durch Glühen entfernt werden. Hierbei handelt es sich um einen Wärmebehandlungsprozess, bei dem der Kunststoff auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt, über einen bestimmten Zeitraum gehalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Das Glühen erhöht die Kristallinität von PEEK-Teilen und reduziert innere Spannungen, wodurch die Möglichkeit von Oberflächenrissen während CNC-Schneidvorgängen verhindert wird. Beachten Sie jedoch Folgendes: Wenn Sie planen, PEEK-Werkstücke über einen längeren Zeitraum zu bearbeiten, müssen Sie möglicherweise einen zusätzlichen Glühvorgang durchführen.
#2 Verwendung von Hartmetall- und polykristallinen Werkzeugen
Alle PEEK-Sorten wirken abrasiv auf Schneidwerkzeuge, was bedeutet, dass sie bei CNC-Schneidvorgängen Schäden und Verschleiß am Werkzeug verursachen können. Daher empfehlen wir Ihnen, für kleine Chargen gängiger PEEK-Sorten Hartmetallwerkzeuge zu verwenden. Für glasfaser- und kohlenstofffaserverstärkte PEEK-Typen sollten Sie jedoch möglicherweise polykristalline (PKD) Werkzeuge in Betracht ziehen, insbesondere bei langen Fertigungsläufen.
#3 Verwenden Sie das richtige Kühlmittel
Obwohl PEEK beispielsweise sehr hitzebeständig ist, leitet es die Wärme nicht gut ab und muss während der CNC-Bearbeitung gekühlt werden, um Bruch oder Verformung zu verhindern. Standardmäßiges flüssiges Kühlmittel (auf Erdölbasis) ist ideal zum Schneiden von PEEK-Kunststoff in Industriequalität. Standardmäßige flüssige Kühlmittel können jedoch die Biokompatibilität von PEEK in medizinischer Qualität beeinträchtigen und es für die Herstellung medizinischer Komponenten ungeeignet machen. Bei AN-Prototype empfehlen wir Ihnen, PEEK-Kunststoff in medizinischer Qualität mit Druckluft oder gereinigtem Wasser zu kühlen.
#4 Verwenden Sie die richtigen CNC-Bearbeitungsparameter
Um PEEK-Teile ohne Überraschungen CNC-bearbeiten zu können, müssen Sie sicherstellen, dass Sie beim Bohren, Fräsen und Drehen die richtigen Bearbeitungsparameter verwenden. AN-Prototype fasst die idealen Schnittgeschwindigkeits- und Vorschubgeschwindigkeitsbereiche für die Herstellung von PEEK-Teilen zusammen.
#5 Vermeiden Sie Umweltverschmutzung
Kontaminationen stellen bei der Verarbeitung von PEEK-Kunststoff in medizinischer Qualität ein ernstes Problem dar, da sie dessen Biokompatibilität beeinträchtigen können. Daher sollten beim Umgang mit PEEK-Teilen Schutzhandschuhe getragen werden. Darüber hinaus sollten Sie verarbeitete PEEK-Teile in medizinischer Qualität in luftdichten Behältern aufbewahren, um eine Kontamination zu verhindern.
Anwendungen von PEEK-Teilen
Die drei Hauptindustrien, die PEEK-Komponenten verwenden, sind der Industriesektor, der Gesundheitssektor sowie die Lebensmittel- und Getränkeindustrie.
Industrielle Anwendung
PEEK in Industriequalität ist im Wesentlichen rein und weist eine hohe mechanische und chemische Stabilität auf. Dies minimiert die Kontamination und maximiert die Sicherheit für Chemie- und Energieanwendungen sowie Komponenten für die Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Elektronikindustrie. Bei Industrierädern und Pumpen übertrifft PEEK sogar Metalle wie Edelstahl.
Medizinische Anwendung
PEEK kann Komponenten für die Gesundheitsbranche herstellen, beispielsweise orthopädische Geräte und Wirbelsäulenfusionsgeräte. Bei der Herstellung mit biokompatiblen Methoden kann PEEK auch in Zahnimplantaten, Prothesen und mehr verwendet werden.
Lebensmittel- und Getränkeanwendungen
PEEK wurde kürzlich von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) als sicher für den Kontakt mit Menschen zugelassen, wenn es richtig zubereitet wird. Jetzt hält PEEK Einzug in die Lebensmittel- und Getränkeindustrie für Komponenten wie Kochgeschirr, Getränkespender und -düsen sowie für Verarbeitungsanwendungen.