Polyetheretherketon (PEEK)

Polyetheretherketon (PEEK)

Wichtigste Erkenntnisse

• Dauereinsatztemperatur um 250 °C, kurzzeitig deutlich darüber.
• Außergewöhnliche Chemikalienbeständigkeit – einschließlich Beständigkeit gegen Hydrolyse und wiederholte Dampfsterilisation.
• Es lässt sich mit einem Faserlaser gut beschriften, weil das aromatische Grundgerüst ohne Additiv leicht karbonisiert.
• Dieselbe Reaktionsträgheit wehrt Klebstoffe ab, sodass das Kleben eine aggressive Vorbehandlung erfordert.

Polyetheretherketon (PEEK)

Polyetheretherketon ist ein teilkristalliner Hochleistungs-Thermoplast aus aromatischen Ringen, die über Ether- und Ketongruppen verknüpft sind. Er bietet Dauereinsatztemperaturen um 250 °C sowie herausragende Beständigkeit gegen Chemikalien, Hydrolyse, Verschleiß und Ermüdung. Er steht in Leistungsfähigkeit wie Kosten an der Spitze der technischen Thermoplaste und wird dort spezifiziert, wo sonst ein Metall nötig wäre.

Dieses starre aromatische Grundgerüst ist für im Grunde jede Eigenschaft verantwortlich, für die PEEK gekauft wird. Es widersteht thermischem Abbau und chemischem Angriff und hält seine mechanischen Eigenschaften bei Temperaturen, bei denen die meisten technischen Kunststoffe längst erweicht sind. Zugleich macht es das Polymer teuer in der Herstellung und anspruchsvoll in der Verarbeitung.

PEEK im Vergleich zu Alternativen

Ehrlicherweise wird PEEK häufig überspezifiziert. Wo Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit ohne extreme Zähigkeits- oder Verschleißanforderungen gefragt sind, liefert PPS einen großen Teil der Leistungsfähigkeit zu einem Bruchteil des Preises.

Anforderungen an die Verarbeitung

• Sehr hohe Massetemperatur, typischerweise etwa 360–400 °C, was dafür ausgelegte Maschinen und Werkzeuge erfordert. Standardanlagen können PEEK nicht verarbeiten.
• Heiße Werkzeuge sind unerlässlich. Die Werkzeugtemperatur bestimmt die Kristallinität, und die Kristallinität bestimmt die chemische und mechanische Leistung, für die das Bauteil spezifiziert wurde. Ein zu kaltes Werkzeug erzeugt ein Teil, das korrekt aussieht und dennoch unterdurchschnittlich performt.
• Trocknung vor der Verarbeitung, trotz geringer Feuchteaufnahme im Einsatz.
• Tempern wird häufig vorgeschrieben, um die Kristallisation zu vervollständigen und Spannungen abzubauen – insbesondere bei spanend bearbeiteten Bauteilen und bei Teilen mit thermischer Wechselbelastung.
• Die spanende Bearbeitung erzeugt Wärme, die die Kristallinität lokal verändern kann; scharfe Werkzeuge und ausreichende Kühlung sind wichtiger als bei Standardkunststoffen.

Beschriftung und Kleben von PEEK

Wo PEEK zum Einsatz kommt

• Medizinische Implantate und Instrumente – biokompatible Typen, Strahlendurchlässigkeit und Beständigkeit gegen wiederholtes Autoklavieren. Wirbelsäulenimplantate sind eine Paradeanwendung.
• Innen- und Strukturbauteile der Luft- und Raumfahrt, wo das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und das Brandverhalten die Kosten rechtfertigen.
• Dichtungen, Stützringe und Steckverbinder in der Öl- und Gasförderung, die heißen aggressiven Medien unter Druck ausgesetzt sind.
• Halbleiterfertigung, wo Reinheit und Chemikalienbeständigkeit schwerer wiegen als der Preis des Bauteils.
• Lager, Buchsen und Verschleißteile, die die Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit nutzen, die PEEK von PPS unterscheidet.
• Additive Fertigung, zunehmend, wobei die Kontrolle der Kristallinität in gedruckten Teilen die zentrale technische Schwierigkeit bleibt.

Diagnose von Verarbeitungsproblemen bei PEEK

Verwandte Begriffe und weiterführende Informationen

• Polyphenylensulfid (PPS)
• Oberflächenenergie
• Laserbeschriftung von Hochtemperatur-Kunststoffen
• Pharmazeutische und medizinische Fertigung

Anwendung in der Produktion

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Häufig gestellte Fragen

Benötigt PEEK ein Laseradditiv zur Beschriftung?

Nein. Das aromatische Grundgerüst karbonisiert leicht, sodass PEEK unter einem Faserlaser ohne Zusätze einen guten dunklen Kontrast liefert. Die praktische Schwierigkeit ist das Gegenteil des Polyolefin-Problems: Es lässt sich so leicht beschriften, dass die Energie zurückgenommen werden muss, und kohlenstoffgefüllte Typen sind bereits dunkel, was den erreichbaren Kontrastbereich unabhängig von den Parametern begrenzt.

Warum ist PEEK so schwer zu kleben?

Die chemische Reaktionsträgheit, die es im Einsatz so wertvoll macht, lässt Klebstoffen kaum etwas zum Reagieren, und seine Oberflächenenergie ist niedrig im Verhältnis zu dem, was die meisten Klebstoffsysteme benötigen. Erforderlich ist eine aggressive Vorbehandlung – Niederdruck-Kaltgasplasma oder eine aufgebrachte Silikatschicht wie Pyrosil sind die praktikablen Wege –, und das Ergebnis sollte per Kontaktwinkel überprüft statt vorausgesetzt werden.

Wann ist PPS die bessere Wahl gegenüber PEEK?

Häufig. Wo hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit ohne extreme Anforderungen an Zähigkeit, Verschleiß oder Ermüdung gefragt sind, liefert PPS einen großen Teil der Leistungsfähigkeit zu einem Bruchteil der Kosten und ist von Haus aus flammhemmend. PEEK rechtfertigt seinen Aufpreis durch Zähigkeit, Verschleiß-, Ermüdungs- und Hydrolysebeständigkeit; wo diese nicht die entscheidenden Randbedingungen sind, ist es oft überspezifiziert.

Warum ist die Werkzeugtemperatur bei PEEK so wichtig?

Weil sie die Kristallinität steuert, und die Kristallinität steuert die chemische Beständigkeit, Dimensionsstabilität und mechanische Leistung, für die das Bauteil spezifiziert wurde. Ein zu kühl laufendes Werkzeug erzeugt ein Teil, das völlig korrekt aussieht und dennoch hinter seinem Datenblatt zurückbleibt; der Mangel zeigt sich möglicherweise erst im Einsatz. Tempern wird häufig vorgeschrieben, um die Kristallisation zu vervollständigen, insbesondere bei spanend bearbeiteten Teilen.

Kann PEEK wiederholt sterilisiert werden?

Ja, und das ist einer seiner entscheidenden Vorteile. Es übersteht wiederholtes Dampfautoklavieren, Gammabestrahlung und Ethylenoxid ohne nennenswerten Eigenschaftsverlust, weshalb es wiederverwendbare chirurgische Instrumente und implantierbare Anwendungen dominiert. Wird eine Markierung zur Kennzeichnung aufgebracht, sollte diese über die validierte Zyklenzahl erneut bewertet werden, statt anzunehmen, dass sie ebenso gut altert wie das Substrat.

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