Aufrufe: 0 Autor: Site-Editor Veröffentlichungszeit: 07.01.2026 Herkunft: Website
Polyetheretherketon (PEEK)
Wie wähle ich die richtige Note aus?
Polyetheretherketon wird üblicherweise als PEEK abgekürzt. Dieses hochtemperaturbeständige Polymer ist für seine außergewöhnlichen mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften bekannt. Gerade deshalb findet man es in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Medizin- und Elektronikindustrie.
Doch die eigentliche Frage ist: Wie unterscheidet sich PEEK von anderen Hochtemperaturkunststoffen? Warum entscheiden sich Ingenieure gezielt für PEEK gegenüber anderen alternativen Materialien?
In diesem Leitfaden erklären wir Ihnen, wie PEEK hergestellt wird und was auf molekularer Ebene passiert. Basierend auf Ihren spezifischen Anforderungen und Ihrer Anwendung unterstützen wir Sie dann bei der Auswahl der idealen PEEK-Sorte auf unserer Plattform.
SPÄHEN
Definition, chemische Struktur und Synthese
Was ist PEEK-Kunststoff?
Polyetheretherketon (PEEK) gehört zur Familie der Polyketone (PEK, PEEK, PEEKK, PEKK, PEKEKK).
Unter ihnen ist PEEK der am weitesten verbreitete und in Massenproduktion hergestellte Typ.
Die Abkürzung PEEK verrät alle Informationen über sein chemisches Rückgrat:
Poly : Viele sich wiederholende Einheiten (es ist ein Polymer)
Ether : Sauerstoffbindungen in der Kette
Ether : Ein weiterer Satz Sauerstoffbindungen
Keton : Carbonylbindungen (C=O).
Gerade diese spezielle Anordnung chemischer Bindungen verleiht PEEK seine herausragenden Eigenschaften. PEEK wird seit den frühen 1980er Jahren von Imperial Chemical Industries (ICI, später Victrex PLC) kommerzialisiert und ist ein vollständig recycelbarer Kunststoff.
Chemische Struktur von PEEK
Molekulare Zusammensetzung
Auf molekularer Ebene besteht PEEK aus aromatischen Ringen (Benzolringstrukturen), die durch Ether- und Ketonbindungen verbunden sind. Seine Struktur ist wie folgt:
CAS-Nummer: 29658-26-2
Chemischer Name: Poly(oxy-1,4-phenylen-oxy-1,4-phenylen-carbonyl-1,4-phenylen)
Chemische Formel: (C19H14O3)n
Die Wiederholungseinheit enthält:
Drei aromatische Ringe (sorgen für Steifigkeit und thermische Stabilität)
Zwei Etherbindungen (–O–) (bieten Flexibilität und Zähigkeit)
Eine Ketongruppe (C=O) (verbessert die chemische Beständigkeit und Festigkeit)
Die aromatischen Ringe bilden das starre, hitzebeständige Grundgerüst. Die Etherbindungen bieten ausreichend Flexibilität, um Sprödigkeit zu verhindern. Die Ketongruppe trägt zur chemischen Beständigkeit und Hochtemperaturleistung bei. Es ist diese präzise Kombination, die PEEK von anderen Polymeren unterscheidet.
Halbkristalline Natur
PEEK ist ein teilkristallines Polymer. Seine interne Struktur besteht aus zwei Regionen:
Synthese von PEEK
Das PEEK-Polymer wird durch Stufenwachstumspolymerisation (nukleophile Substitutionspolykondensation) von Bisphenolsalzen hergestellt.
Monomervorbereitung
Die beiden wichtigsten beteiligten Monomere sind:
4,4'-Difluorbenzophenon oder 1,4-Bis(4-fluorbenzoyl)benzol
Hydrochinon
Die Reaktion wird in Gegenwart von Alkalicarbonaten durchgeführt. Hydrochinon wird mit einer starken Base (z. B. Natriumcarbonat) behandelt, um sein Natriumsalz zu bilden.
Polymerisation
Das Natriumsalz von Hydrochinon reagiert mit 4,4'-Difluorbenzophenon in einem polaren aprotischen Lösungsmittel (z. B. Diphenylsulfon) bei hohen Temperaturen (ca. 300 °C).
Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine nukleophile aromatische Substitution, bei der das Phenolatsalz die Fluoratome in Difluorbenzophenon angreift und Etherbindungen bildet.
Der Polymerisationsprozess läuft weiter und es bilden sich immer längere Polymerketten.
Trennung und Reinigung
Die resultierende Polymerlösung wird abgekühlt und in einem Nichtlösungsmittel (wie Wasser) ausgefällt, um das PEEK-Polymer abzutrennen.
Anschließend wird das Polymer gewaschen und getrocknet, um Verunreinigungen zu entfernen.
Aufgrund seines starren aromatischen Polymergerüsts weist dieses Polymer die höchsten thermischen Übergangstemperaturen aller kommerziell erhältlichen Polymere auf. Dadurch können sie bei Temperaturen bis 240°C eingesetzt werden.
Leistungsvergleich mit anderen Hochtemperaturpolymeren
PEEK bietet eine einzigartige Kombination aus mechanischen, chemischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften. Das Verständnis der einzigartigen Eigenschaften von PEEK ist entscheidend, um Ihnen bei der Auswahl der richtigen Sorte für Ihre Anwendung zu helfen. Schauen wir uns die besonderen Eigenschaften von PEEK-Polymeren an.
Physikalische Eigenschaften
PEEK ist ein teilkristalliner technischer Hochleistungsthermoplast.
Die Kristallinität verleiht ihm eine ausgezeichnete Toleranz gegenüber einer Vielzahl von Flüssigkeiten. Es bietet außerdem eine hervorragende Ermüdungsbeständigkeit.
PEEK ist in allen gängigen Lösungsmitteln unlöslich und unterliegt keiner Hydrolyse.
Kann 1000 Stunden lang in Dampf oder Druckwasser ohne wesentliche Leistungseinbußen verwendet werden. Daher weist PEEK eine hervorragende Sterilisationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen auf.
PEEK weist eine gute Dimensionsstabilität, inhärente Reinheit und Biokompatibilität auf.
Mechanische Eigenschaften
PEEK-Polymere weisen hervorragende mechanische Eigenschaften auf.
PEEK verfügt über außergewöhnliche Zugeigenschaften, hohe Festigkeit und Zähigkeit.
Das Polymer weist außerdem eine hervorragende Kriechfestigkeit auf. In Kombination mit seinen Biege- und Zugeigenschaften bietet es eine hervorragende Leistungsbalance. Zum Beispiel bei Anwendungen, bei denen Materialien hohen Belastungen bei erhöhten Temperaturen über lange Zeiträume ohne bleibende Verformung standhalten müssen.
PEEK behält auch bei sehr hohen Temperaturen einen guten Biegemodul bei.
Teile aus PEEK sind leicht. Sie können in rauen Umgebungen länger arbeiten.
Thermische Eigenschaften
PEEK und seine Verbundwerkstoffe eignen sich für Hochtemperaturanwendungen, einschließlich Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, im Strukturbau, in der Elektrotechnik und in der Biomedizin. Zu den thermischen Eigenschaften von PEEK-Polymeren gehören:
Hoher Schmelzpunkt (Tm): 343 °C
Hohe Glasübergangstemperatur (Tg): 143 °C
Hohe Dauergebrauchstemperatur: Bis zu 260 °C
Elektrische Eigenschaften
PEEK-Polymere weisen einen hohen Volumen- und Oberflächenwiderstand auf.
PEEK behält über einen weiten Temperaturbereich gute Isoliereigenschaften bei und wird weniger von Umweltveränderungen beeinflusst.
Entflammbarkeit
PEEK hat bei einer Dicke von 1,45 mm die Flammschutzklasse V0.
PEEK hat einen limitierenden Sauerstoffindex (LOI) von 35 %.
Die Rauchentwicklung und die Entwicklung giftiger Gase sind äußerst gering.
Verstärkung
Das Hinzufügen von Verstärkungen zu PEEK-Polymeren kann deren Kriech- und Ermüdungsbeständigkeit verbessern und die Wärmeleitfähigkeit und Wärmeformbeständigkeit weiter verbessern. Zum Beispiel:
Der Biegemodul des Polymers kann durch Zugabe von Glas- und Kohlenstofffasern erhöht werden.
Bei der Verstärkung mit Kohlefaser können Zugfestigkeiten von bis zu 29.000 psi (~200 MPa) erreicht werden, während die Leistung bis zu 299 °C erhalten bleibt.
Die folgende Tabelle vergleicht die Eigenschaften von ungefüllten und gefüllten PEEK-Typen:
PEEK im Vergleich zu anderen Hochtemperaturpolymeren
Polyetheretherketon weist im Vergleich zu anderen Hochtemperaturpolymeren deutlich bessere Eigenschaften auf.
Im Vergleich zu Fluorpolymeren ist PEEK hinsichtlich Zugfestigkeit, Wärmeformbeständigkeit, Betriebstemperatur, Verklebbarkeit, Verarbeitbarkeit und Emission toxischer Gase überlegen. Allerdings ist es in Bezug auf chemische Beständigkeit, Kosten, Zähigkeit und UV-Alterungsbeständigkeit etwas schlechter.
Im Vergleich zu Polyphenylensulfid (PPS) ist PEEK hinsichtlich Hitzebeständigkeit, Zähigkeit und Gratkontrolle deutlich überlegen.
Im Vergleich zu Polyethersulfon (PES) weist PEEK eine höhere Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, chemische Beständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit auf.
PEEK wird im Allgemeinen nicht mit anderen Polymeren gemischt. Es kann jedoch mit einer Reihe anderer Polyketone und Polyetherimide (PEI) mischbare Mischungen bilden. PEEK/PEI-Mischungen haben eine höhere Tg. Seine Mischungen mit PES und PPS sind gut verträglich.
Behebung der Einschränkungen von PEEK-Kunststoff
Bei der Auswahl einer PEEK-Klasse für Ihre Bewerbung müssen die folgenden Einschränkungen berücksichtigt werden:
Teuer, geeignet für die anspruchsvollsten Anwendungen.
Erfordert eine Verarbeitung bei hohen Temperaturen.
Kann durch konzentrierte Schwefelsäure, Salpetersäure und Chromsäure angegriffen werden.
Kann durch Halogene und Natrium angegriffen werden.
Geringe Beständigkeit gegen UV-Licht.
Physische Formen und Verarbeitungstechniken
Polyetheretherketon kann mit verschiedenen herkömmlichen Methoden verarbeitet werden, die im Folgenden beschrieben werden. Die zur Formung von PEEK verwendeten Verarbeitungsbedingungen wirken sich auf seine Kristallinität und seine mechanischen Eigenschaften aus. Als linearer Thermoplast kann PEEK im Temperaturbereich (370 bis 420 °C) schmelzverarbeitet werden. Bei der Verarbeitung von PEEK werden keine korrosiven Gase freigesetzt.
Morphologie von PEEK
Unterschiedliche Morphologien des PEEK-Polymers beeinflussen die Effizienz des endgültigen Kunststoffteils. Durch die Auswahl einer PEEK-Sorte auf dieser Grundlage können Produktionsunterbrechungen und unnötige Kapitalinvestitionen vermieden werden. Zu den kommerziell erhältlichen physikalischen Formen von PEEK gehören:
Pellets : Kleine, gleichmäßige Pellets für Spritzguss- und Extrusionsprozesse.
Pulver : Feine Partikel, geeignet für Formpressen, Pulverbeschichten und additive Fertigung.
Stangen : Rohlinge zur Bearbeitung in kundenspezifische Teile.
Granulat : Ähnlich wie Pellets, aber typischerweise größer, wird es für verschiedene Formprozesse verwendet.
Vor der Verarbeitung von PEEK wird empfohlen, 3 Stunden bei 150 °C oder 2 Stunden bei 180 °C zu trocknen, um Formfehler zu vermeiden.
Verarbeitungsmethoden für PEEK
PEEK wird mit den folgenden herkömmlichen Methoden verarbeitet. Nachfolgend werden die Verarbeitungsrichtlinien für jeden Prozess beschrieben.
Spritzguss
Für eine gute Kristallinität und zur Minimierung von Verzug wird eine Formtemperatur von 160–190 °C empfohlen.
Die Nachkristallisation kann bei 200 °C durchgeführt werden, wird jedoch nicht für Anwendungen empfohlen, die eine hohe Dimensionsstabilität erfordern.
PEEK eignet sich zum Spritzgießen sehr kleiner Teile mit engen Maßtoleranzen.
Einspritzdruck: 70–140 MPa
Formschrumpfung: Ungefüllt – 1,2–2,4 %, gefüllt – 0,1–1,1 %
Extrusion
Die Kühltemperatur beeinflusst stark die Kristallinität, die wiederum die Eigenschaften beeinflusst.
Bei der Folien- und Plattenextrusion erzeugen Kühlwalzen bei 50 °C transparentes amorphes Material.
Kühlwalzen bei 170 °C ergeben undurchsichtiges und hochkristallines Material.
Durch Extrusion können auch orientierte oder biaxial orientierte Folien hergestellt werden.
3D-Druck
Dank der einzigartigen Eigenschaften von PEEK ermöglicht der 3D-Druck die Erstellung nahezu jeder komplexen Designgeometrie, die mit anderen Techniken nicht hergestellt werden kann. Beim 3D-Druck mit PEEK-Filament kommen typischerweise die Methoden Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF) zum Einsatz.
Düsentemperatur: 360–400 °C
Beheizte Betttemperatur: 120 °C
Aufgrund seiner geringen Feuchtigkeitsaufnahme (im Vergleich zu anderen gängigen FFF-Materialien wie ABS) ist PEEK ein hervorragender Kandidat für die Filamentherstellung.
Nachhaltigkeit
Hier sind die wichtigsten Aspekte, die bei der Auswahl nachhaltiger PEEK-Typen zu berücksichtigen sind.
Recyclingfähigkeit : PEEK ist ein vollständig recycelbarer Kunststoff. Aufgrund der hohen Leistungseigenschaften und der Kosten des Materials ist dies jedoch ein komplexer Prozess. Zu den gängigen Recyclingmethoden gehören mechanisches und chemisches Recycling.
VOC-Emissionen : Der Herstellungsprozess von PEEK nutzt eine Hochtemperatur-Schmelzpolymerisation, wodurch der Bedarf an Lösungsmitteln reduziert wird, die geringe VOC-Emissionen erzeugen könnten. Die bei der PEEK-Herstellung verwendeten Rohstoffe sind außerdem relativ stabil, sodass sie bei der Verarbeitung weniger anfällig für Gasfreisetzung sind.
Biobasierte Versionen : 100 % biobasiertes PEEK ist noch nicht in großem Maßstab verfügbar. Allerdings wurden in diesem Bereich erhebliche Fortschritte erzielt. Einige Unternehmen arbeiten an teilweise biobasierten Versionen von PEEK, die häufig ähnliche Eigenschaften wie erdölbasierte Alternativen aufweisen.
Erneuerbare Rohstoffe : Einige Innovatoren produzieren nachhaltiges erneuerbares oder biobasiertes MDA (4,4'-Methylendianilin), einen Vorläufer im PEEK-Herstellungsprozess.
Einhaltung gesetzlicher Vorschriften : PEEK gilt gemäß den FDA-Vorschriften als sicher für Anwendungen mit Lebensmittelkontakt. Viele PEEK-Typen entsprechen auch den REACH- und RoHS-Richtlinien.
PFAS-frei : Die chemische Struktur von PEEK enthält keine fluorierten Verbindungen, was es zu einer attraktiven Wahl für Anwendungen macht, die Materialien erfordern, die frei von Per-/Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) sind.
Anwendungen von Polyetheretherketon (PEEK)
PEEK wird in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Elektro- und Medizinindustrie eingesetzt. Aufgrund seiner Robustheit und Langlebigkeit wird es auch im Anlagenbau für die Chemie- und Maschinenbauindustrie eingesetzt. Gängige Beispiele sind Lager, Kolbenteile, Pumpen, HPLC-Säulen, Kompressorplattenventile und Kabelisolierungen. Lassen Sie uns einige seiner Anwendungen im Detail untersuchen.
Automobilindustrie
Angesichts des Trends zur Miniaturisierung des Motorraums bietet PEEK Lösungen zum Ersatz von Metallen, die Gewichtsreduzierung, Geräuschreduzierung und Funktionsintegration ermöglichen.
Die wichtigsten Leistungsvorteile von Polyetheretherketon liegen in verbesserten Wechselwirkungen zwischen trockenen und geschmierten Oberflächen, hervorragenden mechanischen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich, einfacher Verarbeitung und überlegenem Ermüdungsverhalten.
Zu den wichtigsten Automobilanwendungen von PEEK gehören:
Kolbeneinheiten im Motorraum
Robben
Dichtungen
Lager
Verschiedene bewegliche Teile für Getriebe-, Brems- und Klimaanlagen
Luft- und Raumfahrt
PEEK-Polymere und ihre Verbundwerkstoffe ersetzen Aluminium und andere Metalle für zahlreiche Flugzeugkomponenten.
Große Mengen großvolumiger Teile mit engen Toleranzen können kostengünstig geformt und ohne Montage oder Modifikation direkt verwendet werden.
Zu den Anwendungen von PEEK im Luft- und Raumfahrtmarkt gehören:
Kritische Motorkomponenten: Weil das Polymer hohen Temperaturen sowie tribologischen Wechselwirkungen bei trockenem und geschmiertem Materialkontakt standhalten kann.
Außenteile von Flugzeugen: PEEK bietet eine hervorragende Regenerosionsbeständigkeit.
Innenteile: Die inhärente Flammhemmung in Kombination mit der geringen Rauch- und Giftgasemission verringert die Gefahren im Brandfall.
Elektrische Systeme: Zur Herstellung von Faltenbälgen zum Schutz von Drähten und optischen Fasern.
Medizin und Gesundheitswesen
Polyetheretherketon bietet kostengünstige innovative Komponenten mit hervorragender Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit, elektrischer Isolierung und chemischer Beständigkeit. Zu den Anwendungen im Gesundheitswesen zählen vor allem zahnärztliche Instrumente, Endoskope und Dialysatoren.
PEEK ersetzt Aluminium für zahnärztliche Spritzengriffe und sterile Boxen zur Aufbewahrung von Wurzelkanalfeilen.
Das Polymer hält bis zu 3000 Autoklavenzyklen stand, bei denen die Temperaturen typischerweise 134 °C erreichen.
Es behält eine hervorragende mechanische Festigkeit, eine hervorragende Spannungsrissbeständigkeit und hydrolytische Stabilität in der Gegenwart von heißem Wasser, Dampf, Lösungsmitteln und Chemikalien bei.
Es bietet eine bessere Biokompatibilität für tragende Implantate.
Elektrik/Elektronik
Polyetheretherketon verfügt über hervorragende elektrische Eigenschaften und ist daher ein idealer elektrischer Isolator. Es wird in Elektromärkten und elektronischen Anwendungen eingesetzt.
PEEK bietet Teilen eine langfristige Betriebszuverlässigkeit bei großen Temperatur-, Druck- und Frequenzschwankungen.
Seine inhärente Reinheit, kombiniert mit ausgezeichneter mechanischer und chemischer Stabilität, minimiert Kontaminationen und maximiert die Sicherheit bei der Handhabung von Siliziumwafern.
Dank der hervorragenden thermischen Eigenschaften können PEEK-Polymerteile hohen Temperaturen beim Löten standhalten.
Einige interessante Beispiele aktueller Anwendungen sind: Koaxial-Anschlussbuchsen für Freisprechanlagen; oberflächenmontierte Trimmpotentiometer (ein elektromechanisches Gerät namens SMD, das zur Korrektur von Spannungs- oder Widerstandsfehlern auf Leiterplatten entwickelt wurde); und Isolatoren, die als Anschlussstifte für Unterwasser-Umweltkontrollgeräte verwendet werden.
Andere Schlüsselmärkte
PEEK-Polymere übertreffen Metalle und andere Materialien bei vielen Teilen, die in der industriellen, chemischen und verarbeitenden Industrie verwendet werden.
Nach der FDA-Zulassung werden PEEK-Polymere nun in Anwendungen mit Lebensmittelkontakt eingesetzt.
PEEK ersetzt Edelstahl für die Laufräder regenerativer Pumpen. Es reduziert den Verschleiß erheblich, senkt den Geräuschpegel und sorgt für gleichmäßigere Betriebseigenschaften.
Auch in der modernen Verbindungstechnik bietet Polyetheretherketon größere Einsatzmöglichkeiten für Rohr- und Schlauchverbindungen. Sie halten Drücken bis zu 25.000 psi und Temperaturen bis zu 260 °C stand.
