Wer sind die Hauptakteure bei kohlenstofffaserverstärkten PEEK-Verbundwerkstoffen?

Herstellung von Kohlenstofffaser-PEEK-Verbundwerkstoffen

Eine einzige Aussage von Tesla über seinen humanoiden Roboter hat Kohlenstofffasern und PEEK-Materialien zu einem heißen Thema gemacht. Branchenexperten gehen davon aus, dass kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische Hochleistungsverbundwerkstoffe aus Polyetheretherketon (PEEK) das Kernmaterial für zukünftige humanoide Roboter sein werden.

Außerdem standen CF-PEEK-Verbundwerkstoffe in den letzten Jahren im Mittelpunkt der Forschung. Wenn bei dieser Art von Verbundwerkstoff ein Durchbruch erzielt wird, ist zu erwarten, dass er eine wichtige Rolle in der Spitzenmedizin spielen wird und insbesondere bei orthopädischen Implantaten neue Hoffnung bringt.

Vorteile von CF/PEEK-Verbundwerkstoffen

Im Vergleich zu herkömmlichen Aluminiumlegierungen und rostfreiem Stahl liegt die Dichte von Aluminiumlegierungen bei 2,8 g/cm3, die von rostfreiem Stahl bei 7,3 g/cm3 und die von kontinuierlichem PEEK-CF-Verbundmaterial bei 1,51 g/cm³. Es ist leicht, hat aber eine hohe Festigkeit, und einige Eigenschaften von CF-PEEK übertreffen die von rostfreiem Stahl. Darüber hinaus weist endlos kohlenstofffaserverstärktes PEEK eine gute Röntgentransparenz auf, was klinische Operationen intuitiver und sicherer macht. Kohlenstofffaserverstärkte Materialien fühlen sich nicht so kalt an wie Metall, was für Chirurgen ein angenehmes Gefühl während der Operation bedeutet.

Im Vergleich zu herkömmlichen pulverförmigen Kohlenstofffasermaterialien verleihen die hohen Festigkeits- und Moduleigenschaften der Kohlenstofffasern PEEK-CF-Verbundwerkstoffen eine hohe Festigkeit, einen hohen Elastizitätsmodul und eine hohe Verformungsbeständigkeit. Die mechanische Festigkeit wird um mindestens das Dreifache erhöht, der Elastizitätsmodul wird ebenfalls um mindestens das Dreifache erhöht, bei besserer Dimensionsstabilität und Verformungsbeständigkeit.

Welche Unternehmen sind derzeit mit solch hochwertigen Verbundwerkstoffen befasst?

Derzeit wird die CF/PEEK-Produktionstechnologie nur von einigen wenigen Unternehmen wie dem japanischen Unternehmen Toray, dem niederländischen Unternehmen TenCate (das von Toray übernommen wurde), dem britischen Unternehmen Victrex, ARKPEEK usw. beherrscht, die vor allem in der Luft- und Raumfahrt und anderen Spitzenbereichen eingesetzt werden und eine große strategische Bedeutung und einen großen Markt haben. Die Forschung und Entwicklung von CF/PEEK in China ist hauptsächlich auf Universitäten, Forschungsinstitute und einige wenige Unternehmen konzentriert. Abgesehen von den beiden folgenden Unternehmen ist die industrielle Produktion noch nicht verwirklicht worden.

Derzeit sind nur zwei Unternehmen in China in der Lage, hochwertige PEEK-Verbundwerkstoffe in Serie zu produzieren

1, ZYPEEK

http://www.zypeek.cn

ZYPEEK wurde im Dezember 2006 gegründet und konzentriert sich auf die Forschung, Produktion und den Vertrieb von Polyetheretherketon (PEEK), wobei seine Hauptprodukte PEEK auf Harzbasis sind. Das Unternehmen hat das bestehende Produktsystem "zwei Kategorien, drei Marken, sechs Serien" mit insgesamt 52 Spezifikationen entwickelt. Die derzeitige Produktionskapazität des Unternehmens beträgt 1000 Tonnen PEEK pro Jahr. Im September 2023 wird Jilin China Research High Polymer Materials Co. Ltd. (China Research Co., Ltd.) einen Antrag auf Börseneinführung beim Sci-Tech Innovation Board.

Es wird berichtet, dass China Research Co., Ltd. bei diesem Börsengang 455 Millionen Yuan für das umfassende Fabrikprojekt (Phase II) für die jährliche Produktion von 5000 Tonnen Polyetheretherketon (PEEK)-Tiefenverarbeitungsserienprodukten, das Projekt des Innovations- und Technologieforschungs- und -entwicklungszentrums, das Projekt des Forschungs- und Entwicklungszentrums für Kohlefaser-Polyetheretherketon-Verbundwerkstoffe in Shanghai und das zusätzliche Betriebskapitalprojekt aufbringen will.

2, PEEKChina

https://www.peekchina.com/

PEEKChina, eine internationale Marke, die unter dem Namen ARKPEEK bekannt ist, konzentriert sich auf die Anwendungsforschung, die Produktion und den Vertrieb von Hochleistungs-Spezialkunststoffharzen und -profilen wie PEEK und bildet eine vollständige industrielle Kette mit Polymerisation des PEEK-Rohstoffs, modifizierter Granulierung, kontinuierlicher Extrusion von Platten, Stäben und Rohren sowie Spritzguss und Bearbeitung von Fertigteilen. Mit technischer Unterstützung der Jilin Universität und der Donghua Universität widmet sich ARKPEEK der Anwendungsforschung, der Produktion und dem Vertrieb von thermoplastischen Verbundwerkstoffen aus Kohlenstofffasern (CF/PEEK). Das Unternehmen hat spezielle Harze für PEEK-Verbundwerkstoffe - ARKPEEK-CF30® und ARKPEEK-MOD® - entwickelt, die mit einem eigenen Polymerisationsgerät hergestellt werden, und verarbeitet Kohlenstofffasern mit innovativen Hochtemperatur-Schlichtemitteln, um thermoplastische CF/PEEK-Verbundwerkstoffe mit ausgezeichneter Gesamtleistung herzustellen.

Schauen wir uns nun an, welche internationalen Unternehmen ebenfalls solche Produkte herstellen.

1, EVONIK

https://www.evonik.com

Der aus Deutschland stammende Evonik-Konzern ist ein innovativer Industriekonzern, der sich hauptsächlich der Entwicklung dreier renditestarker und vielversprechender Branchen widmet: Chemie, Energie und Immobilien. Der Industriekonzern Evonik produziert seit Anfang der 1990er Jahre Spezialchemikalien in China und hat schon früher umfangreiche Handelsbeziehungen mit China aufgebaut. Heute ist Evonik mit mehr als 20 Gesellschaften in China vertreten und verfügt über Produktionsstandorte in Dutzenden von Städten in ganz China. Die Produkte von Evonik sind von hervorragender Qualität und Vielfalt und beliefern Kunden in China und auf der ganzen Welt.

2, Solvay

https://www.solvay.com

Solvay ist ein multinationaler Chemiekonzern mit Hauptsitz in der belgischen Hauptstadt Brüssel, der 1863 von dem belgischen Chemiker Ernest Solvay gegründet wurde. Die Produkte der Solvay-Gruppe sind in verschiedenen Industriezweigen weit verbreitet, wobei 90 % der verkauften Produkte zu den drei wichtigsten der Welt gehören.

3, Victrex

https://www.victrex.com

1978 entwickelte Imperial Chemical Industries (ICI) aus dem Vereinigten Königreich erstmals PEEK. Nur drei Jahre später wurde die erste Charge kommerzieller PEEK-Polymere der "VICTREX PEEK"-Serie (einschließlich glas- und kohlenstoffgefüllter Produkte) eingeführt. 1993 erwarb Victrex das PEEK-Geschäft von ICI und begann, unabhängig zu arbeiten.

Die von Victrex entwickelten Harze der VICTREX® PEEKTM Serie sind zum Maßstab der Branche geworden. Diese Harzserie umfasst neun Kategorien und neunundvierzig Varianten, darunter reines Harz, verstärktes Verbundharz und stark gereinigtes Granulat. Darüber hinaus hat Victrex verschiedene PEEK-Produkte entwickelt, wie z. B. spezielle Beschichtungsmaterialien der VICTREX® VICOTETM Serie und PEEK-Folien der VICTREX® APTIVTM Serie, die erhebliche Vorteile bei der vertikalen Integration der industriellen Kette bieten.

4, Toray

https://www.toray.com/

Das japanische Unternehmen Toray ist weltweit führend auf dem Gebiet der PAN-basierten Kohlenstofffasern und verfügt nicht nur über eine Reihe ausgereifter Hochleistungs-Kohlenstofffasern, sondern hat auch ein komplettes Datenbanksystem für Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffe eingerichtet. Seine kohlenstofffaserverstärkten PEEK-Verbundwerkstoffe umfassen hauptsächlich zwei Produkte, Toray Cetex® TC1200 und Toray Cetex® TC1220. Toray Cetex®TC1200 ist ein hochwertiges kohlenstofffaserverstärktes thermoplastisches Verbundmaterial, das teilkristallines thermoplastisches PEEK als Matrix verwendet und über hervorragende mechanische Eigenschaften verfügt.

5, TEIJIN

https://www.teijin.co.jp

Die Teijin Corporation gab am 12. April 2023 bekannt, dass ihre kohlefaserverstärkten und auf Polyetheretherketon (PEEK) basierenden Materialien Tenax thermoplastic woven fabrics (TPWF) und Tenax thermoplastic composite laminates (TPCL) vom NCAMP (National Center for Advanced Materials Performance) in Wichita, Kansas, USA, zertifiziert wurden. Diese Qualifizierung macht die Technologie der Kohlefaser/PEEK-Gewebe und verstärkten Verbundwerkstoffe für eine größere Anzahl von Erstausrüstern, Erst- und Zweitlieferanten verfügbar. Die Hersteller können die öffentliche NCAMP-Datenbank nutzen, um die Gleichwertigkeit nachzuweisen und die FAA-Zertifizierung zu geringeren Kosten zu erhalten als die qualifizierten Materialien selbst.

6, Icotec AG

https://www.icotec-medical.com/

Icotec AG wurde 1999 gegründet und ist ein kleines bis mittleres Familienunternehmen mit Sitz in Altstätten, Schweiz. Icotec hat nicht-metallische Wirbelsäulenimplantate aus BlackArmor® entwickelt, hergestellt und verkauft. Icotecs patentrechtlich geschütztes BlackArmor®-Material besteht aus Endloskohlenstofffasern in Kombination mit Polyetheretherketon (PEEK) und wird mit der einzigartigen CFM-Spritzgusstechnologie (Composite Material Flow Molding) von icotec hergestellt. Das von icotec hergestellte nichtmetallische BlackArmor@Carbon/PEEK hat eine Röntgentransparenz und ähnliche Eigenschaften wie natürlicher Knochen - zwei grundlegende Eigenschaften, die für die postoperative Behandlung von Patienten optimiert sind.

7, TenCate

https://www.tencategeo.com/

Das niederländische Unternehmen TenCate ist seit jeher ein wichtiger Förderer und Entwickler von endlosfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen. Das Unternehmen hat eine Reihe von Materialien auf den Markt gebracht, darunter mit Kohlenstoff-, Glas- und Aramidfasern verstärkte PEEK-, PEI- und PPS-Harz-Prepregs mit unidirektionalen Fasern, die unter der Marke TenCate Cetex® verkauft werden. Im Jahr 2018 wurde TenCate Advanced Composites Holdings (TACHD) von der Toray Group of Japan übernommen.

Das Produkt TenCate Cetex® TC1200 verwendet Standard- oder Mittelmodul-Kohlenstofffasern oder S-2-Glasfasern. Der Hohlraumgehalt von TenCate Cetex TC1200 ist sehr gering (<1%). Die typische Breite für Carbon-Einzelplatten ist die Standardbreite von 75 mm (6 Zoll), optional ist auch eine Breite von 305 mm (12 Zoll) erhältlich. Schmale Spaltbreiten für die ATL-Verarbeitung können durch sekundären Längsschnitt erzielt werden.