Thermoplastische Verbundwerkstoffharze: PEEK, PEKK, PAI und mehr

Übersicht über thermoplastische Verbundharze

In den letzten Jahren haben faserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe auf der Basis von thermoplastischen Harzen stark an Popularität gewonnen, wobei sich Forscher und Industrie weltweit auf die Entwicklung dieser Hochleistungsmaterialien konzentrieren. Zu den gebräuchlichsten thermoplastischen Formgebungsverfahren gehören das Formpressen, das Harzspritzgießen, die Filamentwicklung und die Pultrusion. Die Wahl des geeigneten Kunststoffs ist bei diesen Verfahren von entscheidender Bedeutung, da sie sich direkt auf die Eigenschaften und die Leistung des Endprodukts auswirkt. Jeder Kunststofftyp bietet eine Reihe von Vorteilen, so dass die Hersteller ihre Materialauswahl auf die spezifischen Produktanforderungen abstimmen können.

Gängige Thermoplastharze für Verbundwerkstoffe

Die gebräuchlichsten thermoplastischen Hochleistungsharze - Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketonketon (PEKK), Polyamidimid (PAI), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherimid (PEI), Polyethersulfon (PES) und Flüssigkristallpolymer (LCP) - eignen sich gut für den Einsatz bei hohen Temperaturen. Nach der Aushärtung nehmen sie kein Wasser auf und zersetzen sich nicht in feuchten Umgebungen. Diese mit Hochleistungsfasern verstärkten Harze verlängern die Haltbarkeit von Prepregs ohne Kühlung und weisen eine hervorragende Schlagfestigkeit und Vibrationsdämpfung auf. Außerdem bieten sie Möglichkeiten für die Verwendung von Recyclingmaterial und vereinfachen das Recycling von Abfällen und Schrott.

Polyetheretherketon (PEEK)-Harz

PEEK-Harz hat eine hohe Glasübergangstemperatur (143 °C) und einen hohen Schmelzpunkt (334 °C), was es zu einem zuverlässigen Material für Anwendungen macht, die Hitzebeständigkeit erfordern. Es zeichnet sich außerdem durch hervorragende Kriechfestigkeit und hohe Zugfestigkeit aus und ist umweltfreundlich.

Allgemeine Anwendungen: PEEK wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Biomedizin und in der Elektrotechnik eingesetzt. Es eignet sich für die Herstellung von Lagern, isolierten Kabeln, Fangvorrichtungen, Pumpen, schweren Maschinenteilen, Ventilen, Kompressoren, Halbleitern usw. Zu den wichtigsten PEEK-Herstellern in China gehören Kangsheng New Materials, Water Co., Zhongyan ZYPEEK Co., ARKPEEK und Zhaomin Technology.

Polyetherketonketon (PEKK)-Harz

PEKK ist ein Hochpolymer, das aus Diphenylether und Isophthaloylchlorid oder Terephthaloylchlorid besteht und in seiner Hauptkettenstruktur eine Etherbindung und zwei Ketonbindungen aufweist.

Eigenschaften: PEKK-Harz bietet eine extrem hohe Temperaturbeständigkeit, mit Langzeiteinsatztemperaturen von 250~260°C und Kurzzeiteinsatz bis zu 300°C. Es hat eine hohe Steifigkeit, Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Schlagfestigkeit, ausgezeichnete Flammbeständigkeit, inhärente Flammwidrigkeit und geringe Rauchentwicklung. Außerdem verfügt es über eine hervorragende chemische Beständigkeit, Durchschlagfestigkeit, Isolationseigenschaften und Reibungswiderstand.

Häufige Anwendungen: PEKK wird in strukturellen und elektrischen Hochtemperatur-Isolationsmaterialien, Antihaftbeschichtungen, thermoplastischen Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen, 3D-Druck-Filamenten und -Pulvern, spritzgegossenen Produkten, extrudierten Platten, elektronischen Folien und mehr verwendet. Es findet breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, im 3D-Druck, in der 5G-Elektronik, in der Öl- und Gasförderung, in medizinischen Geräten, Zahn- und Knochenimplantaten und in Fahrzeugen mit neuer Energie. Shandong Kangsheng New Material Co. ist derzeit das einzige inländische Unternehmen mit unabhängigen geistigen Eigentumsrechten und der Fähigkeit, PEKK zu produzieren.

Polyamid-Imid (PAI)-Harz

PAI-Harz, ein Hochpolymer mit abwechselnden Imidringen und Amidbindungen, hat eine unübertroffene Festigkeit unter den unverstärkten Industriekunststoffen, mit einer Zugfestigkeit von über 172 MPa und einer Wärmeformbeständigkeit von 274°C bei einer Belastung von 1,8 MPa.

Eigenschaften: PAI behält die ausgezeichneten Eigenschaften von Polyimiden bei, wie z. B. Wärmebeständigkeit, mechanische Eigenschaften, Kriechfestigkeit, Strahlungsbeständigkeit und chemische Stabilität, lässt sich aber leichter verarbeiten. Im Vergleich zu Polyimiden weist es außerdem eine bessere Steifigkeit und chemische Stabilität auf und ist besser in organischen Lösungsmitteln löslich.

Allgemeine Anwendungen: PAI verbindet sich gut mit Metallen und anderen Materialien und eignet sich daher für Lackdrahtbeschichtungen, Imprägnierlacke, Folien, Laminate, Beschichtungen und Klebstoffe. So werden beispielsweise Lackdrähte aus PAI in Tiefseetauchermotoren der H-Klasse, Laminate in Leiterplatten und Sockeln sowie Folien als isolierende Umhüllungsmaterialien verwendet.

Polyphenylensulfid (PPS)-Harz

PPS, das am häufigsten verwendete thermoplastische Harz unter den Polyarylensulfiden (PAS), besteht aus abwechselnden Benzolringen und para-Schwefelatomen. Die starre Struktur der Benzolringe verleiht ihm eine hohe Kristallinität und Korrosionsbeständigkeit, während die flexiblen Sulfidbindungen und die inhärente Flammwidrigkeit dafür sorgen, dass es die Flammwidrigkeit nach UL-94-V0 ohne zusätzliche Flammschutzmittel erfüllt.

Allgemeine Anwendungen: Modifizierte PPS-Harze können in technischen Kunststoffen, Fasern, Folien und Beschichtungen in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Zu den wichtigsten PPS-Herstellern in China gehören Zhejiang NHU, Chongqing Polyseal, Shandong Sainji, Guangdong Hongshu, Zhuhai Changxian, Jiangsu Ouruida, Suzhou Napol, Sichuan Zhongke Xingye und Chengdu Letian Plastics.

Polyetherimid (PEI)-Harz

PEI, auch bekannt als Polyetherimid, ist ein bernsteinfarbener amorpher thermoplastischer technischer Kunststoff mit flexiblen Etherbindungen (-R-O-R-), die in die starren langkettigen Polyimidmoleküle eingebaut sind. Es kombiniert funktionelle aromatische Amingruppen mit Etherbindungen und bietet eine kostengünstigere, ertragreichere thermoplastische Alternative zu anderen aromatischen Polyimiden.

Allgemeine Anwendungen: PEI wird in der Elektronik-, Elektro- und Luft- und Raumfahrtindustrie als Metallersatz in herkömmlichen Produkten und Gegenständen des täglichen Lebens verwendet. Insbesondere kann es Metalle bei der Herstellung von Glasfaseranschlüssen ersetzen, wodurch die Bauteilstrukturen optimiert, die Herstellungs- und Montageprozesse vereinfacht und die Endproduktkosten um etwa 40 % gesenkt werden. PEI-Verbundwerkstoffe mit Kohlenstofffasern werden in verschiedenen Hubschrauberkomponenten verwendet, und PEI-Schaum wird als Isolier- und Schallschutzmaterial in Transportmaschinen und Flugzeugen eingesetzt.

Flüssigkristallpolymer (LCP)

LCP, ein vollaromatischer Polyester, zeichnet sich durch einzigartige Molekülstrukturen mit ein- oder zweidimensionaler, weiträumiger Molekülorientierung aus und bietet eine hohe Wärmebeständigkeit, einen hohen Modul, eine niedrige Schmelzviskosität, eine minimale Wärmeausdehnung, einen geringen dielektrischen Verlust und eine hohe Festigkeit.

Allgemeine Anwendungen: LCP wird in technischen Kunststoffen, Folien und Fasern verwendet. Zu den Anwendungen gehören Hochgeschwindigkeitsstecker, Vibratoren für 5G-Basisstationen und FCCL-Substratmaterialien für Antennen. Zu den wichtigsten inländischen LCP-Herstellern gehören Kingfa Sci & Tech, Water New Material, Shanghai Prite, Nantong Haidi, Nanjing Qingyan, Ningbo Haigera und Ningbo Ju Jia New Material.

Vorteile von Thermoplastischen Verbundwerkstoffen

1, Design-Flexibilität: Thermoplastische Werkstoffe bieten eine unvergleichliche Designflexibilität, die es den Herstellern ermöglicht, komplexe Formen, Texturen und kundenspezifische Designs mit Hilfe der Thermoformtechnologie herzustellen. Diese Vielseitigkeit macht sie ideal für die Herstellung komplizierter und optisch ansprechender Produkte, die auf spezifische Kundenbedürfnisse zugeschnitten sind.

2, Kosteneffizienz: Thermogeformte Kunststoffe sind wirtschaftlich vorteilhaft, da sie nur minimale Werkzeug- und Einrichtungskosten verursachen und sich daher sowohl für die Klein- als auch für die Großserienproduktion eignen. Darüber hinaus trägt das geringe Gewicht von thermoplastischen Materialien dazu bei, die Transport- und Handhabungskosten zu senken.

3, Wiederverwertbarkeit und Nachhaltigkeit: Viele thermoplastische Kunststoffe, die beim Thermoformen verwendet werden, sind für ihre Recyclingfähigkeit und Nachhaltigkeit bekannt und erfüllen die wachsende Nachfrage nach umweltfreundlichen Produktionsverfahren. Diese Kunststoffe können leicht recycelt und wiederverwendet werden, wodurch die Umweltbelastung verringert und eine Kreislaufwirtschaft gefördert wird. Durch die Verwendung verschiedener Arten von thermoplastischen Materialien beim Thermoformen tragen die Hersteller zu einer nachhaltigen Produktion bei und verringern den Kohlenstoff-Fußabdruck.