Was sind hitzebeständige Kunststoffe?

Kunststoffe werden aufgrund ihrer einfachen Herstellung, ihrer geringen Kosten und ihrer breiten Einsatzmöglichkeiten in nahezu allen Märkten eingesetzt. Über die typischen Standardkunststoffe hinaus gibt es eine Klasse hochentwickelter hitzebeständiger KunststoffeKunststoffedie Temperaturniveaus standhalten können, die das nicht können. Diese Kunststoffe werden in anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt, bei denen eine Kombination aus Hitzebeständigkeit, mechanischer Festigkeit und rauer Beständigkeit unerlässlich ist. In diesem Beitrag erfahren Sie, was hitzebeständige Kunststoffe sind und warum sie so vorteilhaft sind.

Was ist hitzebeständiger Kunststoff?

Ein hitzebeständiger Kunststoff ist typischerweise jede Art von Kunststoff, der einer Dauergebrauchstemperatur von über 150 °C (302 °F) oder einer vorübergehenden direkten Einwirkung von 250 °C (482 °F) oder mehr standhält. Mit anderen Worten: Das Produkt hält Prozessen bei über 150 °C stand und kann kurze Zeiträume bei oder über 250 °C überstehen. Neben ihrer Hitzebeständigkeit verfügen diese Kunststoffe in der Regel über hervorragende mechanische Eigenschaften, die oft auch mit denen von Metallen mithalten können. Hitzebeständige Kunststoffe können in Form von Thermoplasten, Duroplasten oder Photopolymeren vorliegen.

Kunststoffe bestehen aus langen Molekülketten. Beim Erhitzen werden die Bindungen zwischen diesen Ketten beschädigt, wodurch das Produkt auftaut. Kunststoffe mit niedriger Schmelztemperatur bestehen meist aus aliphatischen Ringen, während Hochtemperaturkunststoffe aus duftenden Ringen bestehen. Bei duftenden Ringen müssen zwei chemische Bindungen beschädigt werden (im Vergleich zur Einzelbindung aliphatischer Ringe), bevor das Gerüst zusammenbricht. Daher ist es schwieriger, diese Produkte zu schmelzen.

Zusätzlich zur zugrunde liegenden Chemie kann die Wärmebeständigkeit von Kunststoffen durch Inhaltsstoffe erhöht werden. Zu den gebräuchlichsten Zusatzstoffen zur Erhöhung der Temperaturbeständigkeit zählen Glasfasern. Die Fasern haben außerdem den zusätzlichen Vorteil, dass sie die Gesamtdichtheit und die Haltbarkeit des Materials erhöhen.

Es gibt verschiedene Techniken zur Bestimmung der Hitzebeständigkeit eines Kunststoffs. Die umfangreichsten sind hier aufgeführt:

• Wärmeformbeständigkeitstemperaturniveau (HDT) – Dies ist die Temperatur, bei der Kunststoff unter einer vordefinierten Charge bricht. Diese Maßnahme berücksichtigt nicht die voraussichtlichen langfristigen Auswirkungen auf das Produkt, wenn diese Temperatur über längere Zeiträume gehalten wird.
• Glaswechseltemperatur (Tg) – Im Fall eines amorphen Kunststoffs beschreibt die Tg die Temperatur, bei der das Material gummiartig oder viskos wird.
• Dauergebrauchstemperatur (CUT) – Gibt die optimale Temperatur an, bei der Kunststoff während der gesamten Lebensdauer des Teils konstant verwendet werden kann, ohne dass seine mechanischen Gehäuse wesentlich beschädigt werden.

Warum hitzebeständige Kunststoffe verwenden?

Kunststoffe sind weit verbreitet. Warum sollte man jedoch Kunststoffe für Hochtemperaturanwendungen verwenden, wenn Stähle häufig die gleichen Eigenschaften über einen viel breiteren Temperaturbereich hinweg aufweisen? Hier sind einige Gründe dafür:

1. Geringeres Gewicht – Kunststoffe sind leichter als Metalle. Sie eignen sich daher hervorragend für Anwendungen im Fahrzeug- und Luft- und Raumfahrtmarkt, bei denen leichte Elemente zur Verbesserung der allgemeinen Wirksamkeit erforderlich sind.
2. Rostbeständigkeit – Einige Kunststoffe weisen eine viel bessere Rostbeständigkeit auf als Stähle, wenn sie einer Vielzahl von Chemikalien ausgesetzt werden. Dies kann für Anwendungen, die sowohl Hitze als auch raue Atmosphären erfordern, wie beispielsweise in der chemischen Industrie, von entscheidender Bedeutung sein.
3. Fertigungsflexibilität – Kunststoffkomponenten können mithilfe von Großserienproduktionstechnologien wie Spritzguss hergestellt werden. Dies führt zu Teilen, die pro Einheit kostengünstiger sind als ihre CNC-gefrästen Gegenstücke aus Metall. Kunststoffteile können auch mithilfe des 3D-Drucks hergestellt werden, was komplexe Layouts und eine größere Designflexibilität ermöglicht, als dies mit der CNC-Bearbeitung möglich wäre.
4. Isolator – Kunststoffe können sowohl als thermische als auch elektrische Isolatoren wirken. Dadurch eignen sie sich ideal dort, wo elektrische Leitfähigkeit empfindliche elektronische Geräte beschädigen könnte oder wo Hitze den Betrieb der Komponenten negativ beeinflussen kann.

Arten von hochtemperaturbeständigen Kunststoffen

Es gibt zwei Hauptgruppen von Thermoplasten – nämlich amorphe und teilkristalline Kunststoffe. Hitzebeständige Kunststoffe sind in jeder dieser Gruppen zu finden, wie in der unten aufgeführten Nummer 1 dargestellt. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden besteht in ihrer Schmelzwirkung. Ein amorphes Produkt hat keinen genauen Schmelzpunkt, erweicht jedoch langsam, wenn die Temperatur steigt. Im Vergleich dazu hat ein teilkristallines Material einen extrem hohen Schmelzpunkt.

Nachfolgend sind einige Produkte aufgeführt, die von angeboten werdenDTG. Rufen Sie einen DTG-Vertreter an, wenn Sie ein Detailprodukt benötigen, das hier nicht aufgeführt ist.

Polyetherimid (PEI).

Dieses Material wird allgemein unter dem Handelsnamen Ultem verstanden und ist ein amorpher Kunststoff mit außergewöhnlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften. Es ist auch ohne Zusatzstoffe schwer entflammbar. Die besondere Flammwidrigkeit muss jedoch im Datenblatt des Produkts überprüft werden. DTG liefert Ultem-Kunststoffe in zwei Qualitäten für den 3D-Druck.

Polyamid (PA).

Polyamid, das auch unter dem Handelsnamen Nylon bekannt ist, weist eine hervorragende Wärmebeständigkeit auf, insbesondere wenn es mit Zutaten und Füllmaterialien kombiniert wird. Darüber hinaus ist Nylon äußerst abriebfest. DTG bietet eine Vielzahl temperaturbeständiger Nylons mit vielen verschiedenen Füllmaterialien an, wie unten aufgeführt.

Photopolymere.

Photopolymere sind spezielle Kunststoffe, die nur unter der Einwirkung einer externen Energiequelle wie UV-Licht oder eines bestimmten optischen Mechanismus polymerisieren. Diese Materialien können verwendet werden, um qualitativ hochwertige Teile mit komplizierten Geometrien herzustellen, die mit verschiedenen anderen Fertigungsinnovationen nicht möglich sind. Innerhalb der Kategorie der Photopolymere bietet DTG zwei hitzebeständige Kunststoffe an.