Polyimid P84 NT

Polyimid selbst verarbeiten

Einfache Verarbeitung und hohe Oberflächengüte sind möglich
Compounds aus Polyimid mit Festschmierstoffen gewährleisten geringen Verschleiß und gute Trockenlaufeigenschaften tribologisch beanspruchter Bauteile.
Aufgrund der nicht einfachen Verarbeitung, werden Polyimide zumeist nur als Halbzeuge angeboten. Es sind jedoch auch Pulver und Granulate verfügbar, die sich mit üblichen Sintertechnologien direkt zu Formteilen mit herausragenden Eigenschaften verarbeiten lassen.

Zunehmend werden die spezifischen Eigenschaften von Kunststoffen in technischen Anwendungen gezielt eingesetzt, um mit innovativen und klugen Materialkombinationen sehr unterschiedliche Anforderungen kostengünstig und verlässlich zu erfüllen. Die geringe Dichte von polymeren Werkstoffen erlaubt ihre Verwendung im Leichtbau und in Anwendungen, wo eine geringe Schwungmasse sich vorteilhaft auf die Laufruhe auswirkt und Schwingungen verringert. Die gute Bearbeitbarkeit ermöglicht die wirtschaftliche Fertigung auch komplizierter Strukturen. Viele Kunststoffe werden aufgrund der durchwegs geringen Wärmeleitfähigkeit als thermische Isolatoren eingesetzt und die Halbleiterindustrie schätzt die hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit, den großen Widerstand und den geringen Ionengehalt in sensiblen Bereichen der Elektronikherstellung. Die gegenüber herkömmlichen Werkstoffen höhere Elastizität von Kunststoffen wirkt sich unter anderem auf das Dämpfungsverhalten gegenüber Schwingungen posititv aus und kann Vibrationen oder Lärm wirkungsvoll dämpfen. Die sehr gute chemische Beständigkeit gegenüber vielen, auch aggressiven Medien ist ein weiteres Argument für diese Materialklasse bei schwierigen Umgebungsbedingungen. Schließlich ermöglicht eine Eigenschmierung des Werkstoffs den Einsatz in tribologischen Anwendungen ohne die unhygienische und wartungsintensive Verwendung von Schmiermitteln wie Fette oder Öle.

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Hohe Anforderungen in anspruchsvollen Anwendungen

Herkömmliche technische Kunststoffe gelangen dabei in anspruchsvollen Anwendungen rasch an ihre Grenzen. Zu groß ist die Temperaturentwicklung und der Verschleiß im Reibkontakt bei hohen Drehzahlen oder Lasten, zu gering die verbleibende mechanische Festigkeit bei Umgebungstemperaturen oberhalb 250 Grad Celsius. Deshalb konnten sich in diesen Bereichen moderne Hochleistungspolymere durchsetzen. Die für Polyimide (PI) typische hohe Temperaturstabilität und Wärmeformbeständigkeit erlauben deren Einsatz in Bereichen in denen andere Kunststoffe bereits schmelzen oder thermisch abbauen. Allerdings gestaltet sich die Verarbeitung von Polyimiden zu Halbzeugen (Platten, Zylinder, Rohre) oftmals schwierig, sodass das Grundmaterial als Pulver oder Granulat meist nicht am Markt erhältlich ist, sondern die Fertigteile direkt von wenigen Polyimid-Herstellern angeboten und vertrieben werden. Das führt zu einer Preisentwicklung, die in vielen Fällen nur für Nischenanwendungen gerechtfertigt werden kann.

Anderen Polyimiden bleiben durch ihre Sprödigkeit Anwendungen verwehrt, die eine hohe Qualität von bearbeiteten Oberflächen oder eine gute Kerbschlagzähigkeit erfordern.

Polyimide für Sinter-Verfahren

Hier setzte Evonik Fibres mit der Entwicklung von Polyimid P84 NT an und offeriert ein kommerziell frei verfügbares Polyimid-Pulver beziehungsweise -Granulat, dessen Verarbeitung zu Formteilen mit üblichen Sintertechnologien wie Hot Compression Moulding oder Direct Forming möglich ist. Hohe mechanische Stabilität und Kerbschlagzähigkeit gewährleisten die gute Bearbeitbarkeit zu Teilen mit komplizierter Geometrie und die hohe Leistungsfähigkeit in thermisch und mechanisch beanspruchten Anwendungen. Eckdaten für dieses moderne Polymer sind ein Glaspunkt zwischen 337 und 364 Grad Celsius (je nach Type) und eine steife Struktur mit hoher Festigkeit (Biegemodul 3705 MPa, Biegefestigkeit 188 MPa) bei gleichzeitig hoher Dehnung von 11,1 Prozent.

Entwickelt wurden die Werkstoffe vor dem Hintergrund der langen Erfahrungen aus der Produktion von Polyimid-Fasern. Denn Hauptgeschäftsfeld am Standort Lenzing in Oberösterreich ist nach wie vor die Verwendung von P84 Polyimid-Fasern für die Herstellung von Nadelfilzen als Filtermedium in der Heißgasfiltration, wobei feine Stäube aus heißem Abgas von Kohlekraftwerken, Müllverbrennungen oder Zementfabriken abgeschieden werden müssen.

Weitere Einsatzgebiete für diese Fasern finden sich in Schutzbekleidungen oder für Dichtungen und Isolierungen. Daneben ist dieses Polyimid Basis für die Anwendung in der Elektronikindustrie als hitzebeständiges Coating und isolierende Schicht.

Die Herstellung von großen Platten, Zylindern und Rohren geschieht durch Heisspressen oder Hot Compression Moulding. Unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen oberhalb des Glasübergangspunktes geschieht die vollständige Versinterung zu Halbzeugen, aus denen durch mechanisches Bearbeiten Formteile gefertigt werden können. Dieses Verfahren erlaubt die Herstellung von hochfesten Bauteilen, auch in größeren Dimensionen bis 0,5 m² und für Kleinserien.

Für die kostengünstige Produktion von großen Stückzahlen kleiner, präziser Teile mit bis zu 25 cm² Grundfläche bietet sich das Verfahren Direct Forming an, bei dem das Kunststoffgranulat unter hohem Druck bei Raumtemperatur zu Grünteilen verpresst wird, die anschließend in einem Ofen gesintert werden. Dank einer geeigneten Prozeßführung gelingt die Fertigung endmaßnaher Teile, die nur einer geringen Nachbearbeitung bedürfen. Das senkt die Produktionskosten.

Polyimide als High Perfomance Polymer

Durch Compoundieren mit funktionalen Füllstoffen können die Eigenschaften gezielt auf die Erfordernisse abgestimmt werden. Eingesetzt werden etwa Festschmierstoffe wie Graphit, PTFE oder Molybdendisulfid, die in tribologischen Anwendungen für eine Eigenschmierung des Bauteils über den Lebenszyklus des Produkts oder für gute Notlaufeigenschaften sorgen.

Gleichzeitig kann mit Polyimidcompounds die elektrische und thermische Leitfähigkeit beeinflusst oder der thermische Ausdehnungskoeffizient an eine gewünschte Materialpaarung angepasst werden. Kohlefasern als Zuschlagsstoffe können die Steifigkeit von Polyimidbauteilen noch deutlich erhöhen.

Polyimide können auch als Matrix für abrasive Materialien dienen. Erhältlich auch als feines Pulver mit Korngrößen zwischen 1 und 10 µm, kann P84 NT Polyimidpulver selbst als Füllstoff eingesetzt werden und begünstigt im Blend mit anderen Polymeren deren Wärmeformbeständigkeit oder vermindert den Verschleiß im Reibkontakt.

Diese Variabilität der Eigenschaften, gemeinsam mit der einfachen Verarbeitung des Grundmaterials P84 NT und der leichten Bearbeitbarkeit von Formteilen mit Standardwerkzeugen machen die Werkstoffe und die Technik für neue Nutzergruppen interessant. Immer dann, wenn ökonomischen Überlegungen oder technische Anforderungen den ein Einsatz von Kunststoffen interessant erscheinen lassen und und gleichzeitig hohe Ansprüche an die Temperaturstabilität gestellt werden, dieser Werkstoff ins Spiel. Eine Beschäftigung mit dessen Möglichkeiten, die Berücksichtigung von Eigenschaften und Verarbeitung schon in der Konstruktionsphase helfen beim Ausschöpfen der Potenziale.


K 2010, Halle 6, Stand B28

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