BKM – PPSU Kunststoff
Wenn Kunststoffe wie Polyamid (PA), Polycarbonat (PC), Polyoxymethylen (POM) oder Polyethylenterephthalat (PET) die Anforderungen einer bestimmten Anwendung nicht mehr erfüllen können, kommen Hochleistungskunststoffe zum Einsatz.
In diese Gruppe gehören auch die thermoplastischen Polysulfone.
Hier wird zwischen Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PESU) und Polyphenylsulfon (PPSU) unterschieden.
Als amorpher Hochtemperaturkunststoff ist PPSU eine Weiterentwicklung von Polysulfon. Spezielle physikalische Behandlungen führen dazu, dass PPSU über eine große Schlagfestigkeit verfügt und hochgradig resistent gegen Flammen ist. Ansonsten entsprechen die Eigenschaften des Kunststoffs den Grundeigenschaften, die alle Polysulfone auszeichnen.
Inhalt:
Was sind Polysulfone?
Polysulfone sind amorphe, thermoplastische Kunststoffe. Sie sind für den Einsatz in einem Temperaturbereich zwischen -100 °C und +200 °C ausgelegt und kennzeichnen sich durch günstige Brandeigenschaften. Zu den weiteren Vorzügen gehören die hohe Festigkeit, Steifigkeit und Reißdehnung.
Außerdem sind Polysulfone beständig gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien.
Wie werden die Kunststoffe hergestellt?
PSU entsteht durch eine mehrstufige Polykondensation. Dabei reagiert Bisphenol A mit Dichlorsulfonylsulfon und bildet eine lineare, amorphe Struktur. PESU hingegen entsteht durch eine Polyether-Synthese. Bei PPSU müssen spezielle, komplexe Verfahren anwendet werden, um einerseits die gewünschten Eigenschaften und andererseits eine geringe Wasseraufnahme zu erreichen.
Polysulfone sind beständig gegen viele Chemikalien, neigen jedoch zu Spannungsrissen. Bei einem Einsatz im Freien müssen die Kunststoffe durch Schutzschichten auf der Oberfläche oder Zusätze wie Ruß gegen die Einwirkung von UV-Strahlen geschützt werden. Ansonsten sind sie gegen energiereiche Strahlung beständig.
Als Modifikationen sind Polysulfone in folgenden Formen verfügbar:
- höher molekulare Typen mit einer erhöhten Schmelzviskosität für die Extrusion
- flammhemmend ausgerüstete Typen
- mit Glasfasern verstärkte Typen für eine höhere Steifigkeit und Festigkeit
- mineralisch gefüllte Typen für eine höhere Wärmeformbeständigkeit und eine geringere Spannungsrissempfindlichkeit
Was zeichnet PSU, PESU und PPSU aus?
Alle Polysulfone haben gemeinsam, dass sie hohe Festigkeiten bieten und höhere Gebrauchstemperaturen erlauben. Trotzdem gibt es auch Unterschiede.
PSU punktet mit einer hohen Chemikalienbeständigkeit und einer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit. Der Kunststoff ist schwer entflammbar und verlöscht von selbst. Er lässt sich gut formen und zeigt dabei eine sehr gute Maßhaltigkeit und nur eine geringe lineare Wärmeausdehnung.
Die Dauergebrauchstemperatur liegt bei 150 °C. PSU wird vorwiegend dort eingesetzt, wo es neben höheren Dauergebrauchstemperaturen auch auf hohe Steifigkeit, mechanische Festigkeit und Kriechfestigkeit ankommt. Die amorphe Struktur bietet eine gute Lichtdurchlässigkeit bei leicht bräunlicher Färbung, ist dimensionsstabil und hydrolysebeständig.
Auch PESU ist ein amorpher, transparenter Kunststoff. Seine Färbung ist leicht gelblich. Die Eigenschaften sind mit denen von PSU vergleichbar. PESU hat aber eine höhere Schlagzähigkeit und ist chemisch beständiger.
Verglichen mit PSU und PESU, verfügt PPSU über eine noch bessere Schlagzähigkeit und chemische Beständigkeit. Der Kunststoff kann in einem Temperaturbereich zwischen -50 °C und +180 °C eingesetzt werden. PPSU ist hochgradig flammenresistent, nimmt kaum Wasser auf und ist beständig gegenüber Reinigungs- und Desinfektionsmitteln.
Deshalb kann der Kunststoff für Anwendungen eingesetzt werden, die es notwendig machen, Produkte mit heißem Dampf zu sterilisieren.
Das ist zum Beispiel in der Medizintechnik der Fall. Die hohe Dimensionsstabilität und die gute Beständigkeit gegen energiereiche Strahlung sind weitere Pluspunkte des Kunststoffs.
Wie werden Polysulfone verarbeitet?
Polysulfone können mit allen Verfahren verarbeitet werden, die bei Thermoplasten üblicherweise Anwendung finden. Am häufigsten erfolgt die Verarbeitung durch Spritzguss- und Extrusionsverfahren.
In seiner Grundform nimmt Polysulfon Feuchtigkeit auf. Vor einer Verarbeitung muss der Kunststoff deshalb drei bis sechs Stunden lang in einem Vakuum bei einer Temperatur zwischen 130 °C und 150 °C getrocknet werden.
Bei der Verarbeitung sind außerdem hohe Masse- und Werkzeugtemperaturen erforderlich. Denn die Schmelzen sind hochviskos. Ausreichend hohe Temperaturen reduzieren Molekülorientierungen und Eigenspannungen. Dadurch sinkt die Empfindlichkeit für Spannungsrisse.
Um Teile miteinander zu verbinden, können die Kunststoffe genietet, verklebt oder geschweißt werden.
Wo werden PSU und PPSU eingesetzt?
Aufgrund ihrer Eigenschaften bieten sich PSU und PPSU in erster Linie für technische Konstruktionsteile an, die hohen Belastungen in anspruchsvollen Umgebungen standhalten müssen.
Zu den wichtigsten Bereichen zählen:
- Elektrotechnik
- Feinwerktechnik
- Maschinenbau
- Anlagenbau
- Medizintechnik
Zu den typischen Produkten aus diesen Kunststoffen gehören Computerteile, Gehäuse, Isolationen, elektrische Schaltteile und Kondensatorfolien. Außerdem werden Klemmleisten, Pumpengehäuse, Laufräder, Abdeckungen und Spulenkörper aus PPSU gefertigt.
Daneben wird der Kunststoff für Membranen, Hohlkörper, Rollen, Armaturen und Fittings eingesetzt. Ein weiterer großer Anwendungsbereich sind Griffe, Fassungen und Geräte, die im Betrieb regelmäßig mit Heißluft oder Dampf sterilisiert werden müssen.
FAQ zu PPSU-Kunststoffen
Wie umweltfreundlich ist PPSU verglichen mit anderen Materialien herzustellen?
Die Herstellung von PPSU-Kunststoffen gilt im Allgemeinen als umweltfreundlicher als die einiger anderer Kunststoffe wie PVC oder ABS. PPSU ist frei von chlorierten Verbindungen und benötigt während der Produktion keine Phthalate, was zu einer geringeren Umweltbelastung führt.
Ist PPSU recycelbar?
Ja, PPSU ist prinzipiell recycelbar. Die Trennung und Aufbereitung von PPSU-Abfällen ist jedoch aufgrund der spezifischen chemischen Eigenschaften des Materials mit Herausforderungen verbunden. Die Recyclingtechnologie wird jedoch ständig weiterentwickelt, um die Recyclingfähigkeit von PPSU zu verbessern.
Welche aktuellen Entwicklungen gibt es im Bereich der PPSU-Kunststoffe?
Der Schwerpunkt der aktuellen Entwicklungen liegt auf der Verbesserung der Produktionsprozesse zur Effizienzsteigerung und Umweltentlastung. Darüber hinaus wird kontinuierlich nach Innovationen gesucht, um die mechanischen Eigenschaften von PPSU zu optimieren und neue Anwendungsfelder zu erschließen, wie z.B. im Bereich der additiven Fertigung.
Gibt es spezielle regulatorische Anforderungen für den Einsatz von PPSU-Kunststoffen?
In der Medizintechnik, insbesondere bei Anwendungen, die Sterilität erfordern, müssen PPSU-Bauteile bestimmte regulatorische Standards erfüllen. Dazu gehören häufig Zertifizierungen wie die FDA-Zulassung in den USA oder die CE-Kennzeichnung in der EU, um die Sicherheit und Wirksamkeit medizinischer Geräte zu gewährleisten.
Worin unterscheidet sich PPSU von anderen Hochleistungskunststoffen wie PEEK oder PEI?
PPSU bietet eine bessere Schlagzähigkeit und chemische Beständigkeit als PEEK (Polyetheretherketon) und PEI (Polyetherimid). PPSU ist jedoch nicht so hitzebeständig wie PEEK und PEI und ist daher möglicherweise nicht für Anwendungen mit extrem hohen Temperaturen geeignet.
Für welche Anwendungen ist PPSU im Vergleich zu anderen Hochleistungskunststoffen besonders geeignet?
PPSU wird aufgrund seiner hervorragenden Schlagzähigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Flammwidrigkeit häufig in der Medizintechnik eingesetzt, insbesondere für Bauteile, die bei hohen Temperaturen sterilisiert werden müssen. PEEK und PEI werden dagegen häufiger in Hochtemperaturanwendungen wie der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie eingesetzt.