Frästeile, Drehteile und Dichtungen aus Hightech-Kunststoffen

Wir fertigen Hightech-Frästeile, -Drehteile und -Dichtungen aus den Hochleistungskunststoffen PEEK, PI, PAI, PEI, PPS, PVDF, PTFE, PCTFE, FKM und FFKM. Als Entwicklungspartner begleiten wir Sie von der Entwicklung bis zur Serienfertigung.

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Oberhalb von 150 °C, bei aggressiven Medien oder bei hohen Reinheitsanforderungen reichen technische Kunststoffe wie POM (Polyoxymethylen), PA (Polyamid) oder PET (Polyethylenterephthalat) oftmals nicht mehr aus. Ab dann müssen Hochleistungskunststoffe verwendet werden. Hänssler zerspant diese Hightech-Werkstoffe zu Frästeilen, Drehteilen und Dichtungen.

Was sind Hochleistungskunststoffe?

Hochleistungskunststoffe sind Kunststoffe, die eine Dauertemperatur von über 150 °C aushalten. Diese Grenze ist eine vereinfachende Werkstoffgruppierung und keine Norm. Sie trennt die Hochleistungskunststoffe von den technischen Kunststoffen (unter 150 °C) und von den Standardkunststoffen (unter 100 °C).

Die Fluorelastomere FKM und FFKM werden häufig nicht zu dieser Gruppierung gezählt, da sie nur Thermoplaste umfasst. PCTFE und PVDF liegen mit ihrer Dauertemperatur an oder unter der 150-°C-Grenze. PI und PTFE erfüllen die Temperaturgrenze, fehlen in der klassischen Werkstoffpyramide der Thermoplaste aber häufig, weil PTFE und viele PI-Typen nicht schmelzverarbeitbar sind. Wegen ihrer herausragenden Eigenschaften und Einsatzgebiete zählen wir alle diese Werkstoffe dennoch zu den Hightech-Kunststoffen.

Neben der Temperaturbeständigkeit bringen Hightech-Kunststoffe weitere außergewöhnliche Eigenschaften mit. Dazu gehören extreme chemische Beständigkeit, sehr gute Gleiteigenschaften, hohe Reinheit, extreme Maßhaltigkeit und Resistenz gegen verschiedene Strahlungsarten. Darüber hinaus verfügen sie oftmals – je nach Verstärkungsgrad – über herausragende thermomechanische Eigenschaften.

Welche Hightech-Kunststoffe zerspanen wir?

Hänssler zerspant PEEK (Polyetheretherketon), PPS (Polyphenylensulfid), PI (Polyimid), PAI (Polyamidimid), PEI (Polyetherimid), PVDF (Polyvinylidenfluorid), PTFE (Polytetrafluorethylen), PCTFE (Polychlortrifluorethylen), FKM (Fluorkautschuk) und FFKM (Perfluorkautschuk). Die Basispolymere können glas- oder kohlefaserverstärkt sowie mit Füllstoffen und Additiven modifiziert werden.

Polyetheretherketon (PEEK)

PEEK ist der Allrounder unter den Hightech-Kunststoffen. Es ist dauerhaft einsetzbar bei bis zu 250 °C, trägt Lasten gut, kriecht kaum und hält Heißdampf sowie energiereiche Strahlung aus. Darüber hinaus verfügt es über eine sehr gute Chemikalienbeständigkeit und tribologische Eigenschaften. Dadurch kann es in vielen Anwendungen eingesetzt werden, als Strukturteil, Präzisionsteil oder sogar als Dichtung.

Polyphenylensulfid (PPS)

PPS ist resistent gegen viele Chemikalien, hydrolysebeständig und besonders dimensionsstabil. Der Werkstoff kann bis ca. 230 °C eingesetzt werden und ist inhärent flammgeschützt. Bauteile aus PPS sind prädestiniert für die Elektrotechnik, Prozessindustrie und für die Fluidtechnik. Sie werden als Isolierteile, Spulenkörper, Pumpen- und Kompressorkomponenten, Ventilteile, Gleitlager und Zellrahmen für Elektrolyseure verwendet.

Polyimid (PI)

Polyimid (PI), bekannt vor allem unter dem Handelsnamen Vespel^®, ist die absolute Spitze unter den Kunststoffen. Es hält je nach Typ 260 bis 300 °C dauerhaft aus und erträgt kurzzeitige Temperaturspitzen von 400 bis 500 °C. Es ist dimensionsstabil, hat ein sehr gutes Ausgasungsverhalten und ist außergewöhnlich strahlungsbeständig. Da es im Vakuum kaum ausgast und geringste Emissionen aufweist, eignet es sich sowohl für die Luft- und Raumfahrt als auch für Reinraumprozesse in der Halbleiterfertigung. Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich ist der Energiesektor, zum Beispiel Kerntechnik und Wasserstofftechnik.

Polyamidimid (PAI)

Polyamidimid (PAI), bekannt unter dem Handelsnamen Torlon^®, ist der druckfesteste Konstruktionskunststoff und behält seine Maßhaltigkeit auch bei hohen Temperaturen. Dauerhaft bleibt der Werkstoff je nach Typ zwischen 210 und 260 °C einsetzbar. Zudem isoliert er elektrisch. Aus PAI entstehen Gleitlager, Anlaufscheiben, Dichtringe, Ventilsitze und Verbindungselemente für die Luftfahrt sowie Prüfsockel und Wafer-Handling-Komponenten für die Halbleiterfertigung. Gegen Sattdampf und starke Basen ist PAI jedoch empfindlich.

Polyetherimid (PEI)

Polyetherimid (PEI), bekannt unter dem Handelsnamen Ultem^®, lässt Licht durch und ist ohne Additive flammwidrig nach UL 94 V-0. Dauerhaft bleibt der Werkstoff bis 170 °C einsetzbar. PEI erfüllt zusätzlich die Brandschutzanforderungen nach FAR 25.853 für Flugzeuginnenräume und hält wiederholte Dampfsterilisation aus. Hersteller verbauen PEI als Isolator, Steckverbinder und Kabinenteile sowie in Analytik und Medizintechnik. Wassermischbare Kühlschmierstoffe verträgt der Werkstoff nicht, er reagiert mit Spannungsrissen.

Polyvinylidenfluorid (PVDF)

Polyvinylidenfluorid (PVDF), bekannt unter den Handelsnamen Kynar^® und Solef^®, verbindet die Chemikalienbeständigkeit der Fluorkunststoffe mit einer deutlich höheren Festigkeit und Formstabilität als PTFE. Dauerhaft bleibt der Werkstoff bis rund 150 °C einsetzbar. Er ist ohne Additive flammwidrig nach UL 94 V-0, beständig gegen UV-Strahlung und Bewitterung und lässt sich schweißen. An Reinstmedien gibt PVDF praktisch nichts ab. Verarbeiter setzen ihn für Pumpengehäuse, Ventilteile, Dichtungen und Rohrleitungskomponenten im Chemieanlagenbau ein, dazu in der Halbleiterfertigung für Nassprozesse mit Ultrareinstwasser sowie in Pharma und Lebensmitteltechnik. Gegen starke Basen, Amine, Ketone und Ester ist PVDF jedoch empfindlich.

Polytetrafluorethylen (PTFE)

Polytetrafluorethylen (PTFE), bekannt unter dem Handelsnamen Teflon™, kann von minus 200 °C bis plus 260 °C eingesetzt werden und widersteht dabei nahezu allen Medien. Ausnahmen sind geschmolzene Alkalimetalle und elementares Fluor bei erhöhter Temperatur. Der Reibwert liegt sehr niedrig. Der Preis für diese Eigenschaften ist die geringe Festigkeit. Unter dauernder Last kriecht der Werkstoff schon bei Raumtemperatur. Füllstoffe wie Glasfaser, Kohle, Graphit oder Bronze heben Druckfestigkeit und Verschleißwiderstand deutlich an. PTFE eignet sich für Dichtungen, Auskleidungen, Faltenbälge und Gleitelemente im Maschinenbau, in der Prozesschemie, in der Pharma- und Lebensmitteltechnik sowie in Nassprozessen der Halbleiterfertigung. Für tragende Bauteile ist PTFE nicht geeignet.

Polychlortrifluorethylen (PCTFE)

Polychlortrifluorethylen (PCTFE), bekannt unter den Handelsnamen Neoflon^® und Voltalef^®, sperrt Gase besser (geringe Permeation) als die übrigen Fluorkunststoffe und bleibt bis etwa minus 255 °C formstabil. Der Werkstoff ist härter als PTFE und neigt kaum zum Kaltfluss. Die obere Grenze liegt bei rund 150 °C ohne mechanische Last, unter Dauerlast fällt sie deutlich. PCTFE hält dort, wo bei Tieftemperatur zugleich Dichtheit und Flächenpressung gefordert sind: in Ventilsitzen und Dichtelementen für LNG, flüssigen Sauerstoff und Wasserstoff.

Fluorkautschuk (FKM)

Fluorkautschuk (FKM), bekannt unter dem Handelsnamen Viton^®, ist das am häufigsten verwendete Hightech-Elastomer. Als Elastomer hat es eine eigene Rückstellkraft und will nach einer Verformung zurück in seine Ursprungsform. Normalerweise sind Elastomere chemisch angreifbar und nicht sehr temperaturbeständig. Hier unterscheidet sich FKM von den anderen Elastomeren. Es erträgt Temperaturen bis zu 200 °C und ist gegen viele Medien beständig. Eingesetzt wird es in der Verfahrenstechnik, Hydraulik, Pneumatik, Antriebstechnik sowie in der Luft- und Raumfahrt.

Perfluorkautschuk (FFKM)

Perfluorkautschuk (FFKM), bekannt unter Handelsnamen wie Kalrez^® und Perlast^®, ist die Steigerung von FKM und das leistungsfähigste bekannte Elastomer. Es erträgt dauerhaft bis zu 320 °C und ist gegen nahezu alle Medien beständig, einschließlich Aminen, Ketonen, Estern und Heißdampf, an denen FKM scheitert. Dafür kostet FFKM ein Vielfaches, weshalb es dort eingesetzt wird, wo ein Ausfall enorme Schäden verursachen würde: in Halbleiterprozessen, in der Chemie- und Pharmaproduktion sowie in der Luft- und Raumfahrt.

Bauteile aus den Hochleistungskunststoffen PEI, PPS und PEEK fertigen wir auch im 3D-Druck. Mehr dazu steht auf der Seite zu hitzebeständigen 3D-Druck-Bauteilen.

Was bietet Hänssler bei Hochleistungskunststoffen?

Ein Lohnfertiger arbeitet die Zeichnung ab, die er bekommt. Das ist nicht unser Anspruch. Wir sind Entwicklungspartner und schauen uns Ihre Anwendung im Detail an: Medium, Temperatur, Druck, Bewegung und Bauraum. Erst daraus ergibt sich, welcher Werkstoff und welche Geometrie tatsächlich passen. Wenn wir dabei auf einen Punkt stoßen, der sich anders besser lösen lässt, schlagen wir die Änderung vor und begründen sie.

Für die Konstruktion bedeutet das eine Entlastung. Sie muss sich nicht in die Einzelheiten der Kunststoff- und Dichtungstechnik einarbeiten. Sie können das Gesamtsystem im Blick behalten und bekommen von uns zu Werkstoff, Auslegung und Herstellbarkeit eine belegte Antwort und Verbesserungsvorschläge direkt im CAD. Wir bieten Beratung, Mitarbeit an der Konstruktion und Fertigung von komplexen Hochleistungskunststoffteilen und Hightech-Dichtungen an.

Hightech-Kunststoffe, Hochleistungsmetalle oder Hochleistungskeramik?

Metall, Keramik und Kunststoff bestehen aus unterschiedlichen Atomen, und diese Atome halten auf unterschiedliche Weise zusammen. Daraus ergeben sich die Grundlagen ihres Eigenschaftsprofils.

Metalle bestehen meistens aus schweren Atomen wie Eisen, Kupfer oder Titan. Sie geben ihre äußeren Elektronen ab, die sich danach frei zwischen den Atomrümpfen bewegen. Diese Metallbindung hat keine feste Richtung. Unter Last können die Atome ihre Plätze wechseln, ohne dass der Zusammenhalt abreißt, deshalb verformen sich Metalle in der Regel, bevor sie brechen. Weil die schweren Atome dicht gepackt liegen, ist die Dichte hoch.

Keramiken sind Verbindungen aus einem Metall oder Silizium mit Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff, zum Beispiel Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid. Hier sind die Elektronen fest zwischen zwei Partnern gebunden (kovalente Bindung) oder ganz von einem Partner auf den anderen übertragen (Ionenbindung). Jedes Atom hat seinen festen Platz und seine feste Richtung. Ein Platzwechsel würde die Bindung zerstören, deshalb sind Keramiken hart und spröde und brechen ohne vorherige Verformung.

Kunststoffe bestehen fast nur aus leichten Nichtmetallen, vor allem Kohlenstoff und Wasserstoff, dazu Sauerstoff, Stickstoff oder Fluor. Diese Atome sind zu langen Ketten verbunden und innerhalb der Kette genauso fest gebunden wie in einer Keramik, nämlich kovalent. Zwischen den Ketten wirken dagegen nur Van-der-Waals-Kräfte und teilweise Wasserstoffbrücken. Diese Nebenvalenzkräfte sind etwa zehn bis hundertmal schwächer als die kovalenten Bindungen in der Kette, und sie lassen bereits bei Erwärmung nach. Deshalb sind Kunststoffe nachgiebig, kriechen unter Dauerlast und verlieren mit steigender Temperatur an Festigkeit. Ihre geringe Dichte kommt von den leichten Atomen und davon, dass die Ketten locker und ungeordnet nebeneinander liegen.