PEEK oder PAEK? Was verbirgt sich hinter dem Begriff?

Mit der Einführung neuer PAEKs (PolyArylEtherKetone) wie dem unidirektionalen Tape VICTREX AE™ 250 für eine völlig neue Leistungsklasse bei Verbundwerkstoffen für die Luft- und Raumfahrt und, seit kurzem, dem Filament VICTREX AM™ 200, das die Festigkeit in Z-Richtung bei der additiven Fertigung neu definiert, werde ich häufig gefragt: "Ist das PEEK?" und "Was ist der Unterschied zwischen PEEK und PAEK?"  Zeit also für eine Erklärung!

Am einfachsten ist es, den Begriff "PAEK" als Familiennamen zu betrachten - er beschreibt die allgemeine Familie der Polymere, die mindestens aus Aryl-, Ether- und Keton-Bausteinen besteht, wie ich schon in einem früheren Blogbeitrag einem früheren Blogbeitrag erwähnt habe.

Es wird Sie vielleicht überraschen, dass bis heute über 340 verschiedene PAEKs verzeichnet wurden, von denen die meisten jedoch amorph und von geringem Interesse für die Industrie sind.

Bei Victrex konzentrieren wir uns vor allem auf teilkristalline Werkstoffe, da diese Polymere eine hohe Chemikalienbeständigkeit sowie gute Ermüdungs-, Kriech- und Verschleißeigenschaften aufweisen, wie ich bereits in einem früheren Blogartikel erwähnt habe.

Das bekannteste PAEK ist PEEK, und seine Wiederholungseinheit sieht so aus:

Weitere PAEKs, die Victrex herstellt, sind VICTREX HT™, bei dem es sich um PEK handelt:

und VICTREX ST™, ein PEKEKK:

Mit zunehmendem Verhältnis von Keton zu Ether steigen die Glasübergangstemperatur (Tg) und der Schmelzpunkt (Tm).

Ein höherer Tg-Wert kann für Anwendungen, die eine höhere Steifigkeit und Festigkeit bei höheren Temperaturen erfordern, wünschenswert sein, da dies die Temperatur ist, oberhalb derer das Polymer von steif und glasartig zu weicher und gummiartiger wechselt.

Allerdings gibt es hier einen Kompromiss, denn eine höhere Tm bedeutet, dass das Polymer bei einer höheren Temperatur verarbeitet werden muss, was durchaus eine Herausforderung darstellen kann. Üblicherweise werden PAEKs bei Temperaturen 30 – 60°C über ihrer Tm verarbeitet, und realistisch betrachtet kann es knifflig werden, Thermoplaste bei Temperaturen deutlich über 430 °C zu verarbeiten.

Wenn man sich die obige Tabelle anschaut, fällt einem etwas wirklich Interessantes auf: Ich habe Tg und Tm auf der absoluten oder Kelvin-Temperaturskala, K, gemessen (falls Sie sich wundern: K = °C + 273,15). Wenn wir das Verhältnis von Tm zu Tg auf der Kelvin-Skala betrachten, sehen wir, dass es ein konstantes Verhältnis von 1,5 : 1 zwischen ihnen gibt, und dies ist eine Art "ungeschriebenes Gesetz" in den so genannten teilkristallinen All-Para-PAEKs.

Die Regeln neu erfindenBei Victrex haben wir uns gefragt: "Wäre es nicht toll, wenn wir diese Regel brechen könnten? Dann könnten wir den Tm-Wert senken, ohne den Tg-Wert zu senken, und damit unseren Kunden eine niedrigere Verarbeitungstemperatur bei gleichbleibender Hochtemperaturleistung bieten."

Dies war die Idee, die schließlich zu den PAEKs führte, die wir LMPAEKs nennen und die in VICTREX AE™ 250 UD-Band und VICTREX AM™ 200 Filament verwendet werden. Diese Polymere haben in der Regel ein niedrigeres Tm:Tg-Verhältnis von 1,35, d. h. eine um ~40 °C niedrigere Tm und Verarbeitungstemperatur, aber eine Tg, die mindestens so gut ist wie die von PEEK.

In "LMPAEK™ erklärt - und warum es sich für Verbundwerkstoffe und die additive Fertigung eignet", werden weitere Merkmale und Vorteile dieser einzigartigen VICTREX LMPAEK-Copolymere erläutert, die sich ideal für Verbundwerkstoffe, Hybridspritzguss und die additive Fertigung eignen.

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Disclaimer

Über die AutorInnen

John Grasmeder, Wissenschaftlicher Leiter bei Victrex

Dr. John Grasmeder verfügt über mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Polymerindustrie, in Forschung und Entwicklung sowie in Vertriebs- und Führungspositionen bei ICI, BASF, Hoechst und Shell Joint Ventures in Großbritannien und Deutschland. Er ist seit 2005 bei Victrex tätig und war seit 2010 technischer Direktor. Im Jahr 2016 wurde er Chief Scientist.

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Carin Burger, Technische Service-Ingenieurin, Forschung und Entwicklung bei Victrex

Carin Burger ist Materialwissenschaftlerin und arbeitet seit 14 Jahren bei Victrex.  Sie kann auf Erfahrungen in Forschung und Entwicklung sowie im technischen Service zurückblicken.  Sie genießt ihre Arbeit als Teil des EMEA-Teams für technischen Service, wo sie mit Kunden an der Lösung ihrer Probleme arbeitet und sie beim Design, der Verarbeitung und der Herstellung unterstützt. 

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