Materialauswahl für Kunststoffteile
Übersicht über die gängigsten Kunststoff-Materialien und Granulaten
Die Wahl des richtigen Kunststoffs entscheidet maßgeblich über Funktion, Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit eines Bauteils. Ein hochwertiges Design allein genügt nicht, wenn der Werkstoff den späteren Belastungen nicht standhält. Umgekehrt kann ein optimal ausgewählter Kunststoff die Lebensdauer verlängern, Produktionskosten senken und sogar mehrere Bauteile oder Funktionen in einem einzigen Spritzgussteil vereinen.
Dennoch wird die Materialauswahl häufig unterschätzt. Viele Entwickler orientieren sich an Werkstoffen, die bereits in früheren Projekten eingesetzt wurden, oder wählen das kostengünstigste Material. Ein systematischer Auswahlprozess berücksichtigt jedoch deutlich mehr Kriterien – von mechanischen Eigenschaften über Umwelteinflüsse bis hin zur späteren Fertigung.
In diesem Kapitel erhalten Sie einen Überblick über die wichtigsten Werkstoffgruppen, deren Eigenschaften sowie Auswahlkriterien für die Entwicklung technischer Kunststoffteile.
Welche Anforderungen muss der Kunststoff erfüllen?
Vor der Auswahl eines Werkstoffs sollten die Einsatzbedingungen möglichst genau definiert werden. Nur wenn die technischen Anforderungen bekannt sind, lässt sich ein Kunststoff auswählen, der sowohl funktional als auch wirtschaftlich geeignet ist.
Zu den wichtigsten Fragen gehören:
- Welche mechanischen Belastungen treten auf?
- Muss das Bauteil schlagzäh oder besonders steif sein?
- Welche Temperaturen herrschen im Betrieb?
- Kommt das Bauteil mit Chemikalien, Ölen oder Reinigungsmitteln in Kontakt?
- Wird das Produkt im Innen- oder Außenbereich eingesetzt?
- Ist UV-Beständigkeit erforderlich?
- Sind elektrische Isolation oder Leitfähigkeit gefordert?
- Müssen Brandschutzvorgaben erfüllt werden?
- Welche Lebensdauer wird erwartet?
- Welche Oberflächenqualität wird gewünscht?
- Welche Stückzahlen sind geplant?
- Welche Kosten sind wirtschaftlich sinnvoll?
Erst wenn diese Fragen beantwortet sind, lässt sich der geeignete Werkstoff auswählen.
Häufige Fehler bei der Materialauswahl
- Auswahl ausschließlich nach dem Materialpreis
- Mechanische Belastungen unterschätzen
- Chemikalien oder Reinigungsmittel nicht berücksichtigen
- UV- und Witterungseinflüsse vergessen
- Temperaturbereiche zu knapp auslegen
- Schwindung und Verzug nicht beachten
- Glasfaserverstärkte Werkstoffe ohne Anpassung der Konstruktion einsetzen
Thermoplaste – der Standard im Spritzguss
Die überwiegende Mehrheit aller technischen Kunststoffteile wird heute aus Thermoplasten hergestellt. Im Gegensatz zu Duroplasten oder Elastomeren lassen sich Thermoplaste durch Erwärmen verformen und nach dem Abkühlen wieder erstarren. Dadurch eignen sie sich hervorragend für wirtschaftliche Fertigungsverfahren wie den Spritzguss und ermöglichen eine effiziente Serienproduktion mit hoher Maßgenauigkeit.
Thermoplaste decken ein breites Eigenschaftsspektrum ab – von kostengünstigen Standardkunststoffen bis hin zu Hochleistungsthermoplasten für anspruchsvolle Anwendungen. Je nach Werkstoff bieten sie unterschiedliche mechanische, thermische, chemische oder elektrische Eigenschaften und können durch Glasfasern, Mineralfüllstoffe oder Additive gezielt an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung angepasst werden.
Grundsätzlich werden Thermoplaste in drei Werkstoffgruppen unterteilt:
- Standardthermoplaste – wirtschaftliche Kunststoffe für einfache bis mittlere Anforderungen, beispielsweise PP, PE oder PS.
- Technische Thermoplaste – Werkstoffe mit höherer Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Maßhaltigkeit, wie PA, POM, PBT oder PC.
- Hochleistungsthermoplaste – Spezialkunststoffe für extreme Einsatzbedingungen, beispielsweise PEEK, PPS oder PEI.
Die Wahl des geeigneten Werkstoffs richtet sich stets nach den technischen Anforderungen, den Einsatzbedingungen und den wirtschaftlichen Rahmenbedingungen des Projekts. In den folgenden Abschnitten werden die wichtigsten Werkstoffgruppen und ihre typischen Eigenschaften näher vorgestellt.
Die folgende Übersicht zeigt die wichtigsten Thermoplaste, geordnet nach Werkstoffklasse, Preisniveau und typischen Produktionsvolumina. Sie dient als erste Orientierung bei der Materialauswahl und verdeutlicht die Unterschiede zwischen Standardkunststoffen, technischen Thermoplasten und Hochleistungskunststoffen.
| Werkstoff | Eigenschaften | Typische Anwendungen |
|---|---|---|
| ABS | schlagzäh, gute Oberfläche | Gehäuse |
| PC | hohe Festigkeit, transparent | Displayschutz |
| PC/ABS | Kombination aus Stabilität und Design | HMI-Gehäuse |
| PA6 | hohe Festigkeit | technische Bauteile |
| PA66 | temperaturbeständig | Maschinenbau |
| PBT | elektrisch isolierend | Steckverbinder |
| POM | geringe Reibung | Zahnräder |
| PP | chemikalienbeständig | Behälter |
| PE | zäh, kostengünstig | Schutzteile |
Standard Thermoplaste
Standardkunststoffe bzw. Massenkunststoffe sind thermoplastische Kunststoffe, die sehr günstig in großen Mengen hergestellt werden und vielseitig verwendbar sind.
Polyethylen (PE) – Der meistverwendete Kunststoff mit vielseitigen Einsatzmöglichkeiten
Polyethylen (PE) ist der weltweit am häufigsten eingesetzte Standardkunststoff und gehört zur Werkstoffgruppe der Polyolefine. Aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit, guten Verarbeitbarkeit und hohen chemischen Beständigkeit wird PE vor allem in der Verpackungsindustrie, aber auch in zahlreichen technischen Anwendungen eingesetzt.
Der teilkristalline Thermoplast zeichnet sich durch eine hohe Beständigkeit gegenüber vielen Säuren, Laugen und Chemikalien sowie eine sehr geringe Wasseraufnahme aus. Darüber hinaus besitzt PE gute elektrische Isolationseigenschaften, ein ausgezeichnetes Gleitverhalten und eine hohe Verschleißfestigkeit. Je nach Typ eignet sich der Werkstoff für Anwendungen im Temperaturbereich von etwa –50 °C bis +80 °C.
Ein weiterer Vorteil ist die geringe Feuchtigkeitsaufnahme sowie die gute Beständigkeit gegenüber Wasser. Ohne geeignete UV-Stabilisatoren kann Polyethylen bei langfristiger Sonneneinstrahlung jedoch verspröden und sollte für Außenanwendungen entsprechend modifiziert werden.
Eigenschaften
- hohe Chemikalienbeständigkeit
- sehr geringe Wasseraufnahme
- gute elektrische Isolation
- ausgezeichnetes Gleitverhalten
- hohe Verschleißfestigkeit
- schlagzäh und flexibel
- einfache und wirtschaftliche Verarbeitung
- gute Einfärbbarkeit
Polystyrol (PS) – Vielseitiger Standardkunststoff mit breitem Anwendungsspektrum
Polystyrol (PS) ist ein amorpher Standardthermoplast, der sich durch seine einfache Verarbeitung, hohe Steifigkeit und hervorragende Oberflächenqualität auszeichnet. Aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit und guten Formbarkeit zählt PS zu den am häufigsten eingesetzten Kunststoffen für Massenanwendungen. Das Material wird sowohl als kompakter Thermoplast für Spritzgussteile als auch in geschäumter Form, beispielsweise als expandiertes Polystyrol (EPS, bekannt unter dem Handelsnamen Styropor®), verarbeitet.
Polystyrol bietet eine gute Beständigkeit gegenüber wässrigen Laugen und vielen Mineralsäuren sowie eine geringe Wasseraufnahme. Gleichzeitig besitzt der Werkstoff jedoch nur eine begrenzte Wärme- und Witterungsbeständigkeit. Die empfohlene Dauereinsatztemperatur liegt bei etwa 70 °C, während UV-Strahlung ohne entsprechende Stabilisatoren zu einer Alterung und Versprödung des Materials führen kann.
Charakteristisch für unverstärktes Polystyrol sind seine hohe Steifigkeit und Härte, aber auch eine vergleichsweise geringe Schlagzähigkeit. Aufgrund seiner Sprödigkeit eignet sich PS vor allem für Bauteile, die keinen hohen mechanischen oder dynamischen Belastungen ausgesetzt sind. Ein wesentlicher Vorteil ist die geringe Schwindung beim Spritzgießen, wodurch sich auch filigrane Geometrien, scharfe Konturen und hochwertige Oberflächen mit hoher Maßgenauigkeit realisieren lassen.
Eigenschaften
- hohe Steifigkeit und Härte
- sehr gute Oberflächenqualität
- geringe Schwindung und hohe Maßhaltigkeit
- gute Beständigkeit gegenüber Laugen und vielen Mineralsäuren
- geringe Wasseraufnahme
- einfache und wirtschaftliche Verarbeitung
- begrenzte Schlagzähigkeit
- begrenzte Wärme- und UV-Beständigkeit
Polypropylen (PP) – Vielseitiger und robuster Kunststoff für zahlreiche Anwendungen
Polypropylen (PP) ist ein teilkristalliner Thermoplast aus der Familie der Polyolefine und zählt zu den weltweit am häufigsten eingesetzten Kunststoffen. Der Werkstoff überzeugt durch seine hohe Chemikalienbeständigkeit, sein geringes Gewicht und seine hervorragende Verarbeitbarkeit. Aufgrund seiner ausgewogenen Eigenschaften eignet sich PP sowohl für kostengünstige Massenprodukte als auch für technische Kunststoffteile.
PP bietet eine gute Steifigkeit, hohe Oberflächenhärte und eine ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit. Dadurch eignet sich der Werkstoff besonders für bewegliche Bauteile wie Filmscharniere oder Schnappverbindungen, die über viele Schalt- oder Biegezyklen zuverlässig funktionieren müssen. Darüber hinaus verfügt Polypropylen über sehr gute elektrische Isolationseigenschaften sowie eine geringe Wasseraufnahme.
Je nach Werkstofftyp kann PP dauerhaft in einem Temperaturbereich von etwa 0 °C bis +100 °C eingesetzt werden. Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt nimmt die Schlagzähigkeit ab, weshalb für Anwendungen in kalter Umgebung häufig schlagzäh modifizierte PP-Typen verwendet werden.
Eigenschaften:
- geringes Gewicht
- hohe Chemikalienbeständigkeit
- gute Ermüdungsfestigkeit
- niedrige Materialkosten
- sehr gute Verarbeitbarkeit
Technische Thermoplaste
Technische Kunststoffe sind thermoplastischen Kunststoffe und besitzen im Vergleich zu den Standardkunststoffen bessere mechanische Eigenschaften. Sie sind daher auch für technische Anwendungen und Konstruktionsanwendungen geeignet.
ABS – der vielseitige Allrounder
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) ist einer der am häufigsten eingesetzten technischen Thermoplaste. Der Werkstoff kombiniert eine hohe Schlagzähigkeit mit guter Steifigkeit, Maßhaltigkeit und einer hochwertigen Oberflächenqualität. Durch die Copolymerisation von Acrylnitril, Butadien und Styrol vereint ABS die positiven Eigenschaften aller drei Komponenten und eignet sich für eine Vielzahl technischer Anwendungen.
ABS zeichnet sich durch eine gute mechanische Belastbarkeit sowie eine hohe Beständigkeit gegenüber Ölen, Fetten und vielen Haushaltschemikalien aus. Gleichzeitig lässt sich der Werkstoff hervorragend verarbeiten und bietet vielfältige Möglichkeiten der Oberflächenveredelung, beispielsweise durch Lackieren, Bedrucken oder Galvanisieren. Je nach Werkstofftyp liegt die empfohlene Dauereinsatztemperatur bei etwa 60 °C bis 80 °C.
Dank seiner ausgewogenen Eigenschaften zählt ABS zu den Standardwerkstoffen für Gehäuse, Verkleidungen und hochwertige Sichtteile. Der Werkstoff wird unter anderem in der Automobilindustrie, Elektroindustrie, Medizintechnik sowie bei Haushalts- und Konsumgütern eingesetzt.
Typische Eigenschaften:
- gute Schlagzähigkeit
- hohe Oberflächenqualität
- einfache Verarbeitung
- gute Maßhaltigkeit
- gut lackier- und galvanisierbar
Polycarbonat (PC) – wenn hohe Schlagfestigkeit gefragt ist
Polycarbonat (PC) ist ein amorpher technischer Thermoplast, der sich durch seine außergewöhnliche Schlagzähigkeit, hohe Festigkeit und hervorragende Transparenz auszeichnet. Dank seiner Kombination aus mechanischer Belastbarkeit, Maßhaltigkeit und optischen Eigenschaften zählt PC zu den wichtigsten Konstruktionswerkstoffen für anspruchsvolle technische Anwendungen.
Mit einer Lichtdurchlässigkeit von bis zu 89 % eignet sich Polycarbonat hervorragend für transparente Bauteile wie Schutzabdeckungen, Sichtfenster, Leuchten oder optische Komponenten. Gleichzeitig bietet der Werkstoff eine hohe Steifigkeit, gute Wärmebeständigkeit und ausgezeichnete elektrische Isolationseigenschaften.
Polycarbonat ist gegenüber vielen Ölen, Fetten und verdünnten Säuren beständig. Gegenüber starken Laugen, einigen Lösungsmitteln und bestimmten Chemikalien ist die Beständigkeit jedoch eingeschränkt. Ohne UV-Stabilisatoren kann PC bei langfristiger Bewitterung vergilben und an Zähigkeit verlieren. Für Außenanwendungen werden daher häufig UV-stabilisierte Typen oder Schutzbeschichtungen eingesetzt.
Die Verarbeitung erfolgt überwiegend im Spritzgießverfahren. Aufgrund der hohen Schmelzeviskosität sind vergleichsweise hohe Verarbeitungstemperaturen und Spritzdrücke erforderlich. Je nach Werkstofftyp eignet sich Polycarbonat für einen dauerhaften Einsatz im Temperaturbereich von etwa –40 °C bis +120 °C.
Eigenschaften:
- extrem schlagfest
- hohe Temperaturbeständigkeit
- transparent erhältlich
- gute elektrische Isolation
- hohe Dimensionsstabilität
Polyamid 6 (PA 6) – Hochleistungs-Thermoplast mit exzellenten mechanischen Eigenschaften
Polyamid 6 (PA6) ist ein teilkristalliner technischer Thermoplast, der sich durch seine hohe Festigkeit, Zähigkeit und ausgezeichnete Verschleißfestigkeit auszeichnet. Dank seiner guten Gleit- und Reibeigenschaften gehört PA6 zu den wichtigsten Werkstoffen für bewegte und mechanisch hoch beanspruchte Bauteile. Besonders im Maschinen- und Anlagenbau wird der Werkstoff häufig als Alternative zu Metall eingesetzt, da er ein geringes Gewicht mit hoher Belastbarkeit verbindet.
PA6 überzeugt durch eine hohe Abriebfestigkeit, gute Dämpfungseigenschaften und eine ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit. Dadurch eignet sich der Werkstoff ideal für Anwendungen mit Reibung, Stoß- oder Schwingungsbelastung. Gleichzeitig besitzt Polyamid eine gute Beständigkeit gegenüber Ölen, Fetten, Kraftstoffen, Alkoholen sowie vielen Lösungsmitteln. Gegenüber starken Säuren und oxidierenden Medien ist die chemische Beständigkeit jedoch eingeschränkt.
Ein charakteristisches Merkmal von PA6 ist seine Feuchtigkeitsaufnahme. Der Werkstoff nimmt Wasser aus der Umgebung auf, wodurch sich seine mechanischen Eigenschaften verändern können. Während die Zähigkeit steigt, nehmen Steifigkeit und Maßhaltigkeit leicht ab. Dieser Effekt sollte bereits bei der Konstruktion von Präzisionsbauteilen berücksichtigt werden.
Je nach Werkstofftyp eignet sich PA6 für einen dauerhaften Einsatz im Temperaturbereich von etwa –30 °C bis +100 °C. Glasfaserverstärkte Varianten erreichen eine deutlich höhere Steifigkeit, Festigkeit und Wärmeformbeständigkeit und kommen insbesondere im Fahrzeugbau sowie in industriellen Anwendungen
Eigenschaften:
- hohe Festigkeit
- ausgezeichnete Verschleißfestigkeit
- gute Gleiteigenschaften
- hohe Temperaturbeständigkeit
PBT – Der Spezialist für Elektronik und Präzision
Polybutylenterephthalat (PBT) ist ein technischer Thermoplast aus der Familie der Polyester. Der Werkstoff zeichnet sich durch seine hohe Maßhaltigkeit, geringe Wasseraufnahme und sehr gute elektrische Isolation aus. Aufgrund seiner ausgezeichneten Verarbeitbarkeit und Temperaturbeständigkeit wird PBT häufig für Präzisionsbauteile sowie elektrische und elektronische Komponenten eingesetzt.
PBT eignet sich besonders für Bauteile, die dauerhaft maßhaltig bleiben und gleichzeitig hohen thermischen oder elektrischen Anforderungen gerecht werden müssen. PBT ist für Temperaturen zwischen -50 °C und +120 °C geeignet. Der Werkstoff zählt zu den wichtigsten technischen Kunststoffen in der Elektro-, Automobil- und Industrieelektronik.
Eigenschaften
- hohe Festigkeit und Steifigkeit
- ausgezeichnete Maßhaltigkeit
- geringe Wasseraufnahme
- gute Chemikalienbeständigkeit
- hohe Temperaturbeständigkeit
- sehr gute elektrische Isolation
- hochwertige Oberflächen
PET – Der vielseitige Polyester für technische Anwendungen
Polyethylenterephthalat (PET) ist ein technischer Thermoplast aus der Familie der Polyester. Der Werkstoff zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit, ausgezeichnete Maßhaltigkeit und geringe Feuchtigkeitsaufnahme aus. Aufgrund seiner guten mechanischen Eigenschaften und hohen Dimensionsstabilität eignet sich PET besonders für technische Kunststoffteile, die dauerhaft präzise und verschleißarm funktionieren müssen.
PET kann je nach Werkstofftyp und Anwendung in einem Temperaturbereich von etwa –40 °C bis +120 °C eingesetzt werden. Die zulässige Dauereinsatztemperatur hängt dabei von der jeweiligen PET-Type, der Bauteilkonstruktion und den mechanischen sowie thermischen Belastungen ab.
Typische Einsatzgebiete sind Präzisionsbauteile, Gleit- und Führungselemente, Zahnräder sowie weitere technische Formteile, bei denen hohe Maßgenauigkeit, mechanische Belastbarkeit und eine lange Lebensdauer gefordert sind. Durch seine ausgewogene Kombination aus Festigkeit, Dimensionsstabilität und Verschleißfestigkeit stellt PET für zahlreiche Anwendungen eine wirtschaftliche Alternative zu anderen technischen Thermoplasten dar.
Eigenschaften
- hohe Festigkeit und Steifigkeit
- gute Maßhaltigkeit
- geringe Wasseraufnahme
- gute Gleit- und Verschleißeigenschaften
- gute Chemikalienbeständigkeit
- hochwertige Oberflächen
- gute elektrische Isolation
POM – Spezialist für Präzision und Gleiteigenschaften
Polyoxymethylen (POM) ist ein technischer Thermoplast, der sich durch seine hohe Maßhaltigkeit, Steifigkeit und hervorragenden Gleiteigenschaften auszeichnet. Aufgrund seiner geringen Wasseraufnahme behält POM auch unter wechselnden Umgebungsbedingungen seine Abmessungen und eignet sich daher besonders für Präzisionsbauteile mit engen Toleranzen. Gleichzeitig sorgt die hohe Verschleißfestigkeit für eine lange Lebensdauer bei beweglichen oder stark beanspruchten Komponenten.
POM wird bevorzugt eingesetzt, wenn Bauteile dauerhaft präzise funktionieren und gleichzeitig geringen Reibungs- und Verschleißbelastungen ausgesetzt sind. Typische Einsatzbereiche sind der Maschinenbau, die Automatisierungstechnik, die Medizintechnik sowie die Automobilindustrie. Aufgrund seiner Kombination aus hoher Maßhaltigkeit, geringer Reibung und langer Lebensdauer zählt POM zu den wichtigsten Werkstoffen für technische Funktionsbauteile.
Eigenschaften
- hohe Steifigkeit und Festigkeit
- geringe Reibung und sehr gute Gleiteigenschaften
- ausgezeichnete Maßhaltigkeit
- geringe Wasseraufnahme
- hohe Verschleiß- und Abriebfestigkeit
- gute Chemikalienbeständigkeit
- hohe Dauerfestigkeit bei dynamischer Belastung
PMMA – Hochtransparenter Kunststoff als Glasalternative für vielseitige Anwendungen
Polymethylmethacrylat (PMMA), besser bekannt unter Handelsnamen wie PLEXIGLAS®, Perspex® oder Lucite®, ist ein transparenter, amorpher Thermoplast mit hervorragenden optischen Eigenschaften. Aufgrund seiner hohen Lichtdurchlässigkeit, ausgezeichneten Witterungsbeständigkeit und UV-Stabilität wird PMMA häufig als hochwertiger Ersatz für Glas eingesetzt. Im Vergleich zu Glas ist der Werkstoff deutlich leichter und bietet eine hohe Oberflächenqualität.
Mit einer Lichtdurchlässigkeit von bis zu 92 % zählt PMMA zu den transparentesten Kunststoffen überhaupt. Es vergilbt auch bei langfristiger UV-Belastung kaum und eignet sich daher ideal für Anwendungen im Innen- und Außenbereich. Gleichzeitig besitzt PMMA eine hohe Steifigkeit und Oberflächenhärte, ist jedoch spröder und weniger schlagzäh als Polycarbonat.
PMMA lässt sich sehr gut bearbeiten und kann durch Spritzgießen, Extrusion, Thermoformen, Fräsen, Laserschneiden oder Polieren verarbeitet werden. Der Werkstoff weist eine gute Beständigkeit gegenüber vielen verdünnten Säuren, Laugen und Witterungseinflüssen auf, reagiert jedoch empfindlich auf viele organische Lösungsmittel und Spannungsrissbildung.
Je nach Werkstofftyp eignet sich PMMA für einen dauerhaften Einsatz im Temperaturbereich von etwa –40 °C bis +80 °C. Kurzzeitig sind auch höhere Temperaturen möglich.
Eigenschaften
- hervorragende Transparenz (bis zu 92 % Lichtdurchlässigkeit)
- ausgezeichnete UV- und Witterungsbeständigkeit
- hohe Oberflächenqualität und Kratzfestigkeit
- geringes Gewicht im Vergleich zu Glas
- gute Maßhaltigkeit
- einfache Bearbeitung und Veredelung
- gute Chemikalienbeständigkeit gegenüber vielen verdünnten Medien
- geringere Schlagzähigkeit als Polycarbonat
Hochleistungs-Thermoplaste
Hochleistungskunststoffe sind eine Untergruppe der thermoplastischen Kunststoffe, die sich von technischen Kunststoffen und Standardkunststoffen insbesondere durch ihre Temperaturbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit und mechanische Eigenschaften unterscheiden.
Polyetherimid (PEI)
außergewöhnliche Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit
Polyetherimid (PEI) ist ein amorpher Hochleistungsthermoplast, der sich durch seine außergewöhnliche Kombination aus hoher Festigkeit, Dimensionsstabilität und Temperaturbeständigkeit auszeichnet. Der Werkstoff wird überall dort eingesetzt, wo Standard- und technische Kunststoffe an ihre Grenzen stoßen. Charakteristisch für PEI ist seine natürliche goldgelbe Transparenz, wobei auch schwarze oder andere eingefärbte Varianten erhältlich sind.
PEI überzeugt durch eine hohe mechanische Belastbarkeit, ausgezeichnete elektrische Isolationseigenschaften und eine sehr geringe Kriechneigung – selbst bei dauerhaft erhöhten Temperaturen. Darüber hinaus besitzt der Werkstoff eine hervorragende Hydrolysebeständigkeit und widersteht Dampfsterilisation, UV-Strahlung sowie Gammastrahlung. Auch gegenüber vielen Säuren, Alkoholen, Ölen und Reinigungsmitteln weist PEI eine sehr gute chemische Beständigkeit auf.
Ein wesentlicher Vorteil von Polyetherimid ist seine hohe Wärmeformbeständigkeit. Je nach Typ eignet sich PEI für einen dauerhaften Einsatz bei Temperaturen bis etwa 170 °C und hält kurzfristig auch deutlich höheren Temperaturen stand. Gleichzeitig verfügt der Werkstoff über eine hohe Eigenflammwidrigkeit und eine geringe Rauchentwicklung, wodurch er häufig in sicherheitsrelevanten Anwendungen eingesetzt wird.
Eigenschaften
- beständig gegenüber UV- und Gammastrahlung
- sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit
- hervorragende Dimensionsstabilität
- hohe Temperaturbeständigkeit
- ausgezeichnete elektrische Isolation
- hohe Hydrolyse- und Dampfsterilisationsbeständigkeit
- sehr gute Chemikalienbeständigkeit
- hohe Eigenflammwidrigkeit und geringe Rauchentwicklung
Polybenzimidazol (PBI)
für extreme Temperaturen und anspruchsvolle Anwendungen
Polybenzimidazol (PBI) zählt zu den leistungsfähigsten Hochleistungsthermoplasten überhaupt. Der Werkstoff zeichnet sich durch eine außergewöhnlich hohe Temperaturbeständigkeit sowie eine hervorragende mechanische Stabilität aus und behält seine Eigenschaften auch unter extremen Einsatzbedingungen bei. Mit einer Dauergebrauchstemperatur von über 300 °C eignet sich PBI für Anwendungen, bei denen nahezu alle anderen Kunststoffe ihre Leistungsgrenze erreichen.
Neben seiner exzellenten Wärmebeständigkeit überzeugt PBI durch eine hohe Festigkeit, Steifigkeit und Kriechfestigkeit, selbst bei dauerhaft hohen Temperaturen. Darüber hinaus verfügt der Werkstoff über ausgezeichnete elektrische Isolationseigenschaften und eine sehr geringe thermische Ausdehnung. Seine inhärente Flammwidrigkeit sowie die geringe Rauchentwicklung machen PBI zur ersten Wahl für sicherheitskritische Anwendungen.
PBI besitzt außerdem eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Verschleiß, Strahlung und zahlreichen Chemikalien. Aufgrund seiner hervorragenden Langzeitstabilität wird der Werkstoff überall dort eingesetzt, wo höchste Zuverlässigkeit und maximale Lebensdauer gefordert sind.
Eigenschaften
- hohe Beständigkeit gegenüber Strahlung und vielen Chemikalien
- Dauergebrauchstemperatur über 300 °C
- außergewöhnlich hohe Festigkeit und Steifigkeit
- hervorragende Kriechfestigkeit
- ausgezeichnete elektrische Isolation
- hohe Verschleiß- und Abriebfestigkeit
- sehr geringe thermische Ausdehnung
- inhärent flammwidrig und geringe Rauchentwicklung
Materialverstärkungen und Additive
Viele Kunststoffe lassen sich gezielt modifizieren, um ihre Eigenschaften zu verbessern.
Häufig eingesetzte Zusätze sind:
- Glasfasern zur Erhöhung von Steifigkeit und Festigkeit,
- Mineralfüllstoffe zur Verbesserung der Maßhaltigkeit,
- UV-Stabilisatoren für den Außeneinsatz,
- Flammschutzmittel zur Erfüllung von Brandschutzanforderungen,
- Farbmasterbatches zur individuellen Farbgestaltung.
Diese Zusätze beeinflussen jedoch nicht nur die Eigenschaften des Bauteils, sondern auch dessen Verarbeitung und Konstruktion. Glasfaserverstärkte Kunststoffe weisen beispielsweise ein anderes Schwindungs- und Verzugsverhalten auf als unverstärkte Materialien.
Materialkosten sind nicht die Gesamtkosten
Ein häufiger Fehler besteht darin, ausschließlich den Kilopreis eines Kunststoffs zu betrachten. Ein günstiger Werkstoff kann durch längere Zykluszeiten, höheren Ausschuss oder eine geringere Lebensdauer letztlich teurer sein als ein hochwertigeres Material.
Bei der Werkstoffauswahl sollten daher immer die Gesamtkosten über den gesamten Produktlebenszyklus betrachtet werden. Dazu gehören unter anderem Materialverbrauch, Werkzeugverschleiß, Fertigungszeit, Montageaufwand und Servicekosten.
Unsere Empfehlung
Die Materialauswahl sollte niemals isoliert erfolgen. Werkstoff, Konstruktion, Fertigungsverfahren und Werkzeug beeinflussen sich gegenseitig. Bereits kleine Änderungen des Materials können Auswirkungen auf Schwindung, Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität oder die Lebensdauer eines Bauteils haben.
Diese ganzheitliche Betrachtung ist insbesondere bei technischen Kunststoffteilen, kundenspezifischen Kunststoffgehäusen und Mehrkomponentenspritzgussteilen entscheidend, da Material, Konstruktion und Fertigungsverfahren unmittelbar aufeinander abgestimmt werden müssen.
Bei N&H Technology unterstützen wir unsere Kunden bereits in der frühen Entwicklungsphase bei der Auswahl geeigneter Kunststoffe. Dabei berücksichtigen wir neben den technischen Anforderungen auch Fertigungsprozesse, Stückzahlen und wirtschaftliche Aspekte, um eine zuverlässige und kosteneffiziente Serienproduktion sicherzustellen.
Inhaltsverzeichnis Konstruktionsleitfaden
Grundlagen
Bauteilkonstruktion
Werkzeug & Fertigung
Best Practices