Was ist PEEK?
PEEK (Polyetheretherketon) ist ein amorphes thermoplastisches Harz. Die Molekülstruktur enthält viele Etherbindungen und Ether-Sauerstoff-Doppelbindungen, was ihm eine sehr hohe Schmelzfestigkeit und Steifigkeit verleiht.
Darüber hinaus verfügt es über eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, Ermüdungsfestigkeit und mechanische Leistungsfähigkeit, lässt sich leicht verarbeiten und formen und weist eine hohe Maßgenauigkeit auf.
Es weist bei Raumtemperatur eine gute thermische Stabilität auf und kann bei etwa 200 °C kontinuierlich betrieben werden.
PEEK-Materialien verfügen über hervorragende physikalische, chemische und mechanische Eigenschaften, was sie heutzutage zu einem der am häufigsten verwendeten technischen Kunststoffe macht.
In den letzten Jahren sind die Produktionskosten von PEEK durch die kontinuierliche Entwicklung neuer Technologien, Prozesse und Geräte gesunken, sodass es sich ideal als Ersatz für metallische Werkstoffe eignet.
Durch die Untersuchung des Spritzgussverfahrens von PEEK und die Untersuchung der Änderungen der mechanischen Eigenschaften unter verschiedenen Bedingungen wird eine theoretische Grundlage für die Produktgestaltung geschaffen, die den praktischen Produktionsanforderungen gerecht wird.

Grundlegende Eigenschaften von PEEK
PEEK ist ein neuer Kunststofftyp, der 1976 von DuPont in den USA entwickelt wurde. Nach Jahren der Entwicklung hat er sich zu einem technischen Hochleistungskunststoff entwickelt.
Es verfügt über eine hohe Hitzebeständigkeit und mechanische Festigkeit und weist unter extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen und Drücken gute Leistung auf.
Die Molekülstruktur von PEEK enthält zwei Phthalsäureanhydrid-Seitenketten und eine Methacrylsäureester-Seitenkette mit einer breiten Molekulargewichtsverteilung.
Seine Seitenkettengruppen weisen eine hohe Reaktivität und starke Konjugationseffekte auf, was ihm eine ausgezeichnete Hitze- und Lösungsmittelbeständigkeit verleiht.
PEEK verfügt über hervorragende mechanische Eigenschaften, Dimensionsstabilität und chemische Korrosionsbeständigkeit.
Der Werkstoff ist im Temperaturbereich von -60°C bis +260°C dauerhaft einsetzbar, die Warmverformungstemperatur liegt bei 250°C.
Um den Anforderungen spezieller Umgebungen gerecht zu werden, muss PEEK modifiziert werden, um eine bessere Leistung zu erzielen.
In den letzten Jahren sind mit dem gestiegenen Umweltbewusstsein und der Reife der entsprechenden Technologien einige kostengünstige, chemisch synthetisierte PEEK-Modifikatoren auf den Markt gekommen, darunter Monomere vom Typ Bisphenol A, Polyetherpolyole, Aminoharze und andere stickstoffhaltige Verbindungen.
Anwendungen und Herausforderungen
PEEK verfügt über eine erhebliche mechanische Festigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und Schlagfestigkeit, weshalb es in der Automobil- und Luftfahrtindustrie weit verbreitet ist:
PEEK wird in Kolbenvorrichtungen, Dichtungen und anderen Teilen in der Automobilindustrie verwendet.
PEEK wird in wichtigen Motorkomponenten und externen Kabinenteilen in der Luft- und Raumfahrt verwendet.
PEEK wird zur Reparatur menschlicher Schädel und in medizinischen Geräten verwendet.
Obwohl PEEK viele Vorteile bietet, sind seine Verbreitung und Anwendung aufgrund der hohen Kosten begrenzt.
Um die Leistung von PEEK weiter zu optimieren und den Anforderungen verschiedener Bereiche gerecht zu werden, werden Techniken wie Füllen und Mischen verwendet, um PEEK zu modifizieren.
Einschränkungen und Optimierung
Aufgrund der besonderen Struktur von PEEK ist die Schmelzflussrate sehr hoch, was häufig zu Verformungen und Rissen in Produkten führt.
Darüber hinaus ist PEEK aufgrund seiner geringen Kristallinität sehr oxidationsanfällig, was einen der Hauptfaktoren darstellt, die seine Anwendung behindern.
Um Produktverzüge zu reduzieren, die Lebensdauer der Form zu verlängern und die Produktqualität zu verbessern, ist es daher notwendig, den Spritzgussprozess von PEEK zu verbessern.
Im folgenden Text liegt der Schwerpunkt auf einer Komponente für ein Klimakontrollventil in einer Flugzeugkabine und es werden geeignete Maßnahmen zur Prozessoptimierung ergriffen, um die Mängel im PEEK-Formprozess zu beheben.

Analyse von Produktfehlern beim Formen
Im Spritzgussverfahren wird ein PEEK-Ventilbauteil mit Einlegeteilen hergestellt.
Das Teil hat einen Durchmesser von 110 mm und eine Dicke von 15 mm und verwendet Stahleinsätze. Spritzgießen Die Parameter sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Während des Formungsprozesses kann das Produkt Defekte aufweisen, wie etwa Poren aus kaltem Material auf der Oberfläche und Angussstellen an den Stellen, an denen das Material in die Form gelangt.
Durch eine gründliche Analyse dieser Defekte können gezielte Lösungen zur Optimierung der Gesamtproduktion angewendet werden.
Bei Angussmarkierungen kann eine Nachbearbeitung die Glätte der Vorderseite verbessern und sicherstellen, dass die Dicke den Designstandards entspricht.
Kaltes Material
Zu den Ursachen für Probleme mit kaltem Material gehören die folgenden:
Unsachgemäße Konstruktion des Kaltpressungsschachts: Während der Produktion kann das Fehlen eines ordnungsgemäß konstruierten Kaltpressungsschachts oder dessen Entfernung zu Problemen führen.
Wenn geschmolzenes Polymer direkt mit der niedrig temperierten Formoberfläche in Kontakt kommt, kühlt die Spitze der Schmelze schnell ab.
Das zuvor geschmolzene PEEK erstarrt zu kaltem Material, sobald die Temperatur den Schmelzpunkt von 343 °C erreicht.
Ohne Kühlkanal am Ende des Angusskanals kann das Material in das Kühlmedium fließen und dadurch Qualitätsprobleme beim Formteil verursachen.
Einzigartige Herausforderungen bei der PEEK-Verarbeitung
Bei Teilen mit beträchtlicher Dicke dauert das Abkühlen lange. Wenn die Düsentemperatur bei etwa 400 °C liegt, das erhitzte Material diese Temperatur jedoch nicht erreicht hat, wird die Wärme aufgrund des großen Temperaturunterschieds schnell abgeführt.
Wenn die Injektorspitze unter nicht optimalen Bedingungen über längere Zeit in Kontakt mit der Düse bleibt, kann die Schmelze beim Erreichen des Schmelzpunkts von PEEK erstarren und den Injektionsvorgang stören.
Um diese Probleme zu vermeiden:
Entfernen und trennen Sie das Material sofort nach dem Befüllen und Halten aus der Düse.
Vermeiden Sie Materialaustritt an der Düse, indem Sie bei der Ölaufnahme für ausreichende Saugleistung sorgen.
Aufgrund des erheblichen Temperaturunterschieds zwischen Schmelze und Luft kann es zu einer schnellen Erstarrung kommen.
Bei nicht umgehender Handhabung kann es passieren, dass erstarrtes PEEK als kaltes Material wieder in die Form gelangt und dadurch Oberflächendefekte am Produkt verursacht.
Silberstreifen
Silberne Streifen in der Nähe des Angusses sind in erster Linie auf Feuchtigkeits- oder Gasprobleme zurückzuführen, die während der Plastifizierungsphase zur Gasentwicklung führen.
Bei einer zu hohen Einspritzgeschwindigkeit dringt beim Plastifizieren Gas ein, das beim Formen aufgrund des hohen Drucks an die Oberfläche gelangt und zur Schlierenbildung führt.
Durch eine angemessene Einstellung des Gegendrucks beim Formen kann das Eindringen von Gasen während der Plastifizierung verhindert werden.
Darüber hinaus kann auch eine unzureichende Trocknung der Rohstoffe zu Silberstreifen führen. PEEK nimmt während der Lagerung Luftfeuchtigkeit auf, wobei die Wasseraufnahme bis zu 0.4 % betragen kann.
Bei der Produktion gelangt mit der Schmelze aufgenommene Feuchtigkeit in die Formkavität. Durch den Temperaturunterschied zwischen Form und Kavität kommt es zur Schlierenbildung.
Um dies zu verhindern, halten Sie die Luftfeuchtigkeit während der Produktion unter 0.2 %. Lagern Sie die Materialien sorgfältig, stapeln Sie sie ordentlich, ohne sie aufzustapeln, und begrenzen Sie die Schichtdicke auf 20–30 mm.
Trocknen Sie PEEK 150–160 Stunden lang in einem Trockenofen bei 6–8 °C.
Poren
Um Poren zu erkennen, verwenden Sie bei der Inspektion einen digitalen Ultraschall-Fehlerdetektor.
Aufgrund von Problemen mit der Form während der Produktion bilden sich Poren, wenn bestimmte Bereiche der Polymerschmelze vom Anguss nicht abgedeckt werden und dadurch tote Zonen entstehen, in denen Luft eingeschlossen wird.
Nach dem Erstarren bilden sich durch die eingeschlossene Luft Poren, welche die Qualität des Spritzgussteils mindern.
Bei dickwandigen Teilen bewirken kleine Öffnungen, dass die Schmelze dünne Strahlen bildet, die Luft in das Teil befördern, was zu inneren Poren und niedrigeren Qualifikationsraten führt.
Verlängern Sie in solchen Fällen die Einwirkzeit, um Poren zu beseitigen.
Schweißlinien
Beim Spritzgießen bilden sich Bindenähte, wenn Polymerschmelzen zusammenlaufen. Diese Linien verringern die Festigkeit der Formteile und beeinträchtigen ihr Aussehen und ihre Qualität.
Unzureichende PEEK-Fließfähigkeit, große Unterschiede in der Wandstärke und übermäßiges Einsatzvolumen sind die Hauptgründe für Bindenahtfehler.
Um das zu erwähnen:
Vergrößern Sie den Abstand zwischen den Löchern, um Bindenähte zu vermeiden.
Gestalten Sie die Form so, dass das Material an der Rückseite des eingefügten Teils zugeführt wird.
Durch diese Strukturoptimierung können Bindenahtfehler verringert und die Festigkeit und Qualität des Produkts verbessert werden.

Vorschläge zur Optimierung des PEEK-Spritzgussprozesses
Schmelztemperatur
Die Schmelztemperatur beeinflusst die Qualität des PEEK-Spritzgusses erheblich.
Bei höheren Schmelztemperaturen fließt die Schmelze zu schnell und wird instabil, was die Kontrolle der Maßgenauigkeit des Produkts erschwert und die mechanische Leistung verringert.
Niedrigere Schmelztemperaturen erhöhen die innere Spannung und verursachen Defekte wie Lufteinschlüsse, Bindenähte und Löcher.
Wählen Sie eine geeignete Schmelztemperatur, um sowohl Produktqualität als auch Leistung sicherzustellen.
Einspritzgeschwindigkeit
Die Einspritzgeschwindigkeit beeinflusst stark die Schrumpfungsrate, die Verformung und die Zugfestigkeit von PEEK-Produkten.
Niedrige Einspritzgeschwindigkeiten können zu Hohlräumen in der Form führen, was wiederum raue Oberflächen und eine verringerte mechanische Leistung zur Folge hat.
Hohe Einspritzgeschwindigkeiten erhöhen die Formtemperaturen, was zu einer vorzeitigen Aushärtung des Kunststoffs führt und die Maßgenauigkeit beeinträchtigt.
Stellen Sie während der Produktion eine angemessene Einspritzgeschwindigkeit ein, um die Produktqualität aufrechtzuerhalten.
Haltezeit und Abkühlgeschwindigkeit
Haltezeit und Abkühlgeschwindigkeit wirken sich auf die mechanische Leistung und Maßgenauigkeit der Produkte aus.
Längere Haltezeiten reduzieren die inneren Spannungen und verbessern die mechanischen Eigenschaften.
Eine längere Haltezeit und eine geringere Abkühlgeschwindigkeit verbessern die Festigkeit und Maßstabilität des Produkts.
Zu lange oder zu kurze Haltezeiten gehen allerdings zu Lasten der Maßgenauigkeit.
Parameter optimieren
Bestimmen Sie optimale Parameter, um Produktqualität und Produktionseffizienz ins Gleichgewicht zu bringen.
Bei einer Einspritzgeschwindigkeit von 10–15 m/s, einer Haltezeit von 3.5 Sekunden und einer Abkühlgeschwindigkeit von 90 °C erreichen alle Indikatoren optimale Werte.
Passen Sie Injektionsprozesse an spezifische Produktionsbedingungen an.
Spritzgusstemperatur
Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften von PEEK müssen Sie die Spritzgusstemperaturen sorgfältig auswählen.
Halten Sie die Zylindertemperatur bei 360–400 °C, um glatte Oberflächen und guten Glanz zu gewährleisten.
PEEK zersetzt sich bei 550 °C; hohe Temperaturen führen zu Abbau, Vernetzungsreaktionen und Veränderungen der Schmelzviskosität, was sich auf den Glanz auswirkt.
Auswahl der Formzeit
Die Einspritzzeit sollte sicherstellen, dass der Formhohlraum mit ausreichend Schmelze gefüllt wird. Stellen Sie für dickere Produkte eine Einspritzzeit von 6 Sekunden ein.
Um ein Schrumpfen durch Abkühlung der Schmelze in der Kavität zu verhindern, halten Sie den Druck bis zu 8 Sekunden lang aufrecht, um Hohlräume beim Entformen zu vermeiden.
Wählen Sie die Abkühlzeit basierend auf dem Hohlraumdruck, um Oberflächenverschleiß zu verhindern.
Passen Sie die Abkühlzeit auf 35 Sekunden an und stellen Sie sicher, dass der Hohlraumdruck für die Beibehaltung der Produktform ausreichend ist.

Schlussfolgerung
PEEK ist ein außergewöhnlicher technischer Kunststoff mit hoher Festigkeit, Elastizitätsmodul und Hitzebeständigkeit und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und im Maschinenbau verwendet.
Diese Analyse von Schmelztemperatur, Einspritzgeschwindigkeit, Haltezeit und Abkühlgeschwindigkeit beim PEEK-Spritzgießen kommt zu folgendem Ergebnis:
Niedrigere Schmelztemperaturen verringern die Schmelzviskosität und den Fließdruck und verbessern so die Produktqualität.
Höhere Schmelztemperaturen führen zu thermischem Abbau und verringern die mechanische Leistung.
Eine angemessene Einspritzgeschwindigkeit verbessert die Formqualität und minimiert Maßabweichungen.
Eine längere Haltezeit erhöht die Produktdichte und verbessert die Dimensionsstabilität.
Langsamere Abkühlgeschwindigkeiten verhindern thermische Spannungsrisse, die durch schnelles Abkühlen entstehen.
Um hochwertige PEEK-Spritzgussprodukte herzustellen, verwenden Sie Prozessbedingungen wie etwas niedrigere Schmelztemperaturen, eine Spritzgeschwindigkeit von 0.8–1.2 Sekunden pro Tropfen, verlängerte Haltezeiten von bis zu 60 Sekunden und eine Abkühlgeschwindigkeit von 25 °C/min.