PEEK-Hochleistungspolymere ermöglichen branchenübergreifend neue Lösungen für nachhaltige Erfolge im Hinblick auf ökologische, gesellschaftliche und wirtschaftliche Herausforderungen
Unter dem Motto „The Element of Invention“ stellt Victrex, ein weltweit führender Anbieter von Lösungen mit Hochleistungspolymeren, seine neuesten Produkte auf der Branchenmesse K 2019 vor: Das VICTREX™ PEEK- und PAEK-Portfolio umfasst innovative Typen für die Lebensmittel verarbeitende Industrie, additive Fertigung (3D-Druck), Verbundwerkstoffe, Folien und Zahnräder. Sie setzen die Reihe der vielen wegweisenden Innovationen von PEEK1) auch 40 Jahre nach dessen Erfindung fort. Die Produkte und das Know-how von Victrex tragen dazu bei, die Grenzen des Machbaren zu verschieben und fortschrittliche Anwendungen zu entwickeln, die mit herkömmlichen Materialien, wie z. B. Metallen, in dieser Form der Wertschöpfung nicht umsetzbar wären.
„Die Erfindung von PEEK hat sich weltweit auf viele Branchen sehr positiv ausgewirkt. Dass dieses vielseitige Hochleistungspolymer einen so kontinuierlichen Innovationsstrom ermöglicht, überrascht immer wieder. Davon können sich die Besucher der K 2019 am Victrex-Stand selbst überzeugen. Wir präsentieren neue PEEK-Typen und spannende Fortschritte bei Formen und Komponenten für kritische Anwendungen, bei denen Hochleistungspolymere einen großen Vorteil beim Erschließen neuer Märkte bieten“, sagt Jakob Sigurdsson, CEO von Victrex, im Vorfeld der Messe.
Additive Fertigung: Möglichkeiten für 3D-gedrucktes PAEK eröffnen
Auf der K 2019 zeigt Victrex neue PAEK-Materialien, darunter Produkte, die für den 3D-Druck entwickelt wurden: ein Filament für filamentbasierte Verfahren und feines Pulver für das Lasersintern. Die neuen Lösungen zeichnen sich – im Vergleich zu 3D-Druckversuchen mit PEEK – durch verbesserte mechanische Eigenschaften von gedruckten Teilen und einfacheres Drucken aus. Um die Verfügbarkeit von 3D-gedruckten PAEK-Teilen zu beschleunigen, investiert Victrex in diese neuen, optimierten Materialien und kombiniert sie mit neuer Fertigungstechnologie, um integrierte Lösungen zu schaffen. Um ein entsprechendes Ökosystem rund um die additive Fertigung von PAEK aufzubauen, arbeitet das Unternehmen direkt mit wichtigen Industriepartnern und Kunden zusammen.
Automotive: mit Fortschritt zu mehr Leistung
Zu den kosteneffizienten Polymeren, Formen und Teilen für die Automobilindustrie zählen das tribologisch optimierte VICTREX™ PEEK-Polymer, dünne APTIV™-Folien und robuste VICTREX HPG™-Hochpräzisionszahnräder. Zusammengenommen, können sie zu einer verbesserten CO2-Effizienz und Lebensdauer sowie zu einer potenziellen Reduzierung der Gesamtsystemkosten von konventionellen, Hybrid- und Elektroantrieben beitragen.
Mit seinen Zahnradlösungen ermöglicht es Victrex Tier-1-/OEM-Kunden, von der Konzeption bis zur Vermarktung mit nur einem Partner zusammenzuarbeiten, der die Entwicklung und Validierung von hochpräzisen Zahnrädern auf VICTREX-HPG™-Basis sowie deren Herstellung als Komponente für die Systemintegration, zum Beispiel in Motoren, Antrieben, Pumpen, Aktuatoren oder Karosserie, unterstützt. Der Konstruktions- und Fertigungsbetrieb für Zahnräder von Victrex in Grantsburg, USA, hat vor Kurzem etwa die wichtige IATF 16949-Zertifizierung2) erhalten. Sie bestätigt, dass die erforderlichen Systeme und Fähigkeiten entsprechend den Anforderungen von Tier-1-/OEM vorhanden sind.
Bei elektrischen Antrieben kann eine auf PEEK-Folie basierende elektrische Isolierung dazu beitragen, das Wärmemanagement und den zuverlässigen Betrieb zu verbessern sowie die Gesamtsystemkosten zu senken. Mit der Umstellung der Automobilindustrie auf Elektrofahrzeuge geht die Suche nach effizienteren Elektromotoren mit hoher Leistungsdichte und geringeren Kosten weiter. Die meisten Hersteller von E-Motoren haben sich für die Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM) entschieden, bei der das Design des Isolationssystems maßgeblich ist. Computersimulationen renommierter, unabhängiger Experten an einem gängigen 80-kW-E-Motor für Elektrofahrzeuge haben gezeigt, dass potenziell eine 5-prozentige Steigerung der Drehmomentleistung bei einem E-Motor der gleichen Größe möglich ist. Erreicht wird das durch eine 40 Prozent dünnere APTIV™-Nutisolation, die einen um 2 Prozent höheren Kupfergehalt ermöglicht (Nutfüllfaktor). Zusätzliche Simulationen lassen erkennen, dass die hervorragende Wärmeleitfähigkeit der APTIV™-Folie zu einem verbesserten Wärmemanagement und einer Verringerung der Wicklungstemperaturspitzen um 2 bis 3 °C im Vergleich zu herkömmlichen Laminaten führt.
Luftfahrtindustrie: die nächste Dimension thermoplastischer PAEK-Verbundwerkstoffe
Die Flugzeugindustrie prognostiziert in den nächsten 20 Jahren einen Bedarf von mehr als 35.000 neuen Flugzeugen. Um dieser steigenden Nachfrage gerecht zu werden, sind neue Ansätze und neue Technologien im Flugzeugbau unabdingbar.
VICTREX AE™ 250-Composites weisen mechanische, physikalische und chemische Beständigkeitseigenschaften auf, die für Mitglieder der Polyaryletherketon-Polymerfamilie (PAEK) wie PEEK typisch sind; dabei ist ihre kristalline Schmelztemperatur von nur 305 °C um 40 °C niedriger als diejenige von PEEK, was deutliche Vorteile in der Verarbeitung mit sich bringt. Das einzigartige Material bietet eine Kombination aus Kostenreduzierung, geringem Gewicht, Gestaltungsfreiheit, Festigkeit und Produktionsgeschwindigkeit für Bauteile der nächsten Generation. Zum Beispiel:
- Bis zu 6,5-mal schneller für die In-situ-Verarbeitung bei lasergeschweißter AFP-Fertigung
- Bis zu 40 Prozent Kostenersparnis gegenüber Metallen
- Bis zu 70 Prozent leichter als Metalle bei gleicher Festigkeit und Steifigkeit
Ein Durchbruch bei der zeit- und kosteneffizienten Fertigung komplexer Flugzeugteile wurde Anfang dieses Jahres mit dem JEC Innovation Award 2019 ausgezeichnet: ein aus thermoplastischen Kunststoffen bestehendes Antriebswellensystem mit angespritztem Zahnrad, das den Einsatz dieser Verbundwerkstoffe in der Luftfahrtindustrie vorantreiben soll. Bei dem aus thermoplastischen UD-Tapes geflochtenen Vorformling, einem sogenannten „organoTube“, und bei den Zahnrädern des Antriebswellensystems kommen unidirektionale VICTREX AE™ 250 PAEK-Tapes (UDT) und PEEK-Polymere in Kombination mit innovativen Verarbeitungstechnologien zum Einsatz. Von dieser Innovation, die die herone GmbH in Zusammenarbeit mit der TU Dresden und Victrex entwickelt hat, wird erwartet, dass sie großes Potenzial für kürzere Zykluszeiten und eine industrielle Serienproduktion eröffnet.
Elektronik: APTIV™-Folien für Leistungsfortschritte bei Elektronikgeräten der nächsten Generation
Bei Hightech-Elektronikgeräten geht der Trend weiter zu besserer Leistung und Zuverlässigkeit, gleichzeitig werden sie mit zahlreichen Funktionen vollgepackt. APTIV-Folien von Victrex bieten alle Vorteile von PEEK-Hochleistungspolymeren in einem dünnen Format und somit die erforderliche Vielseitigkeit und Leistungsfähigkeit, um die komplexen Anforderungen der Hersteller in einem breiten Spektrum von Geräten auf diesem schnelllebigen Markt zu erfüllen. Zu den Vorteilen der APTIV-Folie zählen mechanische Festigkeit, Beständigkeit gegen Verschleiß, hohe Temperaturen und aggressive Chemikalien sowie elektrische Stabilität und geringe Feuchtigkeitsaufnahme. Aufgrund dieser herausragenden Eigenschaften kann APTIV-Folie in einer Vielzahl von Produkten wie Mikrolautsprecher, 5G-HF-Antennensubstrate und Batterie-Isolierungen sowie bei der Herstellung von Chips und Displays eingesetzt werden.
Energie: in extremer Umgebung überleben und gedeihen
2018 hat Victrex sein neues VICTREX CT™ 200 für Anwendungen bei kryogenen Temperaturen (150 °C bis 200 °C) vorgestellt. Als jüngster Vertreter der VICTREX CT PEEK-Polymere bietet die 200er-Serie im Vergleich zu üblicherweise verwendeten Materialien wie PCTFE eine verbesserte Dichtleistung über einen breiteren Temperaturbereich. Ermöglicht wird das einerseits durch höhere Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und andererseits durch überlegene Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen. Zudem konnte für VICTREX CT-Polymere bessere Dimensionsstabilität aufgezeigt werden aufgrund eines niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu vorhandenen Materialien. Die höhere Wärmeleitfähigkeit dieser Victrex-Polymere ermöglicht eine schnelle Reaktion auf Temperaturänderungen und stellt sicher, dass das Material jederzeit Kontakt zur Dichtfläche hält. Außerdem deuten Labortests an, dass weniger Drehmoment zur Betätigung nötig sein könnte, da sie im Vergleich zu PCTFE einen niedrigeren statischen und dynamischen Reibungskoeffizienten aufweisen. Dies führt zu weniger Verschleiß, höherer Leistung und größerem Kosteneinsparungspotenzial.
Angesichts jahrzehntelanger Erfahrung in der Bereitstellung innovativer thermoplastischer PEEK-Lösungen für die Energiebranche, sowohl für den Onshore- als auch den Offshore-Öl- und -Gasmarkt, weiß Victrex um die Notwendigkeit von Komponentenzuverlässigkeit und -effizienz in rauen Umgebungen. Diese Anforderungen gelten auch für die Windenergie, die derzeit vor der entscheidenden Herausforderung steht, die Stromerzeugungskosten zu senken. Die Windkraftbranche ist entsprechend gefordert, größere Turbinen zu entwickeln, um höhere Leistung zu erzielen, und die Zuverlässigkeit zu verbessern, um Reparatur- und Wartungskosten zu senken und Turbinen in abgelegenen und rauen Offshore-Umgebungen einsetzen zu können. Diese wachsenden, anspruchsvollen Anforderungen an die Turbinen bringen Metalle und herkömmliche Polymere an ihre Grenzen. Durch folgende Eigenschaften können VICTREX™ PEEK-Polymere entsprechende Lösungen unterstützen:
- Hervorragende Verschleißfestigkeit, die selbst in unzureichend geschmierten Systemen Zuverlässigkeit und Lebensdauer verbessern kann
- Bis zu 80 Prozent Gewichtsersparnis gegenüber Metall, die dazu beiträgt, die Belastung des gesamten mechanischen Systems zu verringern und Handhabung und Einsatz auf See zu vereinfachen
- Bis zu 50 Prozent geringere NVH-Werte (Noise, Vibration, Harshness) in rotierenden Systemen für verbesserte Laufruhe
- Hervorragende Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, Chemikalien und Umwelteinflüsse in nassen Offshore-Umgebungen, die den Schutz von mechanischen und elektrischen Bauteilen ermöglicht
Industrie & Technik: geringere Teilefertigungskosten, verbesserte Zuverlässigkeit und Wartung
Die Reduzierung von Wartungskosten und Ausfallzeiten sind nur zwei von vielen Anforderungen im Anlagen- und Maschinenbau. Der Einsatz von VICTREX™ PEEK-Polymeren kann dazu beitragen, den Betrieb von hochautomatisierten Industrieumgebungen mit minimalem Wartungsaufwand und bei höchstem Sicherheitsstandard aufrechtzuerhalten. Als Ersatz für Metalle kann das Polymer langlebige Lösungen ermöglichen, die die Lebensdauer von Bauteilen verbessern, beispielsweise um bis zu 40 Prozent bei Förderbändern, oder bei Rotorwellenbuchsen die Betriebsdauer verdoppeln.
In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie ist die Entwicklung von Produktionsanlagen der nächsten Generation eine besonders komplexe Herausforderung. Die Hersteller müssen zahlreiche Anforderungen an Gesundheit, Sicherheit und Hygiene erfüllen, die von Aufsichtsbehörden, Wirtschaft und Verbrauchern festgelegt wurden. Victrex hat daher ein spezielles „Food Grade“-Portfolio eingeführt. Im Vergleich zu Metallen bietet die VICTREX FG™-Familie von PEEK-Hochleistungsthermoplasten den OEM-Herstellern zusätzlich Vorteile bei Produktivität und Leistung.
Bei der Einführung der Industrie-4.0-Technologie kann PEEK außerdem beitragen, im Vergleich zu Metallen die Effizienz zu optimieren und die Produktionskosten zu senken, da diese bei der Fertigung mit kostspieligen mehrstufigen Bearbeitungen verbunden sein können. Zu den auf der K 2019 gezeigten Anwendungen zählen aus VICTREX PEEK spritzgegossene Buchsen, Lager und Spiralverdichter sowie Trocknungsförderbänder aus PEEK-basierten ZYEX™-Fasern.
K 2019: „Meet the expert“ am Victrex-Stand
Während Victrex 40 Jahre „PEEK Shaping Future Performance™“ feiert, tragen die Hochleistungspolymere des Unternehmens dazu bei, das Leben der Menschen zu vereinfachen und Industrien voranzubringen. Führende Unternehmen arbeiten mit Victrex zusammen, um neue Technologien zu beschleunigen. Einige der jüngsten Innovationen werden auf der K 2019 am Victrex-Stand im Rahmen von „Meet the expert“-Veranstaltungen in Halle 5 Stand B09 jeweils um 17.30 Uhr in englischer Sprache vorgestellt:
- Why 3D printing PEEK is hard, and how we are making it easier (Wednesday, Oct 16)
- The ascendance of thermoplastic composites (Thursday, Oct 17)
- How PEEK-based APTIV film can make a difference for future electronics devices and technologies (Saturday, Oct 19)
- VICTREX HPG™ gear solutions for future powertrain applications (Monday, Oct 21)
- VICTREX FG™: Solutions for reliable, regulatory-compliant food applications (Tuesday, Oct 22)
1) PEEK oder Polyetheretherketon gehört zur Gruppe der PAEK-Polymere (Polyaryletherketone).
2) IATF 16949 ist ein internationaler Standard für Qualitätsmanagementsysteme, der kontinuierliche Verbesserung, effektive Fehlervermeidung und Reduzierung von Schwankungen und Ausschuss in der Lieferkette sicherstellt sowie spezifische Anforderungen und Instrumente für die Automobilindustrie enthält. Der Standard definiert die grundlegenden Anforderungen an das Qualitätsmanagementsystem für die Automobilproduktion, Service- und Ersatzteilorganisation.