06.10.2018 PAEK- und PEEK-Polymere im Fokus

Das PEEK-Food-Grade-Portfolio  soll Herstellern helfen, den strengen gesetzlichen Vorgaben und Qualitätsanforderungen in der Lebensmittelindustrie gerecht zu werden. Im Vergleich zu Metallen bietet die neue „VICTREX FG™“-Familie von Hochleistungsthermoplasten Herstellern zusätzliche Vorteile bei Wirtschaftlichkeit, Produktivität sowie Leistungsfähigkeit und erfüllt die Erwartung von Verbrauchern nach Geschmacksneutralität. Das Anwendungsspektrum reicht von Kochgeschirr und Getränkespendern für den gewerblichen und privaten Gebrauch bis hin zu industriellen Anwendungen wie Komponenten mit Lebensmittelkontakt in Fördersystemen, in aseptischen Prozessen, in Sensoren, Zahnrädern und Düsen.

Bei Haushaltsgeräten erlaubt das Hochleistungspolymer Designern, neue Ansätze für die Entwicklung kleinerer, aber leistungsstarker Staubsaugerkomponenten zu erforschen. VICTREX PEEK kann dabei im Spritzgussverfahren von präzisen Bauteilen, die hohe Drehzahlen meistern können - in einigen Fällen schneller als 100.000 min^-1 , eingesetzt werden, während sich Geräusche um bis 50% reduzieren lassen. Zudem erlaubt das günstige Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht des Materials, dass der Impeller bei diesen hohen Geschwindigkeiten seine Form beibehält und zu einer stärkeren Saugwirkung im Vergleich zu weicheren Materialien beitragen kann. Dient das Polymer als Ersatz gefräster metallischer Komponenten, können Bauteile mit geringerem Gewicht gefertigt werden, die die Motorgröße und Anzahl der benötigten Einzelteile reduzieren. Außerdem widersteht VICTREX PEEK einer Vielzahl von Haushaltschemikalien sowie Hitze und Feuchtigkeit. Im Vergleich zu der zerspanenden Fertigung von Metallen kann das Spritzgussverfahren zu potenziellen Kosteneinsparungen für die Hersteller beitragen und ermöglicht zudem die schnelle Umsetzung neuer Designs, die Verkürzung der Produkteinführungszeit und eine schnellere sowie weniger kapitalintensive Produktion.

Während die Automobilindustrie zu Elektrofahrzeugen übergeht, ist die Suche nach effizienteren E-Motoren mit hoher Leistungsdichte und niedrigeren Kosten noch im Gange. Die meisten Motorenhersteller haben sich für den Einsatz von Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) entschieden, da dieser Motortyp im Vergleich zu anderen E-Motortypen einen höheren Wirkungsgrad hat und zugleich weniger (Bau-)Raum benötigt. Da PMSM bei Temperaturen, die die Isolationen schädigen können, abschalten, ist das Wärmemanagement ein entscheidender Leistungsfaktor für E-Motoren in Fahrzeugen - die Entwicklung des Isolationssystems steht damit im unmittelbaren Zusammenhang. Beim Forschen nach dem idealen Nutprofil-Isolator führten die Victrex-Ingenieure eine Simulation durch, bei der als Nutisolationsmaterial ein 250 mm starkes Meta-Aramid-PET-Laminat durch eine 150 mm dünne, auf PEEK basierende APTIV™ Folie ersetzt wurde. In der Simulation wurde so eine um 40% dünnere und dazu wärmeleitfähigere thermoplastische Nutisolationsfolie verwendet und aufgezeigt, wie der Wärmefluss von den Drahtwicklungen zum Stator und zum äußeren Kühlwassermantel verbessert werden kann. Weitere Simulationen zeigten die Wärmeleitfähigkeit der APTIV™ Folie. Diese ermöglicht ein verbessertes Wärmemanagement und um 2 – 3 °C niedrigere Temperaturspitzen bei den Drahtwicklungen im Vergleich zu herkömmlichen Laminaten und trägt dazu bei, den E-Motor kühl zu halten. Bei verbessertem Wärmemanagement und der dünneren Nutisolation konnte in den Simulationen potenziell die Kupferdichte (d. h. der Nut-Füllfaktor) um 2% erhöht werden. Schließlich ergab dies einen Anstieg des kontinuierlichen Antriebsdrehmoments von 5%, was zu höherer Leistungsausbeute bei gleicher Motorengröße führen könnte.

In der Automobilindustrie wird VICTREX PEEK bereits häufig in Antriebskomponenten wie Dichtringe, Anlaufscheiben, Buchsen und Lagern eingesetzt, während das Polymer als Metallersatz bei Zahnrädern in anspruchsvollen Antriebsanwendungen eher als ein unwahrscheinlicher Kandidat gilt. Jedoch werden mit kleineren und verkleinerten Motoren „Geräusch, Vibration und rauer Lauf“ (Noise, Vibration, Harshness – NVH) heute zu einer Herausforderung für OEMs und Zulieferer. Zahnradlösungen haben gezeigt, dass sie in der Lage sind, Rasseln und Heulen bei Motoranwendungen um bis zu 50% (3 dB) zu reduzieren. Gewicht und Trägheitsmoment sind zudem bei Zahnrädern aus VICTREX HPG™ wesentlich geringer als bei Getrieben aus Sintermetall, was zu einer höheren Systemeffizienz beiträgt.

Zudem zeigt man eine Vielzahl von auf VICTREX™ PAEK basierenden Composites und umspritzte Hybridbauteile für den Einsatz in der Luftfahrtindustrie. Hier arbeitet man derzeit gemeinsam mit Kunden daran, Zykluszeiten durch kontinuierliche Fertigungsprozesse auf wenige Minuten zu reduzieren. Anders als die noch heute häufig verwendeten Duroplaste, bei denen Zykluszeiten durchaus in Stunden gemessen werden, tragen thermoplastische Verbundwerkstoffe zur Steigerung der Produktionsraten im Flugzeugbau bei. Um die Technologiereife für den Serieneinsatz zu erlangen und die etablierte Lieferkette im Aufbau zu unterstützen, hat Victrex mit dem langjährigen Entwicklungspartner Tri-Mack Manufacturing in das Joint Venture TxV Aero Composites investiert. Davon sollen alle Verarbeiter profitieren, die das Potenzial des Hybrid-Overmoulding-Verfahrens erkannt haben und in die Technologie investieren.

Fakuma: Halle A4, (Stand 4106)