PEEK Kunststoff: Eigenschaften, Verarbeitung und Einsatzbereiche des Hochleistungsthermoplasten

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Was ist PEEK?

PEEK (Polyetheretherketon) ist ein teilkristalliner Hochleistungsthermoplast aus der Familie der Polyaryletherketone (PAEK). Die chemische Struktur mit aromatischen Ringen, die durch Ether- und Ketonbindungen verknüpft sind, verleiht dem Material eine außergewöhnliche Kombination aus thermischer Stabilität und mechanischer Festigkeit. Emico beschreibt PEEK als Material, das Vorteile von Metall und Kunststoff vereint: leicht, hochfest und extrem temperaturbeständig.

Materialeigenschaften im Detail

Thermische Beständigkeit

PEEK zeichnet sich durch eine außergewöhnliche Hitzebeständigkeit aus. Die Dauergebrauchstemperatur liegt bei etwa 250 bis 260 °C, kurzzeitig sind Temperaturen bis 300 °C möglich. Der Schmelzpunkt beträgt etwa 340 bis 343 °C, die Glasübergangstemperatur liegt bei rund 143 bis 150 °C. Wie MCAM darlegt, zeigt PEEK als teilkristallines Material einen klar definierten Schmelzpunkt und geringere thermische Degradation als amorphe Kunststoffe bei steigenden Temperaturen. Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) liegt bei etwa 160 °C.

Mechanische Festigkeit

PEEK bietet eine Zugfestigkeit von 90 bis 115 MPa und einen Zugelastizitätsmodul von etwa 4.300 MPa (ungefüllt). Die Dichte beträgt rund 1,3 g/cm³. Besonders hervorzuheben sind die hervorragende Kriechfestigkeit und die hohe Schlagzähigkeit – Ketron™ 1000 PEEK zeigt beispielsweise nach MCAM bei Charpy-Schlagzähigkeit (ungekerbt) keinen Bruch. Das Material behält seine strukturelle Integrität auch bei wiederholenden Belastungen und hohen Temperaturen.

Chemische Resistenz

PEEK widersteht den meisten organischen und wässrigen Umgebungen. Es ist beständig gegen Säuren, Basen, Kraftstoffe, Öle, Lösungsmittel und Heißdampf. Wie Martan Plastics erklärt, behält PEEK seine Festigkeit über einen breiten Temperaturbereich bei und korrodiert nicht – weshalb es häufig metallische Bauteile ersetzt. Angriffspunkte sind konzentrierte Schwefelsäure und einige halogenierte Verbindungen bei hohen Temperaturen.

Verarbeitungsmethoden

CNC-Zerspanung

PEEK lässt sich hervorragend durch Fräsen und Drehen bearbeiten, erfordert jedoch spezifische Parameter. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit (ca. 0,25 W/(m·K)) muss die Prozesswärme kontrolliert werden, um thermische Degradation zu vermeiden. PTSMAKE empfiehlt scharfe Werkzeuge, moderate Vorschübe und stabile Spanntechnik. Gefüllte PEEK-Varianten (z.B. mit Glas- oder Kohlefasern) erfordern aufgrund ihrer abrasiven Eigenschaften häufigeren Werkzeugwechsel.

Spritzguss und Extrusion

Im Gegensatz zu PTFE ist PEEK konventionell im Spritzguss verarbeitbar – dies ermöglicht komplexe Geometrien und höhere Stückzahlen. Auch Extrusion zu Platten, Rundstäben und Rohren ist Standard. Ensinger bietet über 50 PEEK-Varianten als Halbzeuge für die Zerspanung an, darunter auch spezielle Medizin- und Lebensmittelgrade.

Materialvarianten und Modifikationen

Ungefüllte und verstärkte Typen

Neben ungefülltem PEEK (z.B. Ketron™ 1000 oder TECAPEEK natural) existieren zahlreiche modifizierte Varianten:

  • Glasfaserverstärkt (GF30): Erhöht Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit (E-Modul ca. 6.300 MPa)
  • Kohlefaserverstärkt (CF30): Maximale Steifigkeit und Festigkeit, verbesserte Wärmeleitfähigkeit, reduzierte thermische Ausdehnung
  • Tribologisch optimiert (HPV/PVX): Mit PTFE, Graphit und Kohlefaser gefüllt für niedrigsten Reibungskoeffizienten und beste Verschleißfestigkeit

Spezialgrade für regulierte Industrien

Für die Medizintechnik stehen Life Science Grade (LSG) Materialien zur Verfügung, die gemäß USP Class VI und ISO 10993 biokompatibel sind und für Kontakt mit Körpergewebe bis zu 30 Tage zugelassen sind. Ketron™ LSG PEEK und TECAPEEK MT sind für wiederholte Sterilisation (Autoklav, Dampf) geeignet.

Für den Lebensmittelkontakt bieten Hersteller FDA- und EU 10/2011-konforme Grades wie Ketron™ 1000 FG oder metalldetektierbare Varianten (TECAPEEK ID/UD), die die Sicherheit in der Lebensmittelproduktion erhöhen.

Einsatzbereiche und Branchen

Medizin und Bioprozesstechnik

PEEK ist röntgendurchlässig (radiolucent), biokompatibel und für Implantate geeignet. Anwendungen umfassen Wirbelsäulenimplantate, orthopädische Fixierungen, chirurgische Instrumente und Zahnmedizin (z.B. Dentaleinheilkappen). Die Sterilisierbarkeit über 1.500 Autoklav-Zyklen bei 134 °C macht es ideal für wiederverwendbare Medizinprodukte.

Luft- und Raumfahrt sowie Automobil

Mit einer höheren spezifischen Festigkeit als Metallen reduziert PEEK Gewicht bei gleichzeitiger Belastbarkeit. Es findet Anwendung in Turbolader-Komponenten, Kraftstoffsystemen, Strukturbauteilen und Isolatoren. Die Flammwidrigkeit nach UL94 V-0 und die geringe Ausgasung (Outgassing) machen es für Vakuum- und Raumfahrtanwendungen geeignet.

Chemische Industrie und Anlagenbau

Dichtungen, Ventile, Pumpenkomponenten und Lager profitieren von der Chemikalienbeständigkeit und dem Verhalten in Heißdampf-Umgebungen. PEEK ersetzt hier oft Metalle und reduziert Wartungsaufwand sowie Gewicht.

Vergleich mit anderen Hochleistungskunststoffen

Im Vergleich zu PTFE bietet PEEK deutlich bessere mechanische Festigkeit und Verschleißresistenz, während PTFE chemisch inerter und reibungsärmer ist. Gegenüber POM (Delrin/Acetal) übertrifft PEEK die Temperaturbeständigkeit deutlich (250 °C vs. 180 °C), ist jedoch schwieriger zu bearbeiten und kostenintensiver. PEEK eignet sich für Anwendungen, bei denen PTFE zu weich und POM thermisch zu wenig belastbar ist.