Sechs chemikalienbeständige Kunststoffe für die CNC-Bearbeitung

Chemikalienbeständige Kunststoffe

Anwendungen, die den Kontakt mit aggressiven Chemikalien (Säuren, Laugen und Lösungsmitteln) beinhalten, erfordern chemikalienbeständige Materialien; Kunststoffe wie PPS PTFE ist eine der verfügbaren Optionen. Obwohl nicht alle Kunststoffe gegenüber aggressiven Umgebungen inert sind, weisen einige eine ausgezeichnete Beständigkeit auf und verhindern Korrosion und Zersetzung, wodurch die Dimensionsstabilität des mechanischen Systems, der Ausrüstung oder des Produkts erhalten bleibt.  

Bei der CNC-Bearbeitung sind PTFE, PEEK, PVC, HDPE, PPS und PP die gängigsten Werkstoffe. chemikalienbeständige Kunststoffe, wird als Rohmaterial zur Herstellung einer Vielzahl von Teilen und Produkten verwendet. 

In den folgenden Abschnitten werden sechs Arten von chemikalienbeständigen Kunststoffen näher erläutert und Hinweise zur Auswahl des richtigen Kunststoffs gegeben.

1. Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Teflon-Kunststoff 

Teflon-Kunststoff

Sie kennen sicherlich Teflon, das als Antihaftbeschichtung in Kochgeschirr verwendet wird. Darüber hinaus findet es aber noch vielfältigere Anwendung, von der Bearbeitung von Industrielagern bis hin zu Instrumenten für chemische Labore.

Polytetrafluorethylen (PTFE, auch bekannt als Teflon) zeichnet sich durch starke Kohlenstoff-Fluor- (CF) und Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen (CC) aus, was zu einer robusten Struktur, geringer Reibung und ausgezeichneter chemischer Inertheit führt. Daher behält Teflon seine Dimensions- und physikalische Stabilität bis zu 200 °C bei. 260°CDanach beginnt es sich zu zersetzen. 

Die Säurebeständigkeit von Teflon gilt als universell, da es nahezu allen starken Säuren sowie Laugen und Lösungsmitteln widersteht.

Bearbeitungsmerkmale: Teflon lässt sich aufgrund seiner geringen Reibung leicht bearbeiten. Es werden scharfe Hartmetallwerkzeuge mit geringen Schnittkräften empfohlen.

Wann zu verwenden: Auskleidungen, Dichtungen, Ventile, Lager und Teile für die chemische Verfahrenstechnik

2. Polyetheretherketon (PEEK)-Kunststoff 

PEEK-Kunststoffe

PEEK ist ein leistungsstarker und langlebiger Kunststoff, der thermische Stabilität bis zu 170°C, hohe Dauerfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Steifigkeit, einen niedrigen Reibungskoeffizienten und Beständigkeit gegenüber aggressiven Chemikalien bietet. 

Die interne Struktur von PEEK-Kunststoff Es handelt sich um eine halbkristalline, lineare Kette mit Benzolringen (-⌬-), Etherbindungen (-O-) und Ketonen (C=O). Es ist gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien neutral und korrodiert nicht. 

Folglich ist PEEK beständig gegen mäßig konzentrierte Säuren, oxidierende Säuren, starke Laugen, organische Lösungsmittel und Wasserdampf. Je nach Anwendungsbedarf können Sie ungefülltes, gasgefülltes, FDA-konformes und andere spezifische PEEK-Varianten verwenden. 

Bearbeitungsmerkmale: Gute Bearbeitbarkeit; empfohlen werden starre Werkzeuge mit niedrigen Drehzahlen und mäßigen Vorschüben.

Wann zu verwenden: Wenn ein ausgewogenes Verhältnis von chemischer Beständigkeit, struktureller Festigkeit und mechanischer Leistungsfähigkeit erforderlich ist, z. B. bei Elektronikgehäusen, medizinischen Geräten, leichten Flugzeugbauteilen und Hartverpackungen.

3. Polyvinylchlorid (PVC)-Kunststoff 

PVC-Bearbeitung Kunststoff

PVC ist ein weiterer chemikalienbeständiger Kunststoff, der relativ kostengünstig ist. Tatsächlich ist er nach Polypropylen und Polyethylen der weltweit am dritthäufigsten verwendete Kunststoff. 

Es bietet hohe Zugfestigkeit, Steifigkeit, Langlebigkeit, einfache Klebe- und Verbindungseigenschaften, gute Bearbeitbarkeit, Beständigkeit gegen Risse und Abrieb, antibakterielle Eigenschaften und weitere nützliche Merkmale. Folglich ist die chemische Beständigkeit von PVC ausgezeichnet, mit Ausnahme einiger starker Oxidationsmittel und bestimmter Lösungsmittel.

Bearbeitungsmerkmale: Für die Bearbeitung mit engen Toleranzen ist der Einsatz von HSS-/Hartmetallwerkzeugen mit langsamen Vorschüben empfehlenswert. 

Wann zu verwenden: Wenn eine moderate Chemikalienbeständigkeit erforderlich ist und der Preis eine Rolle spielt. Anwendungsbeispiele sind Rohrleitungen, Komponenten für die chemische Verfahrenstechnik, Teile von Abwassersystemen und Schränke in Chemiefabriken. 

4. Polyethylen hoher Dichte (HDPE)-Kunststoff 

HDPE-Materialien

HDPE ist ein flexibler und langlebiger thermoplastischer Kunststoff mit hoher Beständigkeit gegenüber verdünnten Säuren, Laugen und Alkoholen, jedoch geringer thermischer Stabilität (ca. 80–100 °C). Weitere Eigenschaften sind geringe Feuchtigkeits- und Wasseraufnahme, geringes Gewicht und hohe Steifigkeit. 

Die starke chemische Beständigkeit von HDPE beruht auf der Bildung hochstabiler Polymerketten durch Polymerisation von Ethylengas in Gegenwart von Chrom oder Ziegler-Natta-Katalysatoren. 

Bearbeitungsmerkmale: Da HDPE ein weicher Kunststoff ist, werden HSS/Hartmetallwerkzeuge mit geringen Schnittkräften empfohlen. 

Wann zu verwenden: Anwendungen bei niedrigen Temperaturen, bei denen Schlagfestigkeit und chemische Neutralität wichtig sind. Beispiele hierfür sind chemische Auskleidungen, Förderbänder in der Lebensmittelverarbeitung, Komponenten für die Abwasserbehandlung und Schutzvorrichtungen für Industriemaschinen. 

5. Polyphenylensulfid (PPS)-Kunststoff 

PPS-Kunststoff

Dieser halbkristalline und dichte Kunststoff ist gegenüber fast allen gängigen Säuren, Laugen, Lösungsmitteln und Kraftstoffen neutral. 

Die interne Struktur von PPS Die Polymerisation erfolgt über kovalente Bindungen zwischen Schwefel- und Benzolringen, wodurch eine lange und stabile Polymerkette entsteht. Daher ist PPS auch unter hoher mechanischer Belastung, aggressiver chemischer Einwirkung und erhöhten Temperaturen (bis zu ca. 220 °C) stabil.

Oft wird es als erschwinglich angesehen PEEK Alternative für Niedertemperaturanwendungen, die eine hohe chemische Beständigkeit und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften erfordern. 

Bearbeitungsmerkmale: Mäßige bis ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, Maßstabilität und geeignet für die Bearbeitung mit engen Toleranzen. Verwenden Sie scharfe Hartmetallwerkzeuge mit mäßiger Schnittgeschwindigkeit und geringeren Vorschüben. 

Wann zu verwenden: Gleichbleibende chemische Beständigkeit auch bei Temperaturschwankungen. Zu den wichtigsten Anwendungsbeispielen zählen chemische Prozessbehälter und zugehörige Komponenten, Rohrflansche, Düngemittelanlagen, Chemikalienlager und Wasseraufbereitungsanlagen. 

6. Polypropylen (PP)-Kunststoff 

PP-Kunststoffmaterial

Polypropylen reagiert nicht mit Chemikalien (Säuren, Basen, Alkoholen, Aldehyden, Ketonen usw.) und bleibt bis 80–100 °C stabil, sein Schmelzpunkt liegt bei etwa 170 °C. Darüber hinaus weist PP-Kunststoff eine minimale Wasseraufnahme (<0.01 %) auf. 

Die innere Struktur von Polypropylen besteht aus langen Propylenmonomerketten –(CH₂–CH(CH₃))ₙ–. Die dichten Kohlenwasserstoffe, die dicht gepackten Ketten und das Fehlen polarer Gruppen verleihen PP eine hohe Beständigkeit gegenüber Chemikalien. 

Bearbeitungsmerkmale: Weich und gut bearbeitbar, aber aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes hitzeempfindlicher. Verwenden Sie Standard-Hartmetallwerkzeuge. 

Wann zu verwenden: Chemikalienexponierte Verteiler, Präzisionsrohre und -verschraubungen, Öl- und Gaskomponenten,  Medizinprodukte, Konsumgüter und Industrietanks.

Faktoren, die die chemische Beständigkeit von Kunststoffen beeinflussen

Mehrere Faktoren beeinflussen die chemische Beständigkeit von Kunststoffen, wie beispielsweise das Vorhandensein von Additiven und Füllstoffen, die Einwirkungsdauer, die chemische Temperatur und Konzentration sowie die mechanische Belastung.

Die folgende Liste beschreibt die gemeinsamen Faktoren:

• Zusatzstoffe in der Zusammensetzung: Die Anwesenheit von Weichmachern, Flammschutzmitteln und anderen Füllstoffen beeinflusst die Beständigkeit, indem sie diese entweder verbessert oder verschlechtert. 
• Temperatur: Wird Kunststoff bei der Verarbeitung oder Lagerung von Chemikalien bei hohen Temperaturen verwendet, verringert sich die Beständigkeit des Kunststoffs. 
• Vorhandensein von Stress: Wenn das Kunststoffteil starker mechanischer Belastung und längerem Kontakt mit Chemikalien ausgesetzt ist, kommt es zur Ausbreitung von Mikrorissen, wodurch auch seine chemische Beständigkeit abnimmt.
• Expositionszeit: Eine längerfristige Exposition gegenüber hohen Chemikalienkonzentrationen beeinträchtigt die Chemikalienresistenz.
• Chemische Absorption: IWenn ein Kunststoff ein höheres chemisches Absorptionsverhältnis aufweist, verringert sich seine Beständigkeit. 

Bewährte Verfahren zur Aufrechterhaltung der Chemikalienbeständigkeit

Wir haben die Faktoren besprochen, die die chemische Beständigkeit von Kunststoffen beeinflussen. Nun wollen wir uns ansehen, wie Sie diese Beständigkeit erhalten können, wie in der folgenden Liste beschrieben.

• Wählen Sie den geeigneten Kunststofftyp und tragen Sie Beschichtungen auf, die auf die jeweiligen chemischen Belastungsbedingungen abgestimmt sind.
• Um die chemische Beständigkeit zu gewährleisten, müssen Temperaturen und Drücke innerhalb der vorgegebenen Grenzen gehalten werden.
• Überprüfen Sie regelmäßig und stellen Sie die Beständigkeit durch zerstörungsfreie Prüfverfahren sicher.
• Erwägen Sie die Anwendung von Farben, Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen, um die chemische Beständigkeit von Kunststoffen weiter zu verbessern. 

Wie wählt man den richtigen chemikalienbeständigen Kunststoff für die CNC-Bearbeitung aus?

Die Wahl des richtigen chemikalienbeständigen Materials für Kunststoff-CNC-Bearbeitung erfordert die Berücksichtigung mehrerer wichtiger Faktoren, darunter die Anforderungen an den Endgebrauch, die Luftfeuchtigkeit und die thermische Belastung im Betrieb, die Materialkosten und die Dimensionsstabilität.

Lassen Sie uns auf jeden einzelnen Punkt näher eingehen. 

Bewerbungsvoraussetzungen

Ermitteln Sie zunächst die spezifischen Chemikalien und deren Konzentrationen, denen der Kunststoff für die gewünschte Anwendung und Leistung standhalten muss. Für die Lagerung starker Säuren oder Lösungsmittel empfiehlt sich ein teilkristalliner Kunststoff. Mithilfe der „Chemikalienbeständigkeitstabelle für Kunststoffe“ können Sie sicherstellen, dass der gewählte Kunststoff mit den im Anwendungsprozess auftretenden Chemikalien kompatibel ist.

Luftfeuchtigkeit und Temperatur

Berücksichtigen Sie die Schwankungen von Luftfeuchtigkeit und Temperatur, denen Kunststoffteile im Einsatz standhalten müssen. Obwohl alle oben genannten Kunststoffe chemikalienbeständig sind, weisen sie unterschiedliche Grenzen hinsichtlich ihrer thermischen Stabilität auf. Beispielsweise behalten PPS und Teflon ihre Eigenschaften bis 200 °C, während Polypropylen seine Eigenschaften bereits unter 100 °C verliert.  Als Nächstes sollten Sie die Feuchtigkeit und den Wasserkontakt während der Anwendung berücksichtigen. Für feuchte Umgebungen benötigen Sie Kunststoffe mit einer minimalen Wasseraufnahmerate. 

Gewünschte mechanische Festigkeit

Manche Anwendungen erfordern neben chemischer Neutralität auch die Fähigkeit, hohen mechanischen Belastungen standzuhalten. In diesem Fall sollten Sie Hochleistungsmaterialien wie PEEK wählen. 

Materialkosten 

Hauptziel der Materialauswahl ist es, eine kostengünstige Lösung zu finden, die die gewünschte Funktionalität und Leistung erbringt. Daher sollten die Kosten von Kunststoffen berücksichtigt werden, die die erforderliche chemische Beständigkeit und andere Eigenschaften zu einem erschwinglichen Preis bieten.

Dimensionsstabilität

In manchen Anwendungsbereichen ist es entscheidend, dass bearbeitete Kunststoffteile im Gebrauch nicht quellen oder kriechen. Daher muss der erforderliche Stabilitätsgrad ermittelt und geprüft werden, welcher Kunststoff diesen gewährleistet. PEEK beispielsweise behält seine hervorragende Dimensionsstabilität auch bei längerer chemischer Verarbeitung.

Summieren

Die in den Artikeln besprochenen Kunststoffe sind allesamt für ihre hohe chemische Beständigkeit bekannt und werden daher häufig für Anwendungen in der chemischen Verarbeitung, Lagerung und im Transport eingesetzt. Allerdings muss ihre Inertheit gegenüber den in den jeweiligen Anwendungen verwendeten Chemikalien sichergestellt werden. Bei der Bearbeitung chemikalienbeständiger Kunststoffe ist es unerlässlich, die richtigen Werkzeuge und Bearbeitungsparameter zu verwenden, um Schmelzen und Verziehen zu verhindern. 

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Häufig gestellte Fragen:

Welche Kunststoffe sind chemikalienbeständig?

Obwohl es viele chemikalienbeständige Kunststoffe gibt, gehören Teflon, PEEK, PVC, HDPE und PP zu den am häufigsten in der Fertigung verwendeten.

Ist PVC-Kunststoff chemikalienbeständig?

Ja, PVC-Kunststoff ist chemisch beständig gegen Säuren, Laugen, Lösungsmittel, Alkohole usw. Dies liegt an den chlorreichen Polymerketten des PVC. 

Welcher Kunststoff schmilzt nicht in Säure?

Teflon (PTFE) schmilzt nicht in Gegenwart von Säuren. PP, PE, HDPE und andere Kunststoffe sind jedoch ebenfalls ausgezeichnete säurebeständige Kunststoffe.