Die Integration von 20 % Polyetheretherketon (PEEK)-Nanopartikeln in PTFE-Matrizen schafft eine Hybridmaterial das die Grenzen herkömmlicher Dichtungslösungen neu definiert. Nachfolgend finden Sie eine technische Analyse seiner Eigenschaften, Verbesserungen und Anwendungen:
Kernmerkmale: Synergistische Strukturvorteile
| Eigentum | 20 % PEEK/PTFE | Reines PTFE | Verbesserung |
|---|---|---|---|
| Druckfestigkeit | 35–42 MPa | 12–15 MPa | 200 % ↑ |
| PV-Grenze | 3,0–3,5 MPa·m/s | 0,6–0,8 MPa·m/s | 400 % ↑ |
| HDT bei 0,45 MPa | 260–300 °C | 121 °C | 120 % ↑ |
| Verschleißrate | 5×10⁻⁷ mm³/N·m | 2×10⁻⁶ mm³/N·m | 75 % ↓ |
| Kompressionskriechen | <15 % (100 °C/24 h) | >50 % | 70 % ↓ |
Das starre Rückgrat von PEEK bietet strukturelle Unterstützung, während PTFE die Selbstschmierung aufrechterhält und so ein Verbundwerkstoff mit „Keramikfestigkeit + Fluorpolymer-Schmierfähigkeit“ entsteht.
Wichtige Leistungsverbesserungen
- Beseitigung des Kaltflusses
- PEEK-Nanofasern (200–500 nm) bilden Verstärkungsnetzwerke in PTFE-Korngrenzen.
- Die Verformung bei 10 MPa/150 °C sinkt von 47 % (reines PTFE) auf 11 %.
- Tribologischer Durchbruch
- Hält μ = 0,05–0,10 bei 8-fach längerer Lebensdauer.
- Hält 5.000 Stunden unter Trockenreibung (5 MPa, 1 m/s) aus, im Vergleich zu 600 Stunden bei reinem PTFE.
- Thermische Stabilitätsausdehnung
- Dauerbetriebstemperatur: 310 °C (gegenüber 260 °C bei PTFE).
- Die Lebensdauer der Dichtungen von Auto-Turboladern erhöht sich bei 300 °C/15.000 U/min um 400 %.
- Verbesserte chemische Beständigkeit
Medium 20 % PEEK/PTFE Reines PTFE Starke Oxidationsmittel ✓ (98 % H₂SO₄) ✘ (Versagt in HNO₃-Dämpfen) Organische Lösungsmittel ✓ (Aceton/Xylol) △ >25 % Schwellung Hochdruckdampf ✓ (230 °C/4 MPa) ✘ (Kriecht bei 150°C)
Kritische Unterschiede zu reinem PTFE
| Aspekt | 20 % PEEK/PTFE | Reines PTFE |
|---|---|---|
| Mikrostruktur | Semi-IPN nanofaserverstärkt | Lamellenkristallstapelung |
| Fehlermodus | Gleichmäßiger Verschleiß (<1µm Transferfolie) | Durch Kaltströmung verursachter Kollaps |
| Verarbeitung | Blend-Sinter-Isostatische Presse | Konventionelle Kompression |
| (Dichte >2,16 g/cm³) | (Dichte 2,1–2,2 g/cm³) | |
| Geschwindigkeitsbegrenzung | 20 m/s (trocken) | <5 m/s |
Gezielte Anwendungen
- Systeme für extreme Temperaturen
- Flugzeug-Kraftstoffventile (Temperaturwechselbelastung von -54 °C bis 280 °C).
- PEMFC-Bipolarplattendichtungen (110 °C + elektrochemische Korrosion).
- Hochdruck/Schmiermittelfrei
- Überkritische CO₂-Kompressoren (31,1 MPa/100 °C).
- Hydraulische Servozylinder (35 MPa Hin- und Herbewegung).
- Aggressive chemische Umgebungen
Industrie Anwendung Vorteil Halbleiter Dichtungen für Plasmaätzkammern Beständig gegen CF₄/O₂-Plasma Chemische Verarbeitung Pumpendichtungen für konzentrierte H₂SO₄ Keine Schwellung/metallfrei Medizinisch Autoklav-Drehgelenke Korrosionsbeständigkeit der Güteklasse 316L - Gewichtsempfindliche Ausrüstung
- EV-Antriebsstränge (60 % leichter als Metalldichtungen, k >0,45 W/m·K).
Auswahlrichtlinien
- Empfohlen:
✓ Temperaturen >200°C ohne Schmierung
✓ Starke Säuren/Oxidationsmittel (z. B. HF/H₂SO₄)
✓ PV >1,5 MPa·m/s Rotationsdichtungen - Vermeiden:
✘ Kryogener LH₂-Betrieb (PTFE-Sprödigkeit bleibt bestehen)
✘ Kostengetriebene Anwendungen (4–6× PTFE-Materialkosten)
Nächste Grenze: 30 % PEEK/PTFE-Verbundwerkstoffe werden jetzt 10.000 Stunden lang bei 350 °C/25 MPa in Kühlmittelpumpen von Kernreaktoren getestet und setzen damit neue Maßstäbe für extreme Dichtungen.
Veröffentlichungszeit: 16. Juli 2025