PEEK, PPS oder PEI: Welcher Hochtemperatur-Kunststoff passt zu Ihrem Bauteil?

Käufer fragen selten von Anfang an nach PEEK, PPS oder PEI. Sie kommen mit einem Teil, das ausgefallen ist, mit einer Temperatur, die nicht überschritten werden darf, oder mit einem Reinigungszyklus, der die letzte Charge ruiniert hat. Die drei Polymere überschneiden sich auf dem Papier so stark, dass ein Datenblattvergleich sie austauschbar wirken lässt — Dauerbetrieb über 150 °C, gute elektrische Eigenschaften, zerspanbar, als Platte und Stab verfügbar. Austauschbar sind sie nicht, und der Unterschied zeigt sich im zweiten Servicejahr, nicht in der ersten Woche.

Was die drei Polymere wirklich sind

PEEK ist ein teilkristallines Polyetherketon mit einer Glasübergangstemperatur um 143 °C und einem Schmelzpunkt nahe 343 °C. Ungefüllt ist es zäh und ermüdungsbeständig; mit 30 % Glas- oder Kohlenstofffaser wird es steif genug, um Metall in Strukturteilen zu ersetzen. Es ist mit Abstand das teuerste der drei, und dieser Preis kauft Temperaturreserve, Verschleißperformance und Verträglichkeit mit wiederholter Dampf- und Chemikaliensterilisation.

PPS ist ebenfalls teilkristallin, hat aber einen deutlich niedrigeren Glasübergang — rund 90 °C — und einen Schmelzpunkt nahe 280 °C. Da es schnell kristallisiert und fast immer glasfasergefüllt geliefert wird, hält es enge Toleranzen und hat einen der niedrigsten Wärmeausdehnungskoeffizienten aller technischen Kunststoffe. Es ist von Haus aus flammwidrig und beständigt fast jedes Lösungsmittel unter 200 °C. Seine Schwäche ist die Sprödigkeit: ungefülltes PPS bricht unter Stoß, weshalb 40 % Glasfaser die Standardtype ist.

PEI, besser bekannt als Ultem, ist amorph. Seine Glasübergangstemperatur liegt bei 217 °C, es hat keinen Schmelzpunkt — das heißt, es behält seine Steifigkeit, bis es schlagartig erweicht. Es ist bernsteinfarben transparent, maßhaltig und lässt sich sauber zerspanen. Amorph bedeutet auch kerbenempfindlich und anfällig für chlorierte Lösungsmittel und starke Laugen.

Die Zahlen im Vergleich

Temperatur ist ein Bereich, keine Zahl

Die Dauerbetriebstemperatur setzt ein Teil unter Last über tausende Stunden voraus. Ein PPS-Halter mit 220 °C Einstufung übersteht neunzig Sekunden im 260-°C-Reflowofen, und ein PEI-Gehäuse mit 170 °C Einstufung übersteht einen 200-°C-Ausheizzyklus — denn beides ist kein Langzeitlastfall. Was Teile tötet, ist die Kombination aus Wärme und anhaltender Spannung: Kriechen. Oberhalb seines Glasübergangs kriecht ein amorphes Polymer stetig; PEI bei 180 °C unter verschraubter Vorspannung verliert diese Vorspannung binnen Monaten. PPS hält trotz der niedrigeren Zahl die Vorspannung besser, weil die kristalline Phase oberhalb des Glasübergangs noch Last trägt.

Liegt die Betriebstemperatur dauerhaft über 200 °C, fallen PPS und PEI aus, und die Antwort ist PEEK. Liegt sie zwischen 150 und 200 °C ohne Last, funktionieren alle drei, und der Preis entscheidet. Die Gefahrenzone liegt bei 120 bis 180 °C mit Vorspannung oder Presspassung — dort sagen die Datenblatt-Temperaturen ja und das Kriechen nein.

Chemische Beständigkeit entscheidet mehr Fälle als Temperatur

PPS ist nahezu inert. Unter 200 °C kennt man kein Lösungsmittel dafür, es beständigt starke Säuren und Laugen, und die in der Fertigung üblichen Entfetter und Hydrauliköle berühren es nicht. PEEK ist in der Praxis ebenso inert, mit dem Vorbehalt, dass konzentrierte Schwefelsäure und manche halogenierten Verbindungen es angreifen. Auf PEI muss man achten: Es bekommt Spannungsrisse in chlorierten Lösungsmitteln, in starken Laugen und in einigen Ketonen — und eingespannte Bearbeitungs- oder Formspannungen beschleunigen das.

Zerspanung, Ausglühen und Maßhaltigkeit

Alle drei lassen sich mit üblichen Hartmetallwerkzeugen zerspanen, verlangen aber unterschiedliche Gewohnheiten. PEEK und PPS sind teilkristallin, daher trägt ein zerspantes Teil Eigenspannungen, die sich später bei Temperatur entspannen: schruppen, ausglühen, dann fertigen. Glasfasergefülltes PPS ist abrasiv und lässt das Werkzeug schnell stumpf werden, und seine Sprödigkeit bedeutet, dass scharfe Kanten ausbrechen statt sich zu verformen. PEI muss vor jeder Wärmearbeit getrocknet werden und ist kerbenempfindlich — scharfe Innenkanten und Gewindegründe vermeiden.

Für ein Teil, das seine Toleranz über einen Temperaturwechsel halten muss, gewinnt auf dem Papier PPS: 40 % Glasfaser bringen den Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe an Aluminium heran, und die niedrige Wasseraufnahme sorgt dafür, dass Feuchtigkeit die Maße nicht verschiebt. PEEK folgt knapp und ist weitaus zäher. PEI bewegt sich mit der Feuchte stärker und über 150 °C sehr viel stärker.

Mit vier Fragen zur Entscheidung

• Sieht das Teil dauerhaft mehr als 200 °C, oder wiederholte Dampf- und Chemikaliensterilisation? Wenn ja: PEEK.
• Gibt es Vorspannung, Presspassung oder anhaltende Last über 120 °C? Wenn ja: PPS für Steifigkeit, PEEK wenn zusätzlich Stoß auftritt.
• Wird das Teil chlorierten Lösungsmitteln, starken Laugen oder Ketonen ausgesetzt? Wenn ja: PPS oder PEEK — nicht PEI.
• Ist das Budget die bindende Randbedingung und die Temperatur unter 150 °C? PPS zu einem Zehntel des PEEK-Preises gewinnt meistens.

In der Praxis läuft der Großteil unserer Anfragen auf PPS hinaus. Es ist die Type, die stillschweigend Aluminiumhalter, Vorrichtungen und Gehäuse ersetzt, weil sie steif, stabil, flammwidrig und billig genug ist, um sich zu rechtfertigen. PEEK geht dorthin, wo die Schadensart Verschleiß, Stoß oder Sterilisation ist, und PEI dorthin, wo das Teil transparent sein muss oder seine HF-Eigenschaften zählen.

Fragen, die uns am häufigsten gestellt werden

Kann PPS PEEK zur Kostenersparnis ersetzen?

Nur unterhalb von etwa 150 °C und bei mäßigem Stoß. PPS ist steifer und billiger, aber es ist spröde und sein Glasübergang liegt niedrig — ein PPS-Teil unter Stoß oder heißer Vorspannung versagt, wo PEEK nicht versagen würde.

Warum bekommt mein PEI-Teil Risse nach der Reinigung?

Fast immer ein chloriertes Lösungsmittel oder eine starke Lauge in Kombination mit Form- oder Bearbeitungsspannungen. Ausglühen vor dem Einsatz und Wechsel des Reinigungsmittels löst das öfter als ein Materialwechsel.

Brauchen diese Materialien nach der Bearbeitung ein Ausglühen?

PEEK und PPS immer dann, wenn das Teil über 100 °C sieht oder eine enge Toleranz halten muss. PEI profitiert von einem Trocknungszyklus vor der Bearbeitung, nicht von einem Ausglühen danach.