PEEK (Polyetheretherketon) schmilzt bei 343 °C und hat eine Glasübergangstemperatur von 143 °C. Keiner dieser Werte ist für das Mahlen relevant. Die relevante Temperaturschwelle liegt bei etwa 80–100 °C: dem Punkt, an dem unter mechanischer Belastung eine lokale Erweichung an den Kontaktflächen der Partikel einsetzt. Wird diese Schwelle beim Mahlen erreicht, verschmelzen die Partikel miteinander, anstatt zu brechen. Das Ergebnis sind Agglomerate, eine breite Partikelgrößenverteilung und ein Material, das nicht mehr so fließfähig ist, wie es für das Lasersintern oder die Verarbeitung von Verbundwerkstoffen erforderlich ist.
Herkömmliche mechanische Mahlverfahren wie Kugelmühlen, Hammermühlen und Stiftmühlen erzeugen durch Reibung und Aufprall Wärme. Bei Calciumcarbonat oder Quarz ist diese Wärme beherrschbar. Bei PEEK hingegen ist sie die Hauptursache für Ausfälle. Deshalb Strahlfräsen Diese Technologie eignet sich besonders für die Herstellung von ultrafeinem PEEK-Pulver. Der Mahlmechanismus beruht auf der Kollision von Partikeln durch Hochgeschwindigkeits-Gasstrahlen, nicht auf Metall-auf-Metall-Aufprall. Das expandierende Gas kühlt beim Austritt aus den Düsen ab. Die Mahlzone bleibt kalt. PEEK bricht sauber, anstatt zu erweichen.
Dieser Artikel behandelt die Funktionsweise des Strahlmahlens speziell für Hochleistungspolymere, die Einstellung der Parameter für PEEK, die erreichbaren und realistischen Partikelgrößenziele für die einzelnen Anwendungen sowie den Vergleich der Technologie mit Alternativen wie dem kryogenen Mahlen. EPIC-Pulver Machinery liefert Wirbelschicht-Strahlmühlen für PEEK, PTFE, Polyimid und andere technische Polymeranwendungen.
Warum PEEK schwer zu vermahlen ist – und wo herkömmliche Mühlen versagen
Die meisten harten Werkstoffe – Mineralien, Keramiken, Metalle – sind spröde, da sie unter Stoßbelastung ohne nennenswerte plastische Verformung brechen. Eine Belastung oberhalb der Streckgrenze führt zur Rissausbreitung und damit zur Verringerung der Partikelgröße. PEEK verhält sich anders. Es ist ein teilkristalliner Thermoplast: Er besitzt sowohl amorphe, viskoelastische Bereiche als auch härtere, sprödere kristalline Bereiche. Unter mechanischer Belastung absorbieren die amorphen Bereiche Energie durch plastische Verformung anstatt durch Bruch. Dadurch dissipiert PEEK die beim Mahlen entstehende Energie, anstatt sie in neue Partikeloberflächen umzuwandeln.
Beim Mahlen von PEEK in herkömmlichen mechanischen Walzwerken treten drei spezifische Probleme auf:
- Hitzebedingte Agglomeration: Die Energie, die die Partikel nicht aufbricht, wird am Kontaktpunkt in Wärme umgewandelt. Bei Hochgeschwindigkeitsaufprall entstehen lokal Oberflächentemperaturen, die deutlich über der Umgebungstemperatur liegen. Erweichte Partikeloberflächen verschweißen sich und bilden Agglomerate, die größer sind als das ursprüngliche Aufgabematerial – die Mühle macht das Pulver gröber, nicht feiner.
- Metallverunreinigung: PEEK wird in medizinischen Implantaten, Luft- und Raumfahrtstrukturen sowie Halbleiterbauteilen eingesetzt, wo Verunreinigungen durch Metallionen im ppm-Bereich relevant sind. Schleifflächen aus Stahl oder gehärtetem Eisen verschleißen messbar bei der Verarbeitung zäher Polymere. Diese Verunreinigung mag für industrielle Füllstoffe akzeptabel sein, ist jedoch für PEEK-Pulver in medizinischer oder elektronischer Qualität nicht zulässig.
- Breites, unkontrollierbares PSD: Da ein Teil des PEEK-Ausgangsmaterials verklumpt statt zu brechen, verbreitert sich die Partikelgrößenverteilung beim Mahlen zunehmend. Der D97-Wert steigt, während der D50-Wert nur langsam abnimmt. Das Ergebnis ist ein Produkt, das die für das Lasersintern oder die Implantatherstellung erforderlichen strengen Spezifikationen der Partikelgrößenverteilung nicht erfüllt.
Wie das Strahlfräsen das PEEK-Schleifproblem löst
Der Joule-Thomson-Effekt: Warum die Schleifzone kalt bleibt
In einer Wirbelschicht-Strahlmühle wird komprimiertes Gas (Luft oder Stickstoff) mit 4–8 bar in Düsen geleitet und beim Austritt auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Durch die rasche Expansion des Hochdruckgases in einer Düse kühlt es ab – dies ist der Joule-Thomson-Effekt. Bei den für PEEK verwendeten Mahldrücken sinkt die Gastemperatur am Düsenaustritt auf 0 bis -20 °C. Die Mahlzone, die durch einen kontinuierlichen Strom dieses kalten Gases gekühlt wird, bleibt deutlich unterhalb der Temperatur, bei der PEEK-Oberflächen zu erweichen beginnen.
Die praktische Konsequenz: PEEK-Partikel kollidieren mit hoher Geschwindigkeit und brechen, anstatt sich zu verformen. Die Kaltmahlzone verhindert zudem die Agglomeration – bereits feine Partikel, die bei erhöhter Temperatur zum Verkleben neigen, bleiben im kalten, turbulenten Gasstrom getrennt. Die Produktpartikelgrößenverteilung ist enger als bei der mechanischen Vermahlung desselben Materials bei Umgebungstemperatur.
Partikel-auf-Partikel-Schleifen: Kontaktloser Metallkontakt
Die Zerkleinerung in einer Strahlmühle beruht ausschließlich auf Partikelkollisionen. Die Gasstrahlen beschleunigen die PEEK-Partikel zu konvergierenden Strömen, in denen sie miteinander kollidieren. Die einzigen festen Oberflächen, die mit dem Produkt in Kontakt kommen, sind die Mühlenkammerwand, das Sichterrad und die Düsenanordnung – keine davon befindet sich in der Hochenergie-Kollisionszone. Bei einer keramikausgekleideten Ausführung besteht an keiner Stelle des Kreislaufs ein metallischer Kontakt zum Produkt.
Bei medizinischem PEEK-Pulver – das später implantiert oder in interventionellen Geräten verwendet wird – ist die Abwesenheit von Metallverunreinigungen unerlässlich. Die Biokompatibilität von PEEK hängt von der Abwesenheit von Eisen, Chrom, Nickel und anderen Metallionen ab, die durch keramische oder polymerbeschichtete Strahlmühlenoberflächen nicht eingebracht werden.
Integrierte Klassifizierung: D97 und D50 sind beide steuerbar
Eine Wirbelschicht-Strahlmühle verfügt über ein integriertes dynamisches Klassierrad. Feine Partikel, die der Größenspezifikation entsprechen, passieren das Rad und gelangen in das Produktsammelsystem. Zu große Partikel werden durch Zentrifugation zurück in die Mahlzone befördert. Die Drehzahl des Klassierrads ist die primäre Stellgröße für D50 – eine höhere Drehzahl führt zu einem feineren Produkt. Mahlgasdruck und Aufgabemenge sind sekundäre Stellgrößen, die den Durchsatz und die Korngrößenverteilung beeinflussen.
Durch die geschlossene Kreislaufkonstruktion verbleibt das PEEK-Pulver nicht länger im Mahlwerk als für das Erreichen der Zielgröße erforderlich. Die Partikel verlassen das Mahlwerk, sobald sie fein genug sind. Es kommt nicht zu einer fortschreitenden Wärmeentwicklung durch verlängertes Mahlen, und es werden keine Partikel übermahlen, da diese im Klassierschritt sofort nach Erreichen der Spezifikation aussortiert werden.
Anforderungen an die Partikelgröße je nach Anwendung – Was ist tatsächlich erreichbar?
Der ursprüngliche Entwurf enthielt einen sachlichen Fehler, der korrigiert werden muss: Er bezeichnete einen D50-Wert von ca. 45 μm als ‘ultrafein’ für das Lasersintern, definierte ultrafein im selben Artikel aber auch als unter 10 μm. Es handelt sich hierbei um unterschiedliche Anwendungen, die unterschiedliche Partikelgrößen erfordern. Die folgende Tabelle zeigt die korrekten Spezifikationen.
| Anwendung | Typisches D50-Ziel | Typisches D97-Ziel | Warum diese Partikelgröße |
| Lasersintern / SLS-3D-Druck | 45-90 µm | <120 µm | Das Pulver muss im Pulverbett gleichmäßig fließen und sich gleichmäßig verpacken; zu feines Pulver verursacht schlechte Fließfähigkeit. |
| Polymer-Komposit-Imprägnierung | 5-15 µm | <30 µm | Feines Pulver verbessert die Faserbenetzung und reduziert Hohlräume in Prepreg- und Filamentwickelverfahren. |
| Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen | 3-10 µm | <20 µm | Eine feine Partikelgröße verbessert die Haftung der Beschichtung und verringert die Oberflächenrauheit. |
| Herstellung von medizinischen Implantaten | 1-5 µm | <15 µm | Feines Pulver ermöglicht formnahes Pressen; die Oberfläche unterstützt die Anbindung bioaktiver Moleküle. |
| Tribologische Additive (Schmierstofffüllstoff) | 1-5 µm | <10 µm | Ultrafeines Pulver dispergiert in Schmierstoff- oder Polymermatrix ohne Agglomeration |
| Membran- und Filtrationskomponenten | <3 um | <8 µm | Feines, gleichmäßiges Pulver ermöglicht eine kontrollierte Porosität in gesinterten PEEK-Membranstrukturen |
Hinweis: Lasersinter-PEEK-Pulver (D50 45–90 µm) wird typischerweise durch Tieftemperaturmahlung oder Lösungs-Fällungs-Verfahren und nicht durch Strahlmahlung hergestellt. Strahlmahlung ist die bevorzugte Technologie für feines und ultrafeines PEEK (D50 unter 15 µm). Die geeignete Technologie hängt von den Anforderungen an die Partikelgröße der jeweiligen Anwendung ab.
Strahlfräsen vs. Kryogenes Mahlen vs. Mechanisches Fräsen für PEEK
Drei Technologien werden kommerziell zur Herstellung von PEEK-Pulver eingesetzt. Jede hat einen optimalen Partikelgrößenbereich. Das Verständnis der jeweiligen Vor- und Nachteile hilft Ihnen, das richtige Verfahren für Ihre spezifische Anwendung auszuwählen.
| Faktor | Strahlfräsen | Kryogenes Mahlen | Mechanisches Fräsen (Umgebungstemperatur) |
| Höchstmöglicher D50-Wert | 0,5–5 µm (praktische Untergrenze) | 20-60 µm | 30-100 µm (mit Agglomerationsproblemen) |
| Bester D50-Bereich für PEEK | 1-15 µm | 40-100 µm (SLS-Pulverbereich) | Nicht für PEEK empfohlen |
| Risiko der thermischen Zersetzung | Keine (Gasausdehnungskühlung) | Keine (LN2-Versprödung) | Hoch (lokale Erwärmung beim Aufprall) |
| Risiko der Metallkontamination | Nahezu null (keramische Kontaktflächen) | Niedrig-mittel (Stahlwalzwerksoberflächen bei niedriger Temperatur) | Hoch (Stahlverschleiß bei erhöhter Hitze) |
| PSD-Steuerung | Ausgezeichnet (einstellbarer Klassifikator) | Mäßige (bildschirmbasierte Trennung) | Schlecht (Ballung verzerrt die Verteilung) |
| Partikelmorphologie | Eckig bis halbkugelförmig | Unregelmäßiger, oft lamellärer Bruch | Unregelmäßig, oft länglich |
| Betriebskosten pro Tonne | Hohe (Energie des komprimierten Gases) | Mittel-hoch (LN2-Verbrauch) | Niedrig (aber die Produktqualität schränkt die Anwendbarkeit ein) |
| Am besten geeignet für | Medizinprodukte, Verbundwerkstoffe, Beschichtungen (D50 <15 µm) | SLS 3D-Druckpulver (D50 40-90 µm) | Nur für industrielle, nicht kritische Anwendungen |
Betriebsparameter für PEEK auf einer Wirbelschicht-Strahlmühle
PEEK verhält sich in der Strahlmühle anders als mineralische Werkstoffe, da seine Dichte deutlich geringer ist (1,26–1,32 g/cm³ gegenüber 2,7 g/cm³ für Aluminiumoxid) und seine Zähigkeit Bruchbildung bis zum Eintritt ausreichender Kollisionsenergie verhindert. Die folgenden Parameterbereiche dienen als Ausgangspunkte für PEEK in einer Standard-Wirbelschichtstrahlmühle – bitte überprüfen Sie die Werte durch einen Testmahlvorgang mit Ihrer spezifischen Sorte.
| Parameter | Typischer Bereich für PEEK | Auswirkung auf das Produkt | Anmerkungen |
| Schleifgasdruck | 5-8 Bar | Höherer Druck erhöht die Kollisionsgeschwindigkeit der Partikel – ein entscheidender Faktor für zähe Polymere. Unterhalb von 5 bar bricht PEEK nicht effizient. | Beginnen Sie mit 6 Balken und passen Sie die Werte anhand der PSD-Ergebnisse an. |
| Geschwindigkeit des Klassierrades | 2.000–8.000 U/min (abhängig von der Mühlengröße) | Primäre D50-Steuerung. Höhere Geschwindigkeit = feineres Produkt. | Erhöhung in 500-U/min-Schritten; Probenahme und Messung der Partikelgrößenverteilung nach jeder Änderung |
| Vorschubgeschwindigkeit | Niedrig bis mittel (deutlich unterhalb der Mineralzufuhrraten für vergleichbare Mühlengrößen) | Eine höhere Zufuhrrate erhöht die Partikelkonzentration und führt zu einer leichten Vergröberung der Trennfläche. Die PEEK-Zufuhrrate sollte 40–60 µT der entsprechenden mineralischen Zufuhrrate entsprechen. | Verwenden Sie einen geregelten Vibrations- oder Schneckenförderer; eine ungleichmäßige Fördergeschwindigkeit vergrößert die Partikelgrößenverteilung. |
| Gasart | Trockene Druckluft (Standard); Stickstoff (medizinische/Luft- und Raumfahrtqualität) | Stickstoff verhindert die Oxidation der Polymeroberfläche unter Schleifbedingungen. Erforderlich für medizinische Anwendungen. | Überwachung des Gastaupunkts – Feuchtigkeit verursacht elektrostatische Agglomeration von feinem PEEK-Pulver |
| Futtergröße | Typischerweise <3 mm Pellets oder vorgranuliertes PEEK | Gröberes Aufgabegut erhöht die Mahlbelastung; sehr feines Aufgabegut kann zu Brückenbildung im Aufgabesystem führen. | Bei Verwendung größerer Pellets auf 1-3 mm vormahlen. |
Produktionsanwendungen: Was strahlgefrästes PEEK leistet
ANTRAG 1
PEEK-Mikropulver für die Herstellung von Wirbelsäulenimplantaten – D50 3,5 μm, metallfrei
Die ForderungEin Hersteller von Medizinprodukten, der PEEK-Wirbelsäulenimplantate (Interbody-Fusionskäfige) produziert, benötigte ein feines PEEK-Pulver für ein Polymersinterverfahren zur Herstellung poröser Gerüststrukturen, die das Knochenwachstum fördern. Die Spezifikation sah einen D50-Wert von 3–5 µm, einen D97-Wert unter 12 µm und einen Eisengehalt unter 0,5 ppm vor – denselben Grenzwert, der auch für Titanpulver in Implantatqualität gilt. Der bisherige Lieferant verwendete eine Stiftmühle und erreichte regelmäßig nicht die Eisenspezifikation mit einem Gehalt von 2–4 ppm.
Die LösungEPIC Powder Machinery konfigurierte eine Wirbelschicht-Strahlmühle mit vollkeramischen Kontaktflächen (ZrO₂-Klassierrad und Gehäuseauskleidungen, Al₂O₃-Düseneinsätze), die in einem geschlossenen Stickstoffkreislauf betrieben wird. Die Stickstoffreinheit wurde bei 99,91 % T₃T gehalten. Der Mahldruck betrug 6,5 bar; die Klassierdrehzahl lag bei 5800 U/min für die Zielkorngröße D₅₀ von 3,5 µm.
Ergebnisse
D50: 3,4 µm, D97 11,2 µm – innerhalb der Spezifikation bei jeder Produktionscharge
Eisenverunreinigung: unter 0,15 ppm laut ICP-MS – 10- bis 20-mal niedriger als beim Stiftmühlenverfahren
Polymerintegrität: Die DSC-Untersuchung (Differenzkalorimetrie) bestätigte keine Veränderung des Schmelzpunkts oder der Kristallinität im Vergleich zu ungemahlenem PEEK als Referenz – keine thermische Zersetzung.
Regulatorische Dokumentation: Vollständige Rückverfolgbarkeit des Materials von der Roh-PEEK-Pelletcharge bis zur fertigen Pulvercharge; Analysezertifikat mit Partikelgrößenanalyse (PSD), ICP-MS- und DSC-Daten werden jeder Lieferung beigefügt.
ANTRAG 2
PEEK-Verbundpulver für Luft- und Raumfahrt-Kohlenstofffaser-Prepreg — D50 8 μm
Die Forderung
Ein Hersteller von Verbundwerkstoffen für die Luft- und Raumfahrt entwickelte ein PEEK/Kohlenstofffaser-Prepreg für Strukturbauteile von Flugzeugen. Feines PEEK-Pulver wird vor der Konsolidierung auf Kohlenstofffaserbündel dispergiert; das Pulver schmilzt während der Konsolidierung und bildet die Matrix. Feineres PEEK-Pulver verbessert die Verteilungsgleichmäßigkeit auf der Faseroberfläche und reduziert den Porenanteil im konsolidierten Laminat. Ziel war ein D50-Wert von 6–10 µm und ein D97-Wert unter 25 µm. Frühere Versuche mit mechanischem Schleifen ergaben einen D97-Wert über 45 µm mit sichtbaren Agglomeraten.
Die Lösung Eine Wirbelschicht-Strahlmühle in trockener Druckluft (PEEK in Luft- und Raumfahrtqualität benötigt keine Stickstoffatmosphäre) mit einem Sichter, der auf 3.400 U/min eingestellt ist, und einem Mahldruck von 7 bar.
Ergebnisse
D50: 8,1 µm, D97 23 µm – erfüllt die Spezifikation mit Spielraum
Agglomerate: Keine Partikel oberhalb von 30 µm wurden mikroskopisch nachgewiesen – das Problem, das das mechanische Schleifen ungeeignet gemacht hatte, war beseitigt.
Verbundporengehalt: Die Festigkeit wurde in Konsolidierungsversuchen von 1,81 TP3T (mit mechanisch gemahlenem PEEK-Pulver) auf 0,61 TP3T reduziert – und liegt damit innerhalb der Luft- und Raumfahrtanforderung von unter 11 TP3T.
Durchsatz: 12 kg/h bei einer Mühle mittlerer Größe – ausreichend für die Pilotproduktion
Andere Hochleistungspolymere, die sich für das Strahlmahlen eignen
PEEK ist das am häufigsten diskutierte Hochleistungspolymer für das Strahlfräsen, doch dieselben Prinzipien gelten für die gesamte Familie der technischen Polymere. Gemeinsames Hauptmerkmal: Sie sind zäh, wärmeempfindlich und werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen Metallverunreinigungen und thermische Zersetzung unerwünscht sind.
| Polymer | Besorgnis über nachlassende Besorgnis | Typisches Ziel für Strahlmühle D50 | Wichtigste Anwendungsbereiche |
| PTFE | Schmilzt nicht auf herkömmliche Weise, sondern kriecht unter Belastung oberhalb von 19 Grad Celsius – Schleifen bei Umgebungstemperatur verursacht Kriechen und Agglomeration | 1-5 µm | Schmierstoffadditive, Antihaftbeschichtungen, medizinische Dichtungen |
| Polyimid (PI) | Hohe Glasübergangstemperatur (250–400 °C) – weniger empfindlich als PEEK, profitiert aber dennoch von Kaltvermahlung für feine Körnungen. | 2-8 µm | Folien für die Luft- und Raumfahrt, flexible Leiterplatten, Hochtemperatur-Durchführungen |
| PPS (Polyphenylensulfid) | Tg 85-90 Grad C — Mahlen oberhalb der Umgebungstemperatur führt zu erheblicher Verklumpung | 3-10 µm | Automobilindustrie, chemikalienbeständige Bauteile, Elektronik |
| PEKK | Ähnlich wie PEEK, Tg ~165 °C, wird es dort eingesetzt, wo eine höhere Kristallisationsrate erforderlich ist. | 2-8 µm | Luft- und Raumfahrtverbundwerkstoffe, 3D-Druck, Implantate |
| UHMWPE | Sehr niedriger Erweichungspunkt – selbst Reibungswärme führt zu Oberflächenverschweißungen; erfordert Kaltgas- oder Kryounterstützung | 5-15 µm | Orthopädische Implantate, Verschleißteile, ballistischer Schutz |
| Verarbeitung von PEEK oder einem anderen Hochleistungspolymer? Die Wirbelschicht-Strahlmühlen von EPIC Powder Machinery sind für PEEK, PTFE, PI, PPS und andere technische Polymere ausgelegt. Wir bieten kostenlose Testmahlungen Ihres Materials an – Sie geben die Zielkorngrößen D50 und D97 an, und wir liefern Ihnen die Partikelgrößenverteilung, eine Kontaminationsanalyse sowie eine Empfehlung für die Prozessparameter. Für medizinische und Luftfahrt-Qualitäten können wir unter Stickstoffatmosphäre mit keramischen Kontaktflächen arbeiten und die vollständige Materialrückverfolgbarkeit dokumentieren. Senden Sie uns Ihr Material, die gewünschte Partikelgrößenverteilung und Ihre Anwendung – wir entwickeln die passende Konfiguration für Sie. Fordern Sie einen kostenlosen Probemahlvorgang an: www.jet-mills.com/contact Entdecken Sie unser Sortiment an Polymerstrahlmühlen: www.jet-mills.com |
Häufig gestellte Fragen
Welcher D50-Wert ist durch Strahlfräsen von PEEK erreichbar, und gibt es eine praktische Untergrenze?
Die praktische Untergrenze für das Strahlmahlen von PEEK unter Standardbedingungen liegt bei etwa D50 1–2 µm. Unterhalb dieser Größe neigt PEEK-Pulver zunehmend zur elektrostatischen Agglomeration in der Sichterzone – feine Polymerpartikel tragen Oberflächenladung und ziehen sich bei hoher spezifischer Oberfläche stärker an, als der Luftstrom im Sichter sie trennen kann. Einige Hersteller verwenden antistatische Zusätze oder eine Feuchtigkeitsregelung im Gasstrom, um die Korngröße unter 1 µm zu senken, was jedoch den Prozess verkompliziert. Für die meisten praktischen Anwendungen liegt der erreichbare Bereich bei D50 1,5–15 µm, wobei D97 typischerweise das 3–4-fache von D50 beträgt. Benötigt Ihre Anwendung gröberes PEEK-Pulver für das Lasersintern (D50 40–90 µm), ist Strahlmahlen für diesen Bereich nicht die richtige Technologie – kryogenes Mahlen oder Lösungs-Fällungs-Verfahren sind besser geeignet und kostengünstiger.
Verändert das Strahlmahlen das Molekulargewicht oder die Kristallinität von PEEK?
Bei korrekt kontrollierten Betriebsparametern tritt keine Veränderung auf – dies wird durch zwei Standardcharakterisierungstests bestätigt. Die DSC (Differenzkalorimetrie) misst den Schmelzpunkt und die Kristallinität des Pulvers: Bei thermischer Zersetzung während des Mahlvorgangs verschiebt oder verbreitert sich der Schmelzpeak, und die Kristallinität ändert sich. Die GPC (Gelpermeationschromatographie) misst die Molekulargewichtsverteilung: Kettenbrüche durch thermische oder mechanische Zersetzung äußern sich in einer Verschiebung zu niedrigeren Molekulargewichten. Strahlgemahlenes PEEK, hergestellt bei korrektem Mahldruck und korrekter Mahltemperatur, zeigt konsistent DSC- und GPC-Ergebnisse, die denen des ungemahlenen Referenzharzes entsprechen. Das Risiko einer Molekulargewichtsänderung ist real, wenn der Mahldruck zu hoch eingestellt ist (zu hohe Aufprallenergie) oder Feuchtigkeit in den Stickstoffkreislauf gelangt (hydrolytische Zersetzung der Esterbindungen in PEEK). Die Validierung mittels DSC an der ersten Produktionscharge ist Standardpraxis für Anwendungen im medizinischen Bereich.
Wann sollte ich beim Strahlfräsen von PEEK Stickstoff anstelle von Druckluft verwenden?
Stickstoff wird in zwei Anwendungsfällen benötigt. Erstens bei medizinischen Anwendungen und Implantaten: Selbst geringfügige Oxidation der PEEK-Oberfläche beim Schleifen kann die Biokompatibilität beeinträchtigen. Stickstoff verdrängt Sauerstoff vollständig aus der Schleifatmosphäre und verhindert so oxidative Veränderungen der Polymeroberflächenchemie. Zweitens bei allen Anwendungen, bei denen das PEEK-Pulver in einem sauerstoffempfindlichen Folgeprozess verwendet wird, wie z. B. bei bestimmten Verfahren zur Verbundwerkstoffkonsolidierung oder Oberflächenfunktionalisierung. Druckluft ist für Strukturverbundwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrt, tribologische Additive und allgemeine industrielle Anwendungen geeignet, bei denen eine geringe Oberflächenoxidation keine funktionellen Auswirkungen hat. Der Unterschied in den Betriebskosten zwischen Luft und Stickstoff ist für die kontinuierliche Produktion erheblich – Stickstoff muss entweder vor Ort erzeugt oder in großen Mengen bereitgestellt werden, und das geschlossene Stickstoffsystem verursacht zusätzliche Investitionskosten. Verwenden Sie Stickstoff nur dann, wenn Ihre Anwendungsspezifikation dies erfordert, nicht standardmäßig.
Wie unterscheidet sich die Partikelmorphologie von strahlgemahlenem PEEK von derjenigen von kryogenisch vermahlenem PEEK?
Kryogenes Mahlen versprödet PEEK, indem es vor dem Mahlvorgang mit flüssigem Stickstoff unter seine Glasübergangstemperatur abgekühlt wird. Bei kryogenen Temperaturen verlieren die amorphen Bereiche von PEEK ihre viskoelastischen Eigenschaften und werden spröde – das Material bricht eher wie Keramik. Kryogenes Mahlen von PEEK erzeugt typischerweise unregelmäßige, lamellare Partikel, da PEEK im spröden Zustand dazu neigt, entlang der Ebene seiner halbkristallinen Lamellen zu spalten. Strahlmahlen erzeugt eher gleichachsige, kantige Partikel, da der Bruch durch Hochgeschwindigkeitsaufprall und nicht durch Spaltung verursacht wird. Keines der beiden Verfahren erzeugt die sphärischen Partikel, die durch Lösungs-Fällungs-Verfahren erzielt werden können. Die Partikelmorphologie ist wichtig für Anwendungen, bei denen die Fließfähigkeit des Pulvers entscheidend ist – beispielsweise bevorzugt der SLS-3D-Druck eher abgerundete Partikel, da diese gleichmäßiger fließen und sich im Pulverbett gleichmäßiger verteilen. Für die Kompositimprägnierung und medizinische Anwendungen sind kantige Partikel aus dem Strahlmahlen akzeptabel und in einigen Fällen sogar bevorzugt, da die höhere Oberflächenrauheit die Haftung verbessert.
Können die Strahlmühlen von EPIC Powder Machinery neben PEEK auch andere Hochleistungspolymere verarbeiten?
Ja. Die Wirbelschicht-Strahlmühlen von EPIC Powder wurden bereits für PTFE, Polyimid (PI), PPS, PEKK, UHMWPE und diverse andere technische Polymere eingesetzt. Die Konfigurationsanpassungen für verschiedene Polymere betreffen hauptsächlich den Mahldruck (PTFE benötigt aufgrund seines deutlich anderen Bruchverhaltens einen niedrigeren Druck als PEEK), die Stickstoffatmosphäre (erforderlich für PTFE und UHMWPE, um Oxidation zu verhindern, wie auch bei medizinischem PEEK) und die Klassierergeschwindigkeit (variiert mit dem angestrebten D50-Wert und der Polymerdichte). UHMWPE profitiert aufgrund seines extrem niedrigen Erweichungspunktes mitunter von einer leichten Vorkühlung des Aufgabematerials vor der Strahlmühle. Wir bieten Testmahlungen für jede Polymersorte an, bevor wir die Anlagenspezifikation festlegen. Das Mahlverhalten von Polymeren variiert zwischen Sorten desselben Basismaterials stärker als bei Mineralien. Daher ist ein Test mit Ihrem spezifischen Harz die einzige zuverlässige Methode, die Produktionsparameter zu ermitteln.
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Vielen Dank fürs Lesen. Ich hoffe, mein Artikel war hilfreich. Hinterlassen Sie gerne einen Kommentar. Kontaktieren Sie EPIC Online-Kundendienstmitarbeiter von Powder Zelda „Für weitere Fragen.“
— Jason Wang, Ingenieur