PEBA - Der Wandlungskünstler

40 Jahre PEBA


Ob Sportartikel, Druckleitungen in LKWs, medizinisches Zubehör oder 3D gedruckte High-Tech-Elemente: Die Polyamid 12-Elastomere von Evonik haben über die vergangen vier Jahrzehnte immer wieder den Weg in neue anspruchsvolle Anwendungen gefunden, in denen eine einzigartige Balance der Materialeigenschaften gefordert wird. Immer wieder haben die Polymer-Designer des Spezialchemieunternehmens den thermoplastischen Hochleistungskunststoff weiterentwickelt und neu entdecken lassen. 


PEBA - Der Wandlungskünstler

Digitalisierung, Automatisierung oder Industrie 4.0 sind die aktuellen Schlagworte, mit denen sich die Wirtschaft massiv auseinandersetzt. In dieser Wortwolke wird oft der 3D-Druck als „Game Changer“ der industriellen Fertigung genannt. Werkzeuglose Herstellung von High-Tech-Bauteilen wird seit einigen Jahren verstärkt thematisiert. Auf dem 3D-Druck Markt, der sich vielversprechend entwickelt und mit aktuellen Wachstumsraten im zweistelligen Bereich wahrlich boomt, ist momentan viel Bewegung. Evonik beschäftigt sich mit additiven Fertigungstechnologien seit über 20 Jahren und ist heute weltweit führend in der Entwicklung und Herstellung von maßgeschneiderten Kunststoffpulvern für unterschiedliche 3D-Druck Technologien. Das Spezialchemieunternehmen hat ein weltweit erstes flexibles Kunststoffmaterial auf Basis von PEBA (Polyetherblockamid) zum Einsatz im 3D-Druck entwickelt. Das neue Hochleistungspulver überzeugt durch hohe Elastizität und Festigkeit und kann in unterschiedlichen pulverbasierten 3D-Druck Technologien eingesetzt werden.

„Flexible Kunststoffmaterialien erweitern die Möglichkeiten der additiven Fertigung maßgeblich, indem sie uns neue anspruchsvolle Anwendungen in attraktiven Märkten realisieren lassen“, sagt Fabian Stöver, Senior Produkt Manager Polymer von EOS, dem weltweiten Technologie- und Qualitätsführer für High-End-Lösungen im Bereich der additiven Fertigung aus Deutschland. „Die Materialienvielfalt ermöglicht uns zudem nicht nur individuelle Hightech-Funktionsbauteile herzustellen, sondern viel mehr ausgeklügelte 3D-Konzepte zu entwickeln, die auf die gesamte Materialpalette zurückgreifen.“  

Innovatives Material für individuelle Lösungen

3D-gedruckte Bauteile aus dem neuen PEBA-Pulver weisen eine hohe Flexibilität, sehr gute Chemikalien- und hohe Dauergebrauchsbeständigkeit über ein breites Temperaturfenster von -40°C bis 90 °C auf. Das Pulver eignet sich hervorragend für die Herstellung funktioneller 3D-Hightech-Kunststoffteile - für Prototypen als auch für Serienprodukte und kann in unterschiedlichen pulverbasierten 3D-Druck Technologien wie Selektives Lasersintern (SLS), Highspeed-Sintern (HSS) oder Binder Jetting eingesetzt werden – allesamt neue Fertigungstechnologien, die erst einige Jahre nach der Markteinführung von Polyamid 12-Elastomeren (PA 12-Elastomeren) erfunden werden sollten.   

PEBA-Pulver für 3D-Druck

Evonik hat als weltweit erstes Unternehmen ein flexibles Kunststoffmaterial auf Basis von PEBA (Polyetherblockamid) zum Einsatz im 3D-Druck entwickelt. Das neue Hochleistungspulver überzeugt durch hohe Elastizität und Festigkeit und kann in unterschiedlichen pulverbasierten 3D-Druck Technologien eingesetzt werden.

Evonik feiert 40 Jahre PEBA

Im Jahr 1979 hat Evonik von seinem weltweit größten Produktionsstandort im Chemiepark Marl aus das thermoplastische Elastomer Polyetherblockamid (PEBA) unter dem Markennamen VESTAMID® E zum ersten Mal auf den Markt gebracht. Dass vier Jahrzehnte später das Material in Pulverform für additive Fertigung eingesetzt würde, konnte damals kaum jemand erahnen. Damals wie heute überzeugte der Hochleistungskunststoff durch exzellente Kälteschlagzähigkeit, Chemikalienbeständigkeit, hohe Elastizität und gutes Rückstellverhalten. Es ließ sich leicht verarbeiten, einfärben oder überspritzen. Der thermoplastische Werkstoff bot von Anfang an eine einzigartige Balance der Eigenschaften, die eine designfreie Realisierung von anspruchsvollen Anwendungen ermöglichte. 

Leistung und Design sind essenzielle Attribute der Sportindustrie. Die PA 12-Elastomer-Formmassen von Evonik wurden schnell als das Material der Wahl etwa für Sportschuhsohlen, Ski- Touren- und Bergschuhe oder später als dekorative Schutzfolien für Skier und Snowboards erkannt.  

Ski-oder Bergschuhe aus PEBA sind bis heute leicht, wasserdicht und verschleißfest. In der Kälte behalten sie gute Flexibilität. Aufgrund der ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften kann man das Hochleistungsmaterial bei der Bestimmung der Wanddicke der Schuhe effizient einsetzen, wodurch sich die Herstellungskosten optimieren lassen.  

Auch Sportschuhe müssen hart im Nehmen sein, das heißt, der Hochleistungskunststoff muss höchsten mechanischen Beanspruchungen genügen - sowohl statischen als auch wechselnden. Die Schuhe müssen Leichtigkeit vermitteln: Das verleiht dem Sprinter Flügel, dem Weitspringer Rückenwind, dem Langläufer leichte Beine. Weiterhin müssen sie Umwelteinflüsse wegstecken. Sportliche Höchstleistungen werden sowohl bei extrem niedrigen Temperaturen von bis zu -40 °C abverlangt als auch bei extremer Hitze. Dabei müssen auch Temperatursprünge entsprechend berücksichtigt werden.

PEBA - Das Material der Wahl für die Sportindustrie

„Aufgrund seiner geringen Dichte ist das Material zudem extrem leicht: In einem 90-minütigen Fußballspiel bedeutet es etwa 100 Kilogramm weniger Gewicht, das ein Spieler in der Summe seiner Schritte tragen muss im Vergleich zu anderen Sohlenmaterialien. Dies spart Energie und erhöht die Ausdauer“, sagt Klaus Hülsmann, Kunststoffexperte im Marksegment Consumer Goods bei Evonik. „Da die mechanischen Eigenschaften von Polyamid 12-Elastomeren praktisch temperaturunempfindlich sind, eignen sie sich sowohl für Marathonläufe in australischen Sommern als auch für Wintersportarten.“

Schneller, höher, weiter mit dem richtigen Material

Diese Eigenschaften können mit den VESTAMID® E-Polyamid 12-Elastomeren erreicht werden. Als Blockcopolymere aus harten Polyamid 12-Segmenten und weichen Polyether-Segmenten verbinden sie Stabilität mit Flexibilität. Die Polyamid 12-Segmente gewährleisten Dimensionsstabilität, Schlagfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit auch bei kaltem Wetter sowie eine hohe Chemikalienbeständigkeit. Die Polyether-Segmente sorgen für eine gute elastische Erholung, so dass Schuhsohlen den Aufprall gut absorbieren und die Gelenke schützen. Dieses Basismaterial wird in Zusammenarbeit mit Kunststoffverarbeitern, Sportartikelherstellern und Sportlern an die individuellen Anforderungen des einzelnen Sports maßgeschneidert, etwa bei Modifikationen von hart bis weich. Die spezifische Härte wird dabei nicht, wie bei herkömmlichen Kunstoffen, durch Weichmacher sondern durch die Einstellung zwischen den Anteilen an Ether- und Polyamid-Gruppen individuell eingestellt. Dies erklärt, warum Fußballspieler, Basketballspieler, Baseballspieler, Rugbyspieler, Golfer, Sprinter, Radfahrer und Wintersportler PEBA unter den Füßen zu schätzen wissen. Darüber hinaus fordern Hersteller einheitliche Verarbeitungseigenschaften und vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten.

Zeitgleich mit den ersten Anwendungsfeldern in der Sportindustrie fand der thermoplastische Werkstoff Einsatz in der Automobilindustrie als Material für Druckschläuche im Innenrohr wie im Mantel. Sehr gute Schlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen und im trockenen sowie feuchten Zustand zeichnen PA 12-Elastomere bis heute besonders aus.

Neue PA 12-Elastomere für die Medizintechnik

Flexible Kunststoffe, die zudem hohen Qualitätsstandards entsprechen, werden heutzutage unter anderem im anspruchsvollen Medizintechnikbereich eingesetzt. Experten von Evonik haben im Laufe der Jahre flexible Polyamid 12-Elastomere mit einer breiten Auswahl an Härtegraden für die Anwendung in der Medizintechnik entwickelt und optimiert und unter dem Produktnamen VESTAMID® Care ME erfolgreich auf den Markt gebracht. 

Die Auswahl des richtigen Materials ist in der Medizintechnik entscheidend: Die Materialien müssen höchsten Qualitätsansprüchen genügen, beständig gegen aggressive Chemikalien und Pharmazeutika sein und auch nach einer Sterilisation hohen Anforderungen zum Beispiel an die mechanischen Eigenschaften genügen. Nicht zuletzt müssen sich Hochleistungsmaterialien für den medizinischen Einsatz ausgezeichnet verarbeiten lassen, um etwa filigrane Geometrien für minimal invasive Geräte oder passgenaue Verbindungselemente zu ermöglichen.

Aufgrund der hohen Flexibilität und der guten Verarbeitbarkeit werden VESTAMID® Care ME-Typen seit Jahren in verschiedenen Teilen von Kanülen eingesetzt – vom flexiblen Distalende mit niedrigem Modul, um ein nicht-traumatisches Einsetzen zu ermöglichen, bis zum proximalen Ende, wo ein hoher Modul zur Übertragung von Kraft und Drehmoment notwendig ist.

Die VESTAMID® Care ME Kunststofftypen wurden zur Care ME-B Reihe zur Verbesserung und Vereinfachung des Herstellungsprozess von mehrschichtigen Kanülen aus EFEP und PEBA weiterentwickelt. Diese Kanülen profitieren von der Flexibilität und mechanischen Belastbarkeit des PEBA kombiniert mit den guten Gleiteigenschaften des EFEP. Auch die Polyetherblockamide der VESTAMID® Care ME-B Reihe decken einen breiten Bereich von Flexibilität und Härte ab. Sie wurden speziell entwickelt, um gut an Neoflon® EFEP RP-5000 von Daikin zu haften, ohne dass hierbei Kleber oder andere Kompatibilisatoren eingesetzt werden müssen. Die chemische Natur beider Materialien führt bei der Coextrusion zur Bildung kovalenter Bindungen an der Grenzschicht zwischen VESTAMID® Care ME-B und Neoflon® EFEP.

Die Kombination von modifiziertem PEBA und EFEP bietet mehr Gestaltungsfreiheit bei unbeeinträchtigter Biokompatibilität, da keine Klebschichten oder andere niedermolekularen Additive eingesetzt werden müssen.

Breite Produktpalette verleiht zum Querdenken  

Mit innovativen PEBA-Formassen sowie Care-Typen für den medizinischen Bereich verfügt Evonik über ein breites Produktportfolio an Polyamid 12-Elastomeren. Damit lassen sich nicht nur neue Kundenprojekte schneller realisieren; die Kunststoffexperten können vielmehr quer über die einzelnen Märkte maßgeschneiderte Lösungen anbieten. Auf dieser Basis fand ein VESTAMID® Care ME Typ den Einsatz in der optischen Industrie. Am Beispiel einer leichten, bunten und absolut sicheren Kinderbrille zeigt Evonik seine Fachkompetenz in Polymer-Design.

Kontakt

Janusz Berger

PEBA - Der Wandlungskünstler

VESTAMID® Care ME 62 war das Material der Wahl für die Bügelelemente. Der Hochleistungskunststoff ist hart genug, damit die Brille gut sitzt; zugleich fühlt er sich auf der Haut angenehm an. Das Material ermöglicht eine metallfreie Verbindung von Brillenrahmen und Brillenbügel sowie kindergerechte Bügel-Designs, die in Handumdrehen ausgewechselt werden können. 

Eine ausgeklügelte Materialkombination vereint grenzenlose Designfreiheit mit Kompromisslosigkeit in puncto Sicherheit und Gesundheit. Der Innenrahmen und die Nasenpads der Kinderbrille wurden aus VESTAMID® Care ME 26 konzipiert, einem Polyetherblockamid, das durch sein geringes Gewicht und seine besonders sanfte Haptik für maximalen Tragekomfort sorgt. „Bei der Materialauswahl sind wir auf einen medizinischen Produkttyp ausgewichen, denn wir wollten mit der Innenseite des Brillenrahmens zusätzlich eine Anti-Verletzungs- und Anti-Rutsch-Funktion realisieren, die gerade bei Kinderbrillen sehr wichtig sind. Darüber hinaus schließt der Einsatz eines medizinisch zugelassenen Produkttypes Hautirritationen bzw. andere allergische Reaktion sensibler Kinderhaut aus“, sagt Eric Chen, General Manager des chinesischen Brillenherstellers Hwa Mao Optical (Xiamen).

VESTAMID® Care ME 62 war das Material der Wahl für die Bügelelemente. Der Hochleistungskunststoff ist hart genug, damit die Brille gut sitzt; zugleich fühlt er sich auf der Haut angenehm an. Das Material ermöglicht eine metallfreie Verbindung von Brillenrahmen und Brillenbügel sowie kindergerechte Bügel-Designs, die in Handumdrehen ausgewechselt werden können. 

Neue Kundenideen und der stets wachsende Anspruch – insbesondere aus dem Konsumgüter Bereich – noch kreativere Anwendungen mit maximaler Materialleistung realisieren zu wollen, spornten Evonik an, die Produktpalette an PEBA-Produkten kontinuierlich zu erweitern. Derzeit arbeitet das Expertenteam für Hochleistungskunststoffe an einer neuen Elastomer-Klasse, die nahezu grenzenlose Designfreiheit bei stets exzellenten mechanischen Eigenschaften aufweisen wird.  

Seit 40 Jahren entwickelt Evonik maßgeschneiderte Polyamid 12-Elastomere für anspruchsvolle Anwendungen. Das Produkt erfindet sich immer wieder neu, sei es über neue Lieferformen, sei es über einen Quereinstieg in neue Märkte – sogar ein Intermezzo Mitte der 80er Jahre für geräuscharme Zahnräder für Kassettenrekorder. PEBA ist der wahre Wandlungskünstler unter den thermoplastischen Werkstoffen. Mit jahrzehntelanger Erfahrung in Polymer-Design und unzähligen erfolgreichen Kundenprojekten forschen die Experten von Evonik weiter, um die Eigenschaftenkombination des flexiblen Hochleistungskunststoffs stets zu erweitern und die Grenzen des Machbaren neu zu definieren.