PPS CF

PPS CF (kohlenstofffaserverstärktes Polyphenylensulfid) ist ein Hochleistungsthermoplast, der für technische und industrielle Anwendungen entwickelt wurde, die hohe thermische Stabilität, Steifigkeit und mechanische Festigkeit erfordern. Die Kohlenstofffasern verleihen dem Material ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und minimieren gleichzeitig Verzug und Schrumpfung während des Drucks.

Dank seiner teilkristallinen Struktur und der chemischen Stabilität von PPS bietet dieser Verbundstoff zuverlässige Leistung auch unter extremen Einsatzbedingungen, in denen viele andere Polymere versagen.

Beim 3D-Druck (FDM) stellt PPS CF eine Premium-Wahl für funktionale Teile dar, die hohen Temperaturen oder mechanischer Belastung ausgesetzt sind. Wie jedes technische Material weist es jedoch spezifische Vor- und Nachteile auf, die bei der Konstruktion berücksichtigt werden sollten.

Vorteile von PPS CF

Die größte Stärke von PPS CF liegt in seiner hervorragenden thermischen Stabilität: Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) erreicht 250 °C bei 0,45 MPa und bis zu 255 °C nach der Wärmebehandlung. Selbst bei höheren Belastungen (1,8 MPa) bleibt die HDT bei 125–150 °C – deutlich über dem Niveau herkömmlicher technischer Polymere. Dadurch kann PPS CF dauerhaft bei hohen Temperaturen betrieben werden, ohne an Steifigkeit zu verlieren oder sich zu verformen.

Mechanisch bietet das Material eine Biegefestigkeit von 138 MPa, einen Biegemodul von 6000 MPa und eine Zugfestigkeit von 74 MPa. Zusammen mit einer geringen Dichte von nur 1,34 g/cm³ ergibt sich ein extrem steifes und leichtes Material, ideal für hochbelastbare Strukturkomponenten.

Die Kohlenstofffaserverstärkung reduziert zudem den Verzug und verbessert die Maßhaltigkeit, was eine präzise Fertigung auch bei komplexen Geometrien ermöglicht. Außerdem ist PPS CF chemisch beständig, von Natur aus flammhemmend (UL94 HB) und erfüllt die REACH- und RoHS-Richtlinien – ideal für anspruchsvolle industrielle Anwendungen.

Nachteile

Wie bei vielen Hochleistungsmaterialien werden die Vorteile des PPS CF durch einige Einschränkungen ausgeglichen. Die Schlagzähigkeit ist moderat (Kerbschlagzähigkeit nach Izod etwa 5,5 kJ/m²), was es spröder macht als Polymere wie PA oder PC, insbesondere bei dünnwandigen Teilen oder in Bereichen mit Spannungskonzentrationen.

Zudem ist PPS CF nur UL94 HB klassifiziert, nicht V-0, und daher nicht für Anwendungen geeignet, die hohe Anforderungen an die Selbstverlöschung oder elektrische Sicherheitszertifizierungen stellen.

In der Verarbeitung erfordert das Material hohe Extrusionstemperaturen (290–315 °C), eine beheizte Druckplatte (80–90 °C) und ein Vortrocknen bei 120–130 °C für 3–4 Stunden, um Feuchtigkeitsfehler zu vermeiden. Es wird daher der Einsatz professioneller Hochtemperaturdrucker empfohlen. Schließlich ist es nicht lebensmittelecht, was seine Verwendung im Medizin- oder Lebensmittelbereich einschränkt.

Anwendungen

PPS CF wird bevorzugt für strukturierte und funktionale Bauteile eingesetzt, die extremen thermischen Bedingungen ausgesetzt sind – etwa in industriellen Maschinen, Motorhalterungen, Sensorgehäusen in heißen Zonen oder Werkzeugteilen, die mechanischem und thermischem Stress unterliegen.

Dank seiner Maßhaltigkeit und Steifigkeit eignet es sich hervorragend für Vorrichtungen, Montagehilfen und Spannsysteme, die auch nach wiederholten Temperaturzyklen präzise bleiben müssen.

Darüber hinaus wird es in elektrischen und elektronischen Anwendungen geschätzt, wo die Kombination aus Steifigkeit, chemischer Resistenz und Maßstabilität eine hohe Langzeitzuverlässigkeit gewährleistet. In aggressiven oder chemisch aktiven Industrieumgebungen bietet die PPS-Matrix hervorragende Beständigkeit gegen Lösungsmittel, Öle und Kohlenwasserstoffe und garantiert eine lange Lebensdauer selbst unter korrosiven Bedingungen.

Vergleich mit anderen FDM-Materialien

Im Vergleich zu anderen technischen Materialien für den FDM-Druck liegt PPS CF im Mittelfeld zwischen modernen technischen Polymeren und Superpolymeren und bietet einen hervorragenden Kompromiss zwischen Leistung und Verarbeitbarkeit.

• PA-CF (Nylon mit Kohlenstofffasern): PPS CF übertrifft PA-CF deutlich in Bezug auf thermische Stabilität und Verformungsresistenz. Nylon ist zwar zäher und leichter zu drucken, aber stark feuchtigkeitsempfindlich und hat eine über 100 °C niedrigere HDT. In heißen oder feuchten Umgebungen bleibt PPS CF wesentlich formstabiler.

• PC oder PC-CF: Verstärkte Polycarbonate bieten gute Zähigkeit und eine mittlere Hitzebeständigkeit (bis 120–140 °C), erreichen jedoch nicht das thermische Leistungsniveau von PPS CF. Außerdem ist PPS CF chemisch stabiler und weniger anfällig für langfristige thermische Verformung.

• PEEK oder PEEK-CF: Diese Superpolymere bieten die höchsten mechanischen und thermischen Eigenschaften (HDT > 300 °C), sind aber deutlich teurer und schwerer zu verarbeiten. PPS CF ist eine kostengünstigere und zugänglichere Alternative, die viele industrielle Anforderungen erfüllt, ohne die Komplexität von PAEK-Materialien.

• Verstärktes ABS oder PETG: PPS CF bietet einen erheblichen Qualitätssprung in Steifigkeit, HDT und chemischer Beständigkeit. ABS und PETG bleiben jedoch geeigneter für nicht-strukturelle Teile, Prototypen oder kostensensitive Anwendungen.

Zusammengefasst positioniert sich PPS CF zwischen konventionellen technischen Kunststoffen und Superpolymeren und bietet ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Leistung und Verarbeitbarkeit auf industriellen FDM-Druckern

Fazit

PPS CF ist ein Hochleistungsmaterial für technische und funktionale Anwendungen, das Steifigkeit und Maßhaltigkeit auch bei sehr hohen Temperaturen beibehält. Die Kombination aus hohem Elastizitätsmodul, geringer Dichte und chemischer Resistenz macht es zu einer ausgezeichneten Wahl für mechanische, strukturelle und industrielle Bauteile.

Obwohl es anspruchsvolle Druckbedingungen erfordert und hinsichtlich Schlagzähigkeit und Umweltkompatibilität berücksichtigt werden muss, bleibt PPS CF ein Referenzpolymer für Hochtemperaturanwendungen. Es bietet eine wirtschaftlichere und zugänglichere Alternative zu PEEK, ist jedoch deutlich robuster und stabiler als faserverstärkte Polyamide oder Polycarbonate.

Kurz gesagt: PPS CF ist die ideale Wahl für alle, die leichte, steife und maßstabile Bauteile benötigen, die in thermisch und mechanisch anspruchsvollen Umgebungen langfristig zuverlässig funktionieren.