PPS-GF40 im Spritzguss und als Filament: chemische Beständigkeit, Dauertemperatur bis 240°C, Automotive und Chemie-Anwendungen. Verarbeitung und Materialdaten.
Polyphenylensulfid (PPS) ist in vielen Entwicklungsabteilungen wenig bekannt — zu Unrecht. Als eines der wenigen Thermoplaste, die dauerhaft bei über 200°C und in aggressiven Chemikalien-Umgebungen eingesetzt werden können, hat PPS in seinen Anwendungsbereichen kaum Konkurrenz. Dieser Artikel beleuchtet das Material von der Struktur bis zur Verarbeitungspraxis.
Was ist PPS?
PPS (Polyphenylensulfid) ist ein teilkristalliner, hochtemperaturbeständiger Thermoplaxt. Seine Molekülkette besteht aus Phenylringen, die über Schwefelatome verknüpft sind — diese Struktur verleiht ihm seine charakteristischen Eigenschaften.
Wichtigste Handelsname: Ryton (Solvay), Fortron (Celanese), Torelina (Toray).
PPS wird fast ausschliesslich verstärkt eingesetzt — entweder glasfaserverstärkt (GF) oder kohlefaserverstärkt (CF). Unverstärktes PPS ist spröde und kaum praxistauglich.
Eigenschaften von PPS-GF40
Glasfaserverstärktes PPS (typisch 40% GF) ist das Standardmaterial für industrielle PPS-Anwendungen:
| Eigenschaft | PPS-GF40 | Vergleich PA66-GF30 |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 180–200 MPa | 160–180 MPa |
| E-Modul | 14–16 GPa | 9–12 GPa |
| Schlagzähigkeit (Charpy) | 35–45 kJ/m² | 50–70 kJ/m² |
| HDT (1.8 MPa) | 255–265°C | 240–260°C |
| Dauergebrauchstemp. | 220–240°C | 120–150°C |
| Dichte | 1.65 g/cm³ | 1.38 g/cm³ |
| Schwindung | 0.2–0.4% | 0.4–0.7% |
| Brennbarkeit | UL94 V-0 | UL94 V-2 bis V-0 |
| Wasseraufnahme (23°C, ges.) | unter 0.05% | ~3.0% |
Der entscheidende Vorteil von PPS gegenüber PA66-GF: Die Dauergebrauchstemperatur ist fast doppelt so hoch, und PPS nimmt praktisch kein Wasser auf — seine Eigenschaften sind bei Feuchtigkeit stabil.
Chemische Beständigkeit: Wo PPS dominiert
PPS ist gegenüber praktisch allen organischen Lösungsmitteln, Säuren und Basen beständig:
- Aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe: sehr gut
- Ketone (Aceton, MEK): gut bis sehr gut
- Konzentrierte Schwefelsäure: gut
- Natriumhydroxid (stark verdünnt): gut
- Chlor-haltige Lösungsmittel: gut
Ausnahmen: Konzentrierte Oxidationsmittel (Salpetersäure), starke Basen bei Hochtemperatur.
Diese Beständigkeit in Kombination mit der Hochtemperaturstabilität macht PPS zur ersten Wahl für Chemiepumpen, Ventile und Armaturen.
Verarbeitung im Spritzguss: Was zu beachten ist
PPS ist kein einfaches Material zu verarbeiten. Die Besonderheiten:
Werkzeug- und Verarbeitungstemperatur
- Schmelzetemperatur: 300–345°C
- Werkzeugtemperatur: 120–160°C (Hochtemperatur-Werkzeugtemperierung notwendig)
- Vortrocknung: 120°C für 4–6 Stunden (Taupunkt unter -20°C empfohlen)
Die hohe Werkzeugtemperatur ist entscheidend für die Kristallisation. Zu kalte Werkzeuge ergeben teilweise amorphes PPS mit schlechten mechanischen Eigenschaften und hoher Neigung zu Nachschwindung.
Schwindung und Verzug
PPS-GF40 hat eine Schwindung von 0.2–0.4% — gering für einen teilkristallinen Kunststoff. Die Glasfaser reduziert Schwindung und Anisotropie erheblich. Trotzdem: Die Werkzeugtemperatur muss sorgfältig gleichmässig sein, sonst entsteht Verzug durch Kristallisations-Gradienten.
Maschinenmaterialien
PPS ist abrasiv (Glasfaser) und aggressiv (korrosiv bei höheren Temperaturen). Empfohlen:
- Bimetall-Zylinder
- Gehärtete Schnecke
- Nitrierter oder gehärteter Werkzeugstahl (H13, 1.2344)
Flash-Neigung
PPS hat eine niedrige Schmelzeviskosität — es neigt zur Gratbildung. Trennebenen und Auswerferspalte müssen enger sein als bei PA oder ABS.
Anwendungen
Automotive Under-Hood
Das grösste Anwendungsfeld: Komponenten unter der Motorhaube, wo Temperaturen >150°C und Kontakt mit Motoröl, Kühlmittel und Kraftstoff herrschen.
- Thermostatgehäuse
- Getriebeventilplatten
- Lufteinlasskomponenten
- Drosselklappengehäuse
- Wasserpumpen-Teile
Elektrisch/Elektronisch
PPS UL94 V-0 ohne Flammschutzadditiv, sehr gute elektrische Isolierung:
- Steckverbinder für Hochtemperaturanwendungen
- SMD-Bauteile (hält Löttemperaturen aus)
- Relaisgehäuse
Chemieindustrie und Pumpen
Chemikalienbeständigkeit und Hochtemperatur:
- Pumpenkörper und -räder
- Rohrleitungsarmaturen
- Chemikalienbehälter-Komponenten
Medizintechnik
Sterilisierbar (Autoklav, EO, Gamma-Strahlung), biokompatibel nach ISO 10993:
- Chirurgische Instrumente
- Gehäuse für Diagnosegeräte
- Endoskopie-Teile
PPS als Filament (SwissInjection PPS 40GF)
Wir bieten PPS mit 40% Glasfaser auch als Filament an (SI-PPS40GF-175-1KG, CHF 125.–/kg).
Druckparameter:
- Drucktemperatur: 320–360°C
- Betttemperatur: 140–160°C
- Kammertemperatur: 80°C (Pflicht)
- Trocknung: 120°C für 24 Stunden
- Drucker: technische FDM-Systeme geschlossenes FDM-System mit Hochtemperatur-Kit oder vergleichbarer Hochtemperaturdrucker
Hinweis: PPS-Filament erfordert eine Stahl-Nozzle (abrasiv) und einen Drucker, der dauerhaft 350°C Drucktemperatur und 80°C Kammer halten kann. technische FDM-Systeme geschlossenes FDM-System mit Hochtemperatur-Nozzle ist ein bewährter Weg.
Das Filament eignet sich für Prototypen, Fixtures und Funktionsteile, die in den gleichen Temperaturbereichen wie das Serienprodukt getestet werden sollen.
Wann PPS, wann PEEK?
Diese Frage kommt oft: PPS oder PEEK?
PPS wählen, wenn:
- Dauertemperatur bis ~220°C ausreicht
- Chemikalienbeständigkeit Priorität hat
- Kosten relevant sind (PPS 8–15 CHF/kg vs. PEEK 80–200 CHF/kg)
PEEK wählen, wenn:
- Dauertemperatur >220°C notwendig
- Implantierbarkeit oder höchste Biokompatibilität gefordert
- Hervorragende Ermüdungsfestigkeit gefordert (dynamisch belastete Teile)
- Zulassungen für Medizinimplantate benötigt
In vielen Anwendungen, für die Ingenieure intuitiv PEEK wählen würden, ist PPS-GF40 ausreichend — und deutlich günstiger.
Fazit
PPS mit Glasfaserverstärkung ist ein unterschätztes Material. Für Anwendungen zwischen ~120°C (wo PA66-GF endet) und ~260°C (wo PPS endet) gibt es kaum Alternativen bei vergleichbarem Preis-Leistungs-Verhältnis.
Haben Sie Fragen zur Verarbeitung oder zur Eignung von PPS für Ihre Anwendung? [Kontaktieren Sie uns.](/kontakt)