PES Kunststoff – Polyethersulfon für temperaturbeständige Bauteile

PES Kunststoff, auch Polyethersulfon oder nach ISO-Kurzzeichen PESU genannt, ist ein amorpher thermoplastischer Hochleistungskunststoff. Der Werkstoff verbindet eine hohe Temperaturbeständigkeit mit guter mechanischer Festigkeit, ausgeprägter Hydrolysebeständigkeit und stabilen elektrischen Eigenschaften.

Polyethersulfon wird daher für Bauteile eingesetzt, die dauerhaft Wärme, Heißwasser, Dampf oder wechselnden thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Typische Einsatzgebiete finden sich in der Medizintechnik, Lebensmittelindustrie, Elektroindustrie, Filtration sowie im Maschinen- und Anlagenbau.

Martan Plastics liefert PES als Halbzeug, Zuschnitt oder nach Zeichnung bearbeitetes Bauteil. Die geeignete Werkstoffqualität wird anhand der Temperatur, mechanischen Belastung, eingesetzten Medien und erforderlichen Zulassungen ausgewählt.

Was ist PES Kunststoff?

PES steht für Polyethersulfon. Die normgerechte Kurzbezeichnung nach ISO 1043 lautet PESU. In der industriellen Praxis wird der Werkstoff jedoch weiterhin häufig als PES bezeichnet.

Polyethersulfon gehört zur Familie der Polysulfone und zählt zu den Hochleistungskunststoffen. Das Material besitzt eine amorphe Molekülstruktur und ist in unverstärkter Form transparent bis bernsteinfarben. Anders als teilkristalline Kunststoffe weist PES keinen definierten Schmelzpunkt auf. Bei steigender Temperatur wird das Material allmählich weich.

Die Glasübergangstemperatur liegt je nach Werkstofftype bei ungefähr 220 bis 225 °C. Für viele unverstärkte Qualitäten wird eine langfristige Gebrauchstemperatur von etwa 180 °C angegeben. Die tatsächlich zulässige Einsatztemperatur hängt jedoch von der Belastungsdauer, der Bauteilgeometrie, den mechanischen Kräften und dem Kontaktmedium ab.

Die wichtigsten Eigenschaften von PES

PES wird nicht nur wegen seiner hohen Temperaturbeständigkeit gewählt. Entscheidend ist die Kombination mehrerer Eigenschaften, die auch unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen erhalten bleiben.

• hohe Dauergebrauchstemperatur
• gute Festigkeit und Steifigkeit
• geringe Kriechneigung bei erhöhter Temperatur
• gute Maß- und Dimensionsstabilität
• sehr gute Beständigkeit gegen Heißwasser und Wasserdampf
• wiederholte Sterilisierbarkeit geeigneter Qualitäten
• gute elektrische Isolationseigenschaften
• natürliche Schwerentflammbarkeit
• geringe Rauchentwicklung im Brandfall
• Transparenz bei unverstärkten Werkstofftypen

Temperaturbeständigkeit

Polyethersulfon gehört zu den thermisch besonders belastbaren amorphen Kunststoffen. Unverstärkte Standardqualitäten können je nach Hersteller und Einsatzbedingungen langfristig bei Temperaturen bis ungefähr 180 °C verwendet werden. Kurzzeitig sind höhere Temperaturen möglich.

Die Wärmeformbeständigkeit liegt deutlich über der von Standardkunststoffen wie PP, PA oder ABS. Dadurch bleibt PES auch in beheizten Baugruppen, elektrischen Systemen sowie bei wiederkehrenden Reinigungs- und Sterilisationsprozessen vergleichsweise formstabil.

Eine Temperaturangabe allein reicht für die Werkstoffauswahl jedoch nicht aus. Bei einer dauerhaften mechanischen Belastung, aggressiven Medien oder häufigen Temperaturwechseln kann die zulässige Einsatztemperatur niedriger liegen. Für die Bauteilauslegung sind daher immer das technische Datenblatt der konkreten PES-Qualität und die tatsächlichen Betriebsbedingungen maßgeblich.

Mechanische Festigkeit und Kriechbeständigkeit

PES besitzt eine hohe Steifigkeit und Festigkeit. Diese Eigenschaften bleiben über einen breiten Temperaturbereich erhalten. Der Werkstoff zeigt zudem eine geringe Kriechneigung, weshalb er sich für Bauteile eignet, die über einen längeren Zeitraum unter Druck oder mechanischer Vorspannung stehen.

Bei der Konstruktion müssen dennoch Kerben, scharfe Übergänge und hohe innere Spannungen vermieden werden. Wie bei anderen amorphen Thermoplasten können ungünstige Bauteilgeometrien oder bestimmte Chemikalien in Verbindung mit mechanischen Spannungen zu Spannungsrissen führen.

Maßhaltigkeit und Wärmeausdehnung

Polyethersulfon besitzt eine gute Dimensionsstabilität und eine vergleichsweise geringe Formschwindung. Dadurch eignet sich der Werkstoff für präzise Gehäuse, Isolatoren, Halterungen, Funktionsteile und Komponenten mit engen Toleranzen.

Die Wärmeausdehnung ist jedoch weiterhin höher als bei metallischen Werkstoffen. Bei Metall-Kunststoff-Verbindungen, Passungen und verschraubten Bauteilen muss deshalb ausreichend Bewegungsraum eingeplant werden. Glasfaserverstärkte PES-Qualitäten können eine höhere Steifigkeit und eine geringere Wärmeausdehnung bieten, zeigen aber ein anderes Bearbeitungs- und Verschleißverhalten.

Hydrolysebeständigkeit und Dampfsterilisation

Eine der wichtigsten Eigenschaften von PES ist seine hohe Beständigkeit gegenüber Heißwasser und Wasserdampf. Der Werkstoff kann für Bauteile verwendet werden, die wiederholt gereinigt, desinfiziert oder mit Dampf sterilisiert werden.

Diese Eigenschaft macht PES besonders interessant für Anwendungen in der Medizintechnik, Labortechnik, Lebensmittelverarbeitung und Filtration. Ob eine konkrete Qualität für wiederholte Autoklavierzyklen geeignet ist, muss anhand des Herstellerdatenblatts und der geforderten Sterilisationsbedingungen geprüft werden.

Elektrische Eigenschaften

PES besitzt gute elektrische Isolationseigenschaften, die über einen breiten Temperatur- und Frequenzbereich vergleichsweise stabil bleiben. Dazu gehören ein hoher spezifischer Widerstand, eine gute Durchschlagsfestigkeit und günstige dielektrische Eigenschaften.

Der Werkstoff wird deshalb in der Elektroindustrie unter anderem für Isolatoren, Spulenkörper, Steckverbinder, Schalterkomponenten, Relaisbauteile und temperaturbelastete Gehäuse eingesetzt.

Brandverhalten

Polyethersulfon ist von Natur aus schwer entflammbar und benötigt bei vielen Qualitäten keine zusätzlichen halogenhaltigen Flammschutzmittel. Je nach Werkstofftype und Materialstärke können hohe Einstufungen nach UL 94 erreicht werden.

Zusätzlich entwickelt PES im Brandfall vergleichsweise wenig Rauch. Das ist insbesondere für Bauteile in elektrischen Anlagen, Verkehrssystemen und der Luftfahrt relevant. Die konkrete Brandschutzklassifizierung muss jedoch immer für die ausgewählte Materialqualität und Bauteildicke nachgewiesen werden.

Transparenz und Eigenfarbe

Unverstärktes PES ist transparent und besitzt typischerweise eine leicht bernsteinfarbene Eigenfarbe. Es eignet sich daher für Bauteile, bei denen eine optische Kontrolle des Mediums oder eines Prozesses erforderlich ist.

Für vollkommen farbneutrale oder hochtransparente Anwendungen ist zu prüfen, ob die Eigenfarbe des Werkstoffs akzeptabel ist. Weitere transparente Werkstoffe und ihre Unterschiede werden im Beitrag über transparente technische Kunststoffe gegenübergestellt.

Chemische Beständigkeit von Polyethersulfon

PES besitzt eine gute Beständigkeit gegenüber vielen wässrigen Medien, verdünnten Säuren, Laugen, Salzlösungen, Ölen und Fetten. Besonders vorteilhaft ist die Stabilität bei Heißwasser und Dampf.

Gegenüber bestimmten organischen Lösungsmitteln ist der Werkstoff dagegen nur eingeschränkt beständig. Vor allem Ketone, Ester sowie einige aromatische oder polare Lösungsmittel können PES quellen, Spannungsrisse verursachen oder lösen.

Die chemische Beständigkeit hängt nicht nur vom Medium ab. Auch folgende Faktoren müssen berücksichtigt werden:

• Konzentration des Mediums
• Betriebstemperatur
• Dauer des Kontakts
• mechanische Spannung im Bauteil
• Reinigungs- und Sterilisationszyklen
• konkrete PES-Rezeptur

Bei sicherheitsrelevanten Anwendungen sollte die Beständigkeit unter realen Betriebsbedingungen geprüft werden. Allgemeine Beständigkeitstabellen können eine Vorauswahl unterstützen, ersetzen aber keinen anwendungsspezifischen Versuch.

Technische Kennwerte von PES Kunststoff

Die folgenden Angaben dienen der ersten Orientierung. Die Werte können abhängig von Hersteller, Werkstofftype, Verstärkung, Prüfverfahren und Konditionierung abweichen.

Eigenschaft	Typischer Richtwert
Dichte	ca. 1,37 g/cm³
Zugfestigkeit	ca. 80 bis 100 MPa
Elastizitätsmodul	ca. 2.500 bis 2.700 MPa
Glasübergangstemperatur	ca. 220 bis 225 °C
Langfristige Gebrauchstemperatur	häufig bis ca. 180 °C
Wasseraufnahme nach 24 Stunden	ca. 0,3 bis 0,5 %
Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient	ca. 50 bis 60 × 10−6 K−1
Wärmeleitfähigkeit	ca. 0,2 bis 0,3 W/(m·K)
Farbe unverstärkter Qualitäten	transparent bis bernsteinfarben

Für die Konstruktion und Freigabe eines Bauteils dürfen ausschließlich die Werte des konkreten Werkstoffdatenblatts verwendet werden.

Typische Anwendungen von PES Kunststoff

Polyethersulfon wird für Bauteile verwendet, bei denen hohe Temperaturen, mechanische Belastungen und der Kontakt mit Wasser, Dampf oder Chemikalien zusammentreffen.

Medizintechnik und Labortechnik

In der Medizintechnik wird PES für sterilisierbare Gehäuse, Instrumentenkomponenten, Filter, Membranen und Bauteile von Analysegeräten eingesetzt. Geeignete Qualitäten vertragen wiederholte Dampfsterilisation und bieten eine gute Dimensionsstabilität.

Für medizinische Anwendungen müssen die erforderlichen biologischen, regulatorischen und sterilisationstechnischen Nachweise stets für die konkrete Werkstoffqualität vorliegen. Die grundsätzliche Zugehörigkeit zur Werkstoffgruppe PES stellt noch keine medizinische Zulassung dar.

Filtration und Membrantechnik

PES ist ein wichtiger Werkstoff für Mikrofiltrations- und Ultrafiltrationsmembranen. Das Material wird unter anderem für Wasseraufbereitung, Laborfiltration, pharmazeutische Prozesse, medizinische Filter und Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung genutzt.

Neben Membranen können auch Filterträger, Gehäuse, Halterungen und weitere medienführende Komponenten aus PES gefertigt werden. Für Bauteile in der Trink- und Prozesswassertechnik sind die Anforderungen der jeweiligen Anwendung und die erforderlichen Zulassungen gesondert zu prüfen.

Lebensmittel- und Getränkeindustrie

In der Lebensmittelindustrie eignet sich PES für temperaturbelastete Komponenten, Filterteile, Gehäuse und Bauteile, die regelmäßig mit Heißwasser oder Dampf gereinigt werden.

Nicht jede PES-Qualität ist automatisch für den Lebensmittelkontakt freigegeben. Erforderlich ist eine werkstoff- und anwendungsbezogene Konformitätserklärung. Dabei können unter anderem die Verordnung (EU) Nr. 10/2011, nationale Vorschriften sowie Anforderungen der US-amerikanischen FDA relevant sein.

Elektrotechnik und Elektronik

Aufgrund seiner thermischen Stabilität, Flammwidrigkeit und elektrischen Isolation wird PES unter anderem für Steckverbinder, Spulenkörper, Relais, Schalter, Sensorbauteile und elektrische Gehäuse eingesetzt.

Der Werkstoff eignet sich besonders für Komponenten, die gleichzeitig hohen Temperaturen und elektrischen Belastungen ausgesetzt sind.

Maschinen- und Anlagenbau

Im Maschinen- und Anlagenbau wird PES für maßhaltige Funktionsteile, Isolatoren, Ventilkomponenten, Pumpenteile, Gehäuse, Halterungen und Sichtkomponenten eingesetzt.

Bei medienführenden Bauteilen müssen Druck, Temperatur, chemische Belastung und konstruktive Spannung gemeinsam betrachtet werden. PES ist nicht für jedes Gleit- oder Verschleißbauteil automatisch geeignet. Bei dynamischer Reibung können speziell modifizierte Kunststoffe oder teilkristalline Hochleistungskunststoffe vorteilhafter sein.

Luftfahrt und Verkehrstechnik

Die Kombination aus geringem Gewicht, Temperaturbeständigkeit, Flammwidrigkeit und geringer Rauchentwicklung ermöglicht den Einsatz geeigneter PES-Qualitäten in der Luft- und Raumfahrt sowie in weiteren Verkehrsanwendungen.

Hier sind die jeweiligen Brand-, Rauchgas- und Zulassungsanforderungen für den konkreten Werkstoff und das fertige Bauteil nachzuweisen.

PES Halbzeuge und verfügbare Lieferformen

Polyethersulfon kann abhängig von Qualität und Hersteller in unterschiedlichen Lieferformen bereitgestellt werden. Dazu gehören insbesondere:

• PES Platten
• PES Rundstäbe
• PES Zuschnitte
• CNC-gefräste Bauteile
• CNC-gedrehte Bauteile
• Zeichnungsteile
• Spritzgussgranulate
• Pulver und Membranwerkstoffe für spezielle Anwendungen

Martan Plastics liefert Kunststoffhalbzeuge und unterstützt Sie bei der Auswahl einer geeigneten PES-Qualität. Neben einfachen Zuschnitten sind auch mechanisch bearbeitete Fertigteile nach Zeichnung oder CAD-Daten möglich.

PES bearbeiten und zerspanen

PES-Halbzeuge lassen sich durch Sägen, Fräsen, Drehen und Bohren bearbeiten. Für enge Toleranzen und geometrisch anspruchsvolle Bauteile bietet sich die präzise Kunststoffbearbeitung an.

Bei der Zerspanung müssen die thermischen und mechanischen Eigenschaften des amorphen Werkstoffs berücksichtigt werden. Eine zu hohe Wärmeeinbringung oder ungeeignete Spanntechnik kann innere Spannungen, Verformungen oder Ausbrüche verursachen.

Hinweise für die CNC-Bearbeitung

• scharfe und geeignete Werkzeuge verwenden
• Wärmeeintrag durch angepasste Schnittwerte begrenzen
• Bauteil spannungsarm und flächig fixieren
• Kerben und scharfe Innenradien vermeiden
• bei engen Toleranzen klimatische Bedingungen berücksichtigen
• gegebenenfalls Zwischenbearbeitung und Tempern vorsehen

Komplexe Konturen können durch CNC-Fräsen gefertigt werden. Rotationssymmetrische Bauteile wie Buchsen, Ringe, Isolierkörper oder Distanzelemente lassen sich durch CNC-Drehen herstellen.

Konstruktionshinweise für Bauteile aus PES

Damit die Werkstoffeigenschaften im fertigen Bauteil zuverlässig genutzt werden können, sollte PES kunststoffgerecht konstruiert werden.

Mechanische Spannung reduzieren

Hohe Vorspannungen, scharfe Kerben und abrupte Querschnittswechsel sollten vermieden werden. Innenradien und gleichmäßige Wandstärken reduzieren lokale Spannungsspitzen.

Temperatur und Medium gemeinsam bewerten

Ein Werkstoff kann bei trockener Wärme eine andere Lebensdauer erreichen als unter gleichzeitigem Kontakt mit Dampf, Reinigungsmitteln oder Prozesschemikalien. Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit dürfen daher nicht getrennt voneinander betrachtet werden.

Wärmeausdehnung berücksichtigen

Bei Presspassungen, Verschraubungen oder Metall-Kunststoff-Verbindungen muss die unterschiedliche Wärmeausdehnung berücksichtigt werden. Starre Einspannungen können bei Temperaturwechseln hohe Spannungen erzeugen.

Ausreichende Sicherheitsreserven einplanen

Für dauerbelastete oder sicherheitsrelevante Bauteile sollten weder die maximale Temperatur noch die maximale mechanische Belastung des Datenblatts vollständig ausgeschöpft werden. Eine anwendungsgerechte Sicherheitsreserve verbessert die Zuverlässigkeit und Lebensdauer.

Vorteile und Nachteile von PES

Vorteile	Zu beachtende Grenzen
hohe Dauergebrauchstemperatur	höherer Preis als Standardkunststoffe
sehr gute Heißwasser- und Dampfbeständigkeit	eingeschränkte Beständigkeit gegen bestimmte Lösungsmittel
gute Steifigkeit und Maßhaltigkeit	Spannungsrissgefahr bei ungünstiger Medien- und Lastkombination
gute elektrische Isolation	begrenzte Witterungs- und UV-Beständigkeit ohne Stabilisierung
natürliche Schwerentflammbarkeit	nicht jede Qualität besitzt dieselben Zulassungen
transparent in unverstärkter Ausführung	bernsteinfarbene Eigenfärbung
präzise mechanisch bearbeitbar	kunststoffgerechte Spann- und Bearbeitungstechnik erforderlich

PES, PSU, PPSU oder PEI – welcher Werkstoff ist geeignet?

PES gehört wie PSU und PPSU zur Familie der Polysulfone. Auch PEI Kunststoff weist ähnliche Einsatzbereiche auf. Die Werkstoffe unterscheiden sich jedoch in Temperaturbeständigkeit, Zähigkeit, chemischer Beständigkeit und Preis.

Anforderung	Häufig geeigneter Werkstoff
hohe Temperaturbeständigkeit und gute Hydrolysefestigkeit	PES
wirtschaftlichere Lösung bei etwas geringerer Temperaturbelastung	PSU
sehr hohe Schlagzähigkeit und häufige Sterilisationszyklen	PPSU
hohe Steifigkeit und gute elektrische Eigenschaften	PEI
höchste Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit	PEEK

PES ist häufig die ausgewogene Wahl, wenn Temperaturbeständigkeit, Maßhaltigkeit, Transparenz und Dampfbeständigkeit gemeinsam gefordert sind. PPSU ist meist geeigneter, wenn maximale Schlagzähigkeit oder eine besonders hohe Zahl an Sterilisationszyklen im Vordergrund steht. PSU kann bei geringeren thermischen Anforderungen wirtschaftlicher sein.

Wann ist PES Kunststoff die richtige Wahl?

Polyethersulfon ist besonders geeignet, wenn mehrere der folgenden Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden müssen:

• dauerhafte Einsatztemperaturen deutlich oberhalb der Möglichkeiten von Standardkunststoffen
• regelmäßiger Kontakt mit heißem Wasser oder Wasserdampf
• wiederholte Reinigungs- oder Sterilisationszyklen
• hohe Maßhaltigkeit bei thermischer Belastung
• gute elektrische Isolation
• natürliche Schwerentflammbarkeit
• Transparenz oder optische Kontrollmöglichkeit
• präzise Fertigung als CNC-Bauteil

Weniger geeignet ist PES bei dauerhaftem Kontakt mit kritischen organischen Lösungsmitteln, bei ungeschütztem Außeneinsatz oder wenn eine besonders hohe Kerbschlagzähigkeit gefordert ist. In diesen Fällen sollten alternative Hochleistungskunststoffe geprüft werden.

PES Kunststoff nach Maß anfragen

Für die Auswahl der passenden PES-Qualität sollten möglichst vollständige Angaben zur Anwendung vorliegen. Dazu gehören:

• maximale und dauerhafte Betriebstemperatur
• mechanische Belastung
• Kontaktmedien und deren Konzentration
• Dauer und Häufigkeit des Medienkontakts
• Reinigungs- oder Sterilisationsverfahren
• benötigte Abmessungen und Toleranzen
• erforderliche Lebensmittel-, Medizin- oder Brandschutznachweise
• gewünschte Stückzahl

Martan Plastics liefert PES Platten, Rundstäbe und Zuschnitte und fertigt auf Wunsch präzise Zeichnungsteile. Senden Sie uns Ihre Zeichnung, CAD-Daten oder technischen Anforderungen. Wir prüfen die benötigte Lieferform, die Bearbeitbarkeit und die für Ihre Anwendung geeignete Werkstoffqualität.

Häufige Fragen zu PES Kunststoff

Was bedeutet die Abkürzung PES?

PES steht für Polyethersulfon. Die aktuelle normgerechte Kurzbezeichnung lautet PESU. Im technischen Sprachgebrauch wird weiterhin häufig die Abkürzung PES verwendet.

Ist PES ein Thermoplast?

Ja. PES ist ein amorpher thermoplastischer Hochleistungskunststoff. Das Material kann unter Wärmeeinwirkung verarbeitet und beispielsweise extrudiert oder im Spritzguss geformt werden.

Wie temperaturbeständig ist PES?

Viele PES-Qualitäten können langfristig bei Temperaturen bis ungefähr 180 °C eingesetzt werden. Kurzzeitig sind höhere Temperaturen möglich. Die zulässige Temperatur hängt von Werkstofftype, Belastung, Medium und Einsatzdauer ab.

Kann PES mit Dampf sterilisiert werden?

Geeignete PES-Qualitäten besitzen eine sehr gute Hydrolyse- und Dampfbeständigkeit und können wiederholt im Autoklaven sterilisiert werden. Die zulässige Zahl und Temperatur der Sterilisationszyklen muss dem Datenblatt der konkreten Qualität entnommen werden.

Ist PES lebensmittelecht?

Nicht grundsätzlich. Es stehen PES-Qualitäten mit entsprechenden Lebensmittelkonformitäten zur Verfügung. Für die jeweilige Anwendung muss eine gültige Konformitätserklärung des Herstellers vorliegen.

Ist PES transparent?

Unverstärktes PES ist transparent und besitzt meist eine bernsteinfarbene Eigenfärbung. Verstärkte oder eingefärbte Qualitäten sind nicht transparent.

Ist PES UV-beständig?

Die Witterungs- und UV-Beständigkeit von unverändertem PES ist begrenzt. Für einen dauerhaften Außeneinsatz sind geeignete Stabilisierungen, Beschichtungen oder alternative Werkstoffe zu prüfen.

Wie lässt sich PES bearbeiten?

PES kann gesägt, gebohrt, gefräst und gedreht werden. Für maßgenaue Bauteile sind scharfe Werkzeuge, angepasste Schnittwerte und eine spannungsarme Aufspannung erforderlich.

Was ist der Unterschied zwischen PES und PPSU?

PES bietet eine hohe Temperaturbeständigkeit, gute Steifigkeit und sehr gute Hydrolysebeständigkeit. PPSU besitzt in der Regel eine deutlich höhere Schlagzähigkeit und eignet sich besonders für mechanisch beanspruchte Bauteile mit häufigen Sterilisationszyklen.

In welchen Formen ist PES erhältlich?

PES ist je nach Werkstoffqualität als Platte, Rundstab, Zuschnitt, Granulat, Pulver, Membranmaterial oder fertig bearbeitetes Zeichnungsteil erhältlich.