Polyimid (PI) – Hochtemperatur-Kunststoff für anspruchsvolle Bauteile

Polyimid, kurz PI, gehört zu den leistungsfähigsten Hochtemperatur-Kunststoffen. Der Werkstoff verbindet eine sehr hohe thermische Belastbarkeit mit guter mechanischer Stabilität, hoher elektrischer Isolationswirkung und geringer Kriechneigung. Dadurch eignet sich PI für Bauteile, bei denen herkömmliche technische Kunststoffe aufgrund hoher Temperaturen, elektrischer Spannung oder anspruchsvoller Umgebungsbedingungen nicht mehr ausreichen.

Typische Einsatzbereiche finden sich in der Elektronik, der Halbleitertechnik, der Luft- und Raumfahrt, im Vakuumbereich sowie im Maschinen- und Anlagenbau. Martan Plastics liefert Polyimid-Halbzeuge und fertigt daraus präzise Bauteile nach Zeichnung, Muster oder technischen Vorgaben.

Was ist Polyimid?

Polyimide sind Polymere, deren Molekülstruktur charakteristische Imidgruppen enthält. Ihre überwiegend aromatische Struktur verleiht ihnen eine außergewöhnlich hohe thermische Stabilität. Je nach Ausgangsmaterial, Herstellungsverfahren und Modifikation können sich die Eigenschaften verschiedener PI-Typen deutlich unterscheiden.

Im industriellen Bereich wird Polyimid unter anderem als Halbzeug, Folie, Beschichtung, Formteil oder mechanisch bearbeitetes Präzisionsbauteil eingesetzt. Für die spanende Fertigung stehen insbesondere gesinterte oder anderweitig verdichtete PI-Halbzeuge zur Verfügung.

Gängige Bezeichnungen sind:

• Polyimid
• PI Kunststoff
• PI Hochleistungskunststoff
• PI Hochtemperatur-Kunststoff
• Polyimid-Halbzeug
• Polyimid-Platte
• Polyimid-Rundstab

Eigenschaften von Polyimid im Überblick

Die genaue Ausprägung der Eigenschaften hängt von der jeweiligen PI-Type, möglichen Füllstoffen und den Einsatzbedingungen ab. Charakteristisch für Polyimid sind insbesondere:

• sehr hohe Dauergebrauchstemperatur
• kurzzeitig noch höhere thermische Belastbarkeit
• hohe Festigkeit und Steifigkeit bei erhöhten Temperaturen
• geringe Kriechneigung unter dauerhafter Belastung
• gute Dimensions- und Formstabilität
• sehr gute elektrische Isolationseigenschaften
• hohe Durchschlagsfestigkeit
• gute Verschleiß- und Gleiteigenschaften bei geeigneter Modifikation
• geringe Ausgasung bei entsprechend qualifizierten Werkstofftypen
• gute Beständigkeit gegenüber vielen Ölen, Fetten und technischen Medien
• schwer entflammbares Verhalten vieler PI-Qualitäten

Polyimid wird vor allem dann gewählt, wenn mehrere anspruchsvolle Eigenschaften gleichzeitig benötigt werden. Dazu gehören beispielsweise hohe Temperaturen, elektrische Isolation, Maßhaltigkeit und mechanische Belastbarkeit.

Temperaturbeständigkeit von Polyimid

Die hohe Temperaturbeständigkeit zählt zu den wichtigsten Vorteilen von PI. Geeignete Polyimid-Typen können je nach Hersteller, Zusammensetzung und Beanspruchung dauerhaft in Temperaturbereichen von etwa 250 bis 300 °C eingesetzt werden. Kurzzeitig können bei bestimmten Qualitäten auch höhere Temperaturen zulässig sein.

Ein pauschaler Maximalwert reicht für die Materialauswahl jedoch nicht aus. Entscheidend sind unter anderem:

• Dauer und Häufigkeit der Temperaturbelastung
• mechanische Last bei erhöhter Temperatur
• Umgebungsmedium und Sauerstoffeinfluss
• Bauteilgeometrie und Wandstärke
• zulässige Maßänderung
• verwendete PI-Type und enthaltene Füllstoffe

Bei längerer thermischer Belastung muss außerdem zwischen der reinen Formbeständigkeit und dem dauerhaften Erhalt mechanischer oder elektrischer Eigenschaften unterschieden werden. Die zulässige Einsatztemperatur sollte deshalb immer anhand des konkreten Werkstoffdatenblatts und der tatsächlichen Anwendung bewertet werden.

Temperaturvergleich ausgewählter Kunststoffe

Werkstoff	Typischer thermischer Einsatzbereich	Charakteristische Stärke
POM	bis etwa 100 °C	Maßhaltigkeit und gute Zerspanbarkeit
PA	häufig bis etwa 100–120 °C	Zähigkeit und Verschleißfestigkeit
PEEK	je nach Type bis etwa 250 °C	Mechanische und chemische Belastbarkeit
PAI	je nach Type bis etwa 250 °C	Hohe Festigkeit und geringe Kriechneigung
Polyimid	je nach Type etwa 250–300 °C	Sehr hohe thermische Stabilität und elektrische Isolation

Die genannten Werte dienen der ersten Orientierung. Die tatsächlich zulässige Temperatur kann je nach Qualität, Belastungsart und geforderter Lebensdauer abweichen.

Mechanische Eigenschaften von PI

Polyimid behält seine mechanischen Eigenschaften auch bei Temperaturen, bei denen viele andere Kunststoffe bereits deutlich an Steifigkeit und Festigkeit verlieren. Besonders relevant sind die geringe Kriechneigung und die gute Formstabilität unter dauerhafter Wärmebelastung.

Dadurch eignet sich PI für präzise Komponenten, bei denen sich Abmessungen und Funktionsflächen während des Betriebs nur geringfügig verändern dürfen. Typische Beispiele sind Abstandshalter, Buchsen, Halterungen, Isolierteile und Bauteile für Prüf- oder Handlingsysteme.

Typische technische Kennwerte

Eigenschaft	Typischer Orientierungsbereich
Dichte	etwa 1,3–1,6 g/cm³
Zugfestigkeit	häufig etwa 70–160 MPa
Elastizitätsmodul	häufig etwa 2.500–5.000 MPa
Dauergebrauchstemperatur	je nach Type etwa 250–300 °C
Wärmeleitfähigkeit	meist gering, abhängig von Füllstoffen
Elektrische Isolation	sehr gut bei ungefüllten und geeigneten PI-Typen

Die Werte unterscheiden sich zwischen ungefüllten, verstärkten und tribologisch modifizierten Varianten teilweise erheblich. Für die Auslegung eines Bauteils sind deshalb die Kennwerte der konkret angebotenen Qualität maßgeblich.

Elektrische Eigenschaften von Polyimid

Viele Polyimid-Typen besitzen eine hohe Durchschlagsfestigkeit und stabile dielektrische Eigenschaften über einen breiten Temperaturbereich. PI wird daher häufig als elektrischer Isolierwerkstoff eingesetzt.

Typische Anwendungen in der Elektroindustrie und Elektronik sind:

• Isolierbuchsen
• Spulenkörper und Spulenisolierungen
• Abstandshalter
• elektrisch isolierende Halterungen
• Bauteile für Hochtemperatur-Stecksysteme
• Träger für Löt- und Reflow-Prozesse
• Isolationskomponenten für Sensoren
• Komponenten für Leistungselektronik

Bei elektrisch belasteten Bauteilen müssen neben der Durchschlagsfestigkeit auch Kriechstrecken, Oberflächenwiderstand, Feuchtigkeit, Bauteildicke und Betriebstemperatur berücksichtigt werden.

Polyimid in Elektronik und Halbleitertechnik

In der Elektronik- und Halbleiterindustrie treffen häufig mehrere Anforderungen aufeinander: hohe Prozesstemperaturen, enge Toleranzen, elektrische Isolation und eine möglichst geringe Verunreinigung der Fertigungsumgebung.

Geeignete PI-Qualitäten können unter anderem für folgende Komponenten verwendet werden:

• Wafer-Handling-Komponenten
• Prüfsockel und Testadapter
• Isolierplatten
• Reflow-Träger
• Halterungen und Aufnahmen
• Distanzstücke
• Vakuumkomponenten
• Bauteile für Prüf- und Messsysteme

Polyimid eignet sich besonders, wenn die Bauteile während wiederkehrender Wärmezyklen maßhaltig bleiben müssen. Für Anwendungen in der Halbleiterfertigung oder Reinraumtechnik ist jedoch eine anwendungsspezifische Werkstoffqualifizierung erforderlich.

Ausgasung und Einsatz im Vakuum

Bestimmte Polyimid-Qualitäten weisen ein geringes Ausgasungsverhalten auf und können daher für Vakuum- oder Raumfahrtanwendungen geeignet sein. Diese Eigenschaft darf allerdings nicht pauschal auf jedes Polyimid-Halbzeug übertragen werden.

Ausgasung und Materialreinheit werden unter anderem beeinflusst durch:

• die konkrete Polymerrezeptur
• enthaltene Füll- und Zusatzstoffe
• Restfeuchtigkeit
• Herstellungsverfahren
• Bearbeitungs- und Reinigungszustand
• Temperatur und Dauer der Vakuumbelastung

Für qualitätskritische Vakuum-, Reinraum- oder Raumfahrtanwendungen sollten deshalb chargenbezogene Nachweise beziehungsweise die einschlägigen Herstellerdaten geprüft werden.

Chemische Beständigkeit von Polyimid

PI besitzt eine gute Beständigkeit gegenüber zahlreichen Ölen, Fetten, Kraftstoffen und technischen Flüssigkeiten. Die chemische Widerstandsfähigkeit hängt jedoch stark von der konkreten Qualität, dem Medium, der Konzentration, der Temperatur und der Einwirkdauer ab.

Gegenüber starken Säuren, Laugen, Heißwasser, Dampf oder bestimmten Lösungsmitteln können einzelne Polyimid-Typen empfindlich sein. Eine pauschale Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen sollte deshalb nicht angenommen werden.

Für Anwendungen mit Medienkontakt empfiehlt sich eine Prüfung anhand folgender Angaben:

• genaue Bezeichnung des Mediums
• Konzentration
• Betriebstemperatur
• Kontaktzeit
• mechanische Belastung während des Kontakts
• zulässige Veränderung von Maß, Gewicht oder Festigkeit

Feuchtigkeitsaufnahme berücksichtigen

Polyimid kann abhängig von der Qualität Feuchtigkeit aufnehmen. Diese kann sich auf Gewicht, Abmessungen, elektrische Kennwerte und das Verhalten bei schneller Erwärmung oder im Vakuum auswirken.

Bei besonders engen Toleranzen oder sensiblen elektrischen Anwendungen sollten Lagerung, Konditionierung und gegebenenfalls eine definierte Trocknung in die Bauteilauslegung einbezogen werden.

Verschleiß und Gleiteigenschaften

Für bewegte Bauteile stehen speziell modifizierte PI-Qualitäten zur Verfügung. Durch Füllstoffe wie Graphit oder PTFE lassen sich Reibwert, Verschleißverhalten und Trockenlaufeigenschaften gezielt beeinflussen.

Solche Werkstoffe können beispielsweise für folgende Anwendungen eingesetzt werden:

• Gleitlager
• Lagerkäfige
• Anlaufscheiben
• Führungsringe
• Dicht- und Gleitelemente
• verschleißbeanspruchte Buchsen

Die Auswahl einer tribologischen PI-Qualität hängt von Flächenpressung, Geschwindigkeit, Temperatur, Gegenlaufpartner, Schmierung und Umgebungsmedium ab.

Ungefüllte und modifizierte PI-Qualitäten

Polyimid ist in unterschiedlichen Werkstoffausführungen erhältlich. Die Modifikation muss sich an der späteren Funktion des Bauteils orientieren.

PI-Ausführung	Typische Eigenschaften	Mögliche Anwendungen
Ungefülltes PI	Gute elektrische Isolation, hohe Reinheit und thermische Stabilität	Isolierteile, Abstandshalter, elektronische Komponenten
Graphitmodifiziertes PI	Verbessertes Reibungs- und Verschleißverhalten	Gleitlager, Buchsen und Führungen
PTFE-modifiziertes PI	Reduzierter Reibwert und verbesserte Gleiteigenschaften	Trockenlaufende Gleit- und Dichtelemente
Faserverstärktes PI	Höhere Steifigkeit und geringere thermische Ausdehnung	Maßhaltige Struktur- und Präzisionsbauteile

Füllstoffe können andere Eigenschaften verändern. Eine elektrisch isolierende ungefüllte Qualität lässt sich beispielsweise nicht ohne Weiteres durch eine graphithaltige Ausführung ersetzen.

Lieferformen von Polyimid

Abhängig von der verfügbaren Qualität kann PI in verschiedenen Lieferformen bezogen und weiterverarbeitet werden:

• Polyimid-Platten
• Polyimid-Rundstäbe
• Polyimid-Rohre
• Polyimid-Folien
• Rohlinge und Zuschnitte
• kundenspezifisch gefertigte Bauteile

Martan Plastics unterstützt Sie bei der Auswahl geeigneter Kunststoffhalbzeuge und der Fertigung anwendungsbezogener Komponenten.

Polyimid bearbeiten

PI-Halbzeuge lassen sich spanend bearbeiten. Wegen des hohen Materialwerts und der Anforderungen an Maßhaltigkeit, Oberflächen und Bauteilfunktion ist eine werkstoffgerechte Fertigungsstrategie besonders wichtig.

Im Rahmen der Kunststoffbearbeitung sind unter anderem folgende Verfahren möglich:

• CNC-Fräsen komplexer Konturen, Taschen und Funktionsflächen
• CNC-Drehen von Buchsen, Ringen, Rollen und rotationssymmetrischen Teilen
• Bohren und Reiben von Passungen und Durchführungen
• Herstellung von Gewinden und Befestigungsgeometrien
• Zuschnitt von Platten und Rohlingen
• Fertigung nach Zeichnung, CAD-Daten oder Muster

Worauf ist bei der Bearbeitung zu achten?

Für maßhaltige PI-Bauteile sind unter anderem scharfe Werkzeuge, kontrollierte Schnittbedingungen und eine spannungsarme Bearbeitung wichtig. Übermäßige Wärmeeinbringung und ungeeignete Spannkräfte können Maßabweichungen oder Beschädigungen verursachen.

Bei besonders engen Toleranzen können zusätzlich folgende Maßnahmen erforderlich sein:

• Vorbearbeitung und anschließende Zwischenlagerung
• Bearbeitung in mehreren Zustellungen
• definierte Temperatur- und Feuchtebedingungen
• abgestimmte Messbedingungen
• Berücksichtigung späterer Betriebstemperaturen

Typische Bauteile aus Polyimid

• Isolierbuchsen: für elektrisch und thermisch belastete Verbindungsstellen
• Abstandshalter: für präzise Baugruppen bei hohen Temperaturen
• Gleitlager: für thermisch belastete oder schmierungsarme Anwendungen
• Führungsringe: für bewegte Komponenten und Positioniersysteme
• Wafer-Handling-Komponenten: für Prozesse in der Halbleiterfertigung
• Prüfsockel: für elektronische Hochtemperatur-Prüfungen
• Sensorträger: für thermisch belastete Messsysteme
• Reflow-Träger: für wiederkehrende Lötprozesse
• Isolierplatten: für Elektronik und Leistungselektronik
• Dicht- und Gleitelemente: für anspruchsvolle Temperaturbereiche

Branchen und Anwendungsbereiche

Elektronik und Elektroindustrie

PI wird für elektrisch isolierende, maßhaltige und temperaturbeständige Bauteile verwendet. Dazu gehören Prüfaufnahmen, Träger, Isolierbuchsen und Komponenten für Leistungselektronik.

Halbleiter- und Reinraumtechnik

Geeignete Werkstofftypen kommen für Handling-Komponenten, Abstandshalter, Prüfbauteile und Vakuumkomponenten infrage. Die konkrete Qualität muss anhand der Reinheits- und Ausgasungsanforderungen ausgewählt werden.

Luft- und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrt sind geringes Gewicht, thermische Stabilität und ein kontrolliertes Ausgasungsverhalten entscheidend. Polyimid kann für Isolations-, Lager- und Präzisionskomponenten eingesetzt werden, sofern die erforderlichen Nachweise vorliegen.

Maschinen- und Anlagenbau

Im Maschinen- und Anlagenbau eignet sich PI unter anderem für Lager, Buchsen, Führungen und Isolationsbauteile in thermisch hoch belasteten Systemen.

Medizintechnik und Labortechnik

Polyimid kann für Präzisionskomponenten in Analyse-, Labor- oder medizintechnischen Geräten verwendet werden. Biokompatibilität, Sterilisierbarkeit und regulatorische Eignung sind jedoch nicht allein durch die Werkstoffbezeichnung PI gegeben, sondern müssen für die konkrete Qualität nachgewiesen werden.

Automobil- und Prüftechnik

Typische Einsatzmöglichkeiten sind Sensoraufnahmen, Isolierteile und Bauteile für Prüfstände, Motorumgebungen oder thermisch belastete elektrische Systeme.

Polyimid, PEEK oder PAI?

PI ist nicht für jede Hochtemperatur-Anwendung automatisch die beste Wahl. Häufig werden Polyimid, PEEK und PAI miteinander verglichen. Die Werkstoffe besitzen jedoch unterschiedliche Schwerpunkte.

Kriterium	Polyimid	PEEK	PAI
Temperaturbeständigkeit	Sehr hoch	Hoch	Sehr hoch
Elektrische Isolation	Sehr gut bei geeigneten Typen	Gut bis sehr gut	Gut bis sehr gut
Mechanische Belastbarkeit	Hoch	Sehr hoch	Sehr hoch
Chemische Beständigkeit	Stark typ- und medienabhängig	In vielen Medien sehr gut	Stark anwendungsabhängig
Feuchtigkeitsaufnahme	Zu berücksichtigen	Relativ gering	Zu berücksichtigen
Typischer Schwerpunkt	Hochtemperatur und Isolation	Mechanik, Chemie und Temperatur	Präzision und mechanische Belastung

PAI eignet sich häufig für hochbelastete Präzisionsteile mit hoher Festigkeit und geringer Kriechneigung. PEEK ist vielfach eine gute Wahl, wenn neben hoher Temperaturbeständigkeit eine besonders breite chemische Beständigkeit oder hohe Zähigkeit benötigt wird.

Polyimid spielt seine Stärken insbesondere bei sehr hohen Temperaturen, elektrischer Isolation und speziellen Vakuum- oder Tribologieanforderungen aus.

Wann ist PI die richtige Werkstoffwahl?

Polyimid kommt insbesondere infrage, wenn:

• dauerhaft sehr hohe Temperaturen auftreten
• das Bauteil elektrisch isolieren muss
• Maßhaltigkeit auch unter Wärme gefordert ist
• eine geringe Kriechneigung erforderlich ist
• herkömmliche technische Kunststoffe thermisch überfordert sind
• ein tribologisch modifizierter Hochtemperatur-Werkstoff benötigt wird
• für Vakuum- oder Reinraumanwendungen eine qualifizierte PI-Type verfügbar ist

Wann sollte ein anderer Kunststoff geprüft werden?

Ein alternativer Werkstoff kann sinnvoller sein, wenn die sehr hohe Temperaturbeständigkeit von PI nicht benötigt wird. Auch bei dauerhaftem Kontakt mit aggressiven Chemikalien, Heißwasser oder Dampf kann ein anderer Hochleistungskunststoff besser geeignet sein.

Vor der Auswahl sollten mindestens folgende Betriebsdaten bekannt sein:

• minimale und maximale Temperatur
• Dauer der thermischen Belastung
• statische und dynamische Lasten
• elektrische Anforderungen
• Kontaktmedien
• Verschleiß- und Reibungsbedingungen
• zulässige Maßänderungen
• Reinraum- oder Ausgasungsanforderungen
• gewünschte Stückzahl und Bauteilgeometrie

Polyimid-Bauteile nach Zeichnung fertigen lassen

Martan Plastics unterstützt industrielle Kunden von der Werkstoffauswahl bis zum fertigen PI-Bauteil. Auf Basis Ihrer Zeichnung, CAD-Daten, eines Musters oder eines technischen Anforderungsprofils können Einzelteile, Prototypen und Serienkomponenten gefertigt werden.

Für eine belastbare Bewertung sind Angaben zu Temperatur, Belastung, Medium, Toleranzen, elektrischen Anforderungen und Stückzahl besonders hilfreich. So lässt sich beurteilen, welche PI-Qualität und welches Bearbeitungsverfahren für Ihre Anwendung geeignet sind.

Häufige Fragen zu Polyimid

Was bedeutet die Abkürzung PI?

PI ist die normgerechte Kurzbezeichnung für Polyimid. Unter dieser Werkstoffgruppe werden verschiedene Polymere mit Imidgruppen in ihrer Molekülstruktur zusammengefasst.

Wie temperaturbeständig ist Polyimid?

Je nach PI-Type sind dauerhafte Einsatztemperaturen von ungefähr 250 bis 300 °C möglich. Kurzzeitig können einzelne Qualitäten höheren Temperaturen standhalten. Entscheidend sind das konkrete Datenblatt, die Belastung und die geforderte Lebensdauer.

Ist Polyimid ein Thermoplast?

Polyimid bezeichnet eine Werkstofffamilie und nicht nur einen einheitlichen Kunststoff. Es gibt unterschiedliche Polyimidsysteme und Verarbeitungsformen. Viele für spanend bearbeitbare Halbzeuge verwendete PI-Qualitäten werden über spezielle Press- und Sinterverfahren hergestellt und lassen sich nicht wie klassische Standardthermoplaste einfach aufschmelzen und umformen.

Ist PI elektrisch isolierend?

Ungefüllte und entsprechend formulierte Polyimid-Typen besitzen sehr gute elektrische Isolationseigenschaften. Leitfähige oder graphithaltige Modifikationen können sich jedoch deutlich anders verhalten.

Ist Polyimid chemikalienbeständig?

PI ist gegenüber vielen Ölen, Fetten und technischen Medien beständig. Die Widerstandsfähigkeit gegenüber Säuren, Laugen, Heißwasser, Dampf und Lösungsmitteln muss jedoch für das konkrete Medium und die jeweilige Qualität geprüft werden.

Eignet sich Polyimid für den Reinraum?

Bestimmte PI-Typen können aufgrund geringer Ausgasung und guter thermischer Stabilität für Reinraum- oder Vakuumanwendungen geeignet sein. Erforderliche Reinheits-, Partikel- oder Ausgasungswerte müssen jedoch werkstoff- und anwendungsbezogen nachgewiesen werden.

Kann Polyimid spanend bearbeitet werden?

Ja. PI-Halbzeuge können unter anderem gefräst, gedreht, gebohrt und zu präzisen Bauteilen verarbeitet werden. Aufgrund des Materialwerts und der hohen Anforderungen an Maßhaltigkeit ist eine werkstoffgerechte Bearbeitung entscheidend.

Was ist der Unterschied zwischen Polyimid und PEEK?

Polyimid bietet bei geeigneten Qualitäten Vorteile bei sehr hohen Temperaturen und der elektrischen Isolation. PEEK besitzt häufig eine breitere chemische Beständigkeit, eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme und sehr gute mechanische Eigenschaften. Die bessere Wahl hängt von der konkreten Anwendung ab.

Welche Bauteile werden aus PI gefertigt?

Typische Bauteile sind Isolierbuchsen, Abstandshalter, Gleitlager, Führungsringe, Prüfaufnahmen, Wafer-Handling-Komponenten, Sensorträger und thermisch belastete Präzisionsteile.