SIPERM® HP

Werkstoffgrundlage und Positionierung

SIPERM® HP ist ein poröser Sinterwerkstoff auf Basis von Polyethylen (PE-UHMW / HDPE), der für technische Anwendungen entwickelt wurde, in denen definierte Durchströmungs-, Entlüftungs-, Belüftungs- oder Druckausgleichsfunktionen unter moderaten mechanischen und thermischen Bedingungen gefordert sind. Das Material besteht aus Polyethylenpartikeln definierter Korngrößen, die unter kontrollierten Bedingungen gesintert werden. Während dieses Prozesses verbinden sich die Partikel durch partielle Verschmelzung an ihren Kontaktflächen, während ein offenes Porennetzwerk erhalten bleibt.

Im Gegensatz zu metallischen Sinterwerkstoffen ist SIPERM® HP deutlich leichter und besitzt aufgrund des Polymergefüges andere mechanische und thermische Eigenschaften. Der Werkstoff wird bevorzugt dort eingesetzt, wo geringe Dichte, gute chemische Beständigkeit, elektrische Isolation oder korrosionsfreie Prozessführung erforderlich sind. Die Porosität ist reproduzierbar und normgerecht bestimmt, sodass Durchströmungskennwerte und Druckverlustverhalten vorhersehbar sind.

SIPERM® HP eignet sich insbesondere als Funktionswerkstoff im Anlagenbau, der definierte Strömungs- und Entlüftungsaufgaben übernimmt. Der Werkstoff erfüllt diese Funktionen ohne zusätzliche strukturelle Bauteile und bleibt auch bei wiederholter Belastung formstabil.

Gefügeaufbau und Charakteristik des Porennetzwerks

Das Porengefüge von SIPERM® HP entsteht durch das kontrollierte Sintern von PE-Partikeln, bei dem die Partikeloberflächen verschmelzen, während die Zwischenräume als offene Poren erhalten bleiben.

Verteilung und Größe der Poren

Die Porengrößen hängen direkt von der eingesetzten Partikelfraktion ab. SIPERM® HP deckt – je nach Qualität – typische Porengrößen im Bereich von etwa 10 bis 100 µm ab. Die Porengrößenverteilung ist relativ eng, da PE-Granulate mit definierter Korngröße eingesetzt werden. Die Permeabilität wird gemäß den relevanten Prüfstandards ermittelt und dient als Grundlage für die technische Auslegung.

Dieses gut definierte Gefüge erzeugt eine gleichmäßige Durchströmung und verhindert lokale Engstellen. Auch die Wandstärkenverteilung bleibt durch den homogenen Sinterprozess konstant.

Werkstoffbedingte Eigenschaften des Polymergefüges

Polyethylen bringt im porösen Zustand spezifische Vorteile:

• sehr geringe Dichte, deutlich geringer als metallische Sinterwerkstoffe

• gute Elastizität bei moderaten Belastungen

• chemische Beständigkeit gegenüber vielen Medien

• elektrische Isolation

• korrosionsfreies Verhalten

Diese Eigenschaften ergänzen die strömungsbezogenen Funktionen und eröffnen Anwendungsfelder, in denen metallische poröse Werkstoffe ungeeignet wären.

Strömungsverhalten und Funktionscharakteristik

Das Strömungsverhalten von SIPERM® HP folgt denselben physikalischen Grundsätzen wie bei metallischen Sintermaterialien, jedoch beeinflusst das Polymergefüge die Druckverluste und Energieumwandlung teilweise anders. Die Durchströmungskennwerte werden als laminare und turbulente Anteile ausgewiesen.

Laminare Strömung

Bei niedrigen Volumenströmen überwiegt der laminare Bereich. Die Strömung verläuft gleichmäßig, und der Druckverlust steigt proportional zur Geschwindigkeit. Das Material erzeugt keine lokal beschleunigten Strömungszonen, da keine gerichtete Kanalstruktur vorhanden ist.

Turbulente Strömung

Bei höheren Geschwindigkeiten führen Umlenkungen in den verzweigten Porenkanälen zu einem turbulenten Strömungsanteil. Dieser Anteil verursacht einen überproportionalen Anstieg des Druckverlusts. Die spezifischen Koeffizienten dafür sind werkstoffabhängig definiert.

Funktionale Wirkung im Prozess

SIPERM® HP übernimmt mehrere Funktionsrollen gleichzeitig:

• gleichmäßige Entlüftung oder Belüftung über definierte Flächen

• Dämpfung von Druckspitzen im Porensystem

• Strömungsberuhigung bei Gas- oder Luftbewegungen

• definierter Rückhalt bestimmter Partikelgrößen

• kontrollierter Durchfluss durch reproduzierbare Porenstruktur

Durch die Kombination aus Polymermatrix und Porosität eignet sich SIPERM® HP für Anwendungen, in denen flexible, leichte und chemisch robuste poröse Werkstoffe erforderlich sind.

Mechanische Eigenschaften und Festigkeitsverhalten

SIPERM® HP weist aufgrund seiner Polyethylenbasis ein mechanisches Verhalten auf, das sich deutlich von metallischen Sinterwerkstoffen unterscheidet. Das Material verfügt über eine vergleichsweise geringe Dichte und eine deutlich höhere Elastizität. Diese Eigenschaften führen dazu, dass mechanische Belastungen eher durch elastische Verformung abgepuffert werden, bevor strukturelle Schäden auftreten.

Die Festigkeit entsteht durch die Sinterverbindungen zwischen den Polymerpartikeln. Diese Verbindungspunkte sind dauerhaft stabil und verteilen mechanische Lasten über das gesamte Porennetzwerk. Obwohl SIPERM® HP nicht die Festigkeit metallischer Werkstoffe erreicht, bietet es für sein Einsatzspektrum ausreichend strukturelle Stabilität. Das Material zeigt keine Versprödung im normalen Temperatureinsatzbereich, sofern die Anwendung innerhalb der empfohlenen Belastungsgrenzen bleibt.

Die mechanischen Eigenschaften sind für Anwendungen relevant, in denen leichte Druckbelastungen, Schwingungen oder moderate Stoßbeanspruchungen auftreten. Aufgrund der Elastizität reagiert der Werkstoff weniger empfindlich auf punktuelle Lastspitzen als sprödere Materialien. Diese Eigenschaft ist besonders vorteilhaft in Anwendungen mit wechselnden Druckverhältnissen oder flexiblen Einbausituationen.

Thermisches Verhalten und Temperatureinsatzgrenzen

SIPERM® HP ist ein thermoplastischer Werkstoff. Die temperaturabhängigen Eigenschaften unterscheiden sich daher klar von metallischen Sintermaterialien. Das Material ist nicht für hohe Temperaturen geeignet und muss innerhalb definierter Temperaturgrenzen betrieben werden.

Der empfohlene Einsatztemperaturbereich liegt bei bis zu ca. 70 °C. Oberhalb dieser Temperatur beginnt das Material zu erweichen, wodurch die Porenstruktur und die Funktion beeinträchtigt werden. Innerhalb des zugelassenen Temperaturbereichs bleibt die Porenstruktur jedoch stabil. Die Sinterverbindungen zwischen den Polymerpartikeln verändern sich nicht, solange die Erweichungstemperatur nicht überschritten wird. Für Anwendungen mit moderaten Temperaturen – etwa Entlüftung, Druckausgleich oder Belüftung – ist die Temperaturbeständigkeit ausreichend.

Durch die geringe Wärmeleitfähigkeit des Polymers entstehen keine lokalen Temperaturspannungen im Material. Dies erleichtert den Einsatz in Bereichen, in denen Wärme langsam abgeführt wird oder Wärmeeinflüsse nur gering sind.

Chemische Beständigkeit und Medienverträglichkeit

Polyethylen ist gegenüber vielen chemischen Medien sehr beständig. SIPERM® HP übernimmt diese Eigenschaften vollständig. Das Material zeigt insbesondere eine hohe Resistenz gegenüber:

• Wasser und Feuchtigkeit

• vielen Alkoholen

• verdünnten Säuren und Laugen

• einer Vielzahl organischer Stoffe

• technischen Gasen und Luft

Gleichzeitig ist SIPERM® HP nicht beständig gegen stark oxidierende Säuren, halogenierte Lösungsmittel oder hochpolare organische Chemikalien, die PE angreifen können. Die Auswahl des Mediums muss daher stets unter Berücksichtigung der Polymerkompatibilität erfolgen.

Die chemische Stabilität des Werkstoffs ist besonders vorteilhaft für Anwendungen, in denen metallische Werkstoffe korrodieren würden. SIPERM® HP bleibt in vielen Umgebungen auch unter dauerhafter Beaufschlagung stabil, da das Polymergefüge nicht oxidiert und keine metallischen Reaktionen auftreten.

Verarbeitungseigenschaften und Integration in technische Systeme

Die Verarbeitung von SIPERM® HP unterscheidet sich von metallischen Sinterwerkstoffen. Aufgrund der thermoplastischen Basis sind bestimmte Bearbeitungs- und Verbindungsmethoden möglich, während andere ausgeschlossen sind.

Mechanische Bearbeitung

• Sägen, Fräsen und Bohren sind grundsätzlich möglich, jedoch nur in Bereichen, die nicht durchströmt werden.

• Jede mechanische Bearbeitung der aktiven porösen Fläche führt zu Porenverschluss und Funktionsverlust.

• Wasserstrahlschneiden ist aufgrund des weichen Polymers eingeschränkt geeignet.

Thermische Bearbeitung

Thermische Bearbeitung ist bei SIPERM® HP nicht zulässig. Bereits Temperaturen deutlich unterhalb der Erweichungsgrenze können zur lokalen Schädigung oder zum Kollaps der Porenstruktur führen.
Aus diesem Grund dürfen keine Warmbiege-, Warmform- oder andere thermisch unterstützte Umformprozesse angewendet werden.

Verbindungstechnik

SIPERM® HP kann nicht wie Metalle geschweißt werden. Verbindungen erfolgen typischerweise über:

• Einpressen in Gehäuse

• mechanische Klemmsysteme

• passende Dicht- und Haltegeometrien

Ein Überhitzen muss vermieden werden, da die Porenstruktur bei zu hohen Temperaturen kollabiert.

Reinigung und Erhalt der Funktionsfähigkeit

Das poröse Polyethylengefüge von SIPERM® HP besitzt eine große innere Oberfläche, in der sich Partikel, Feuchtigkeit oder prozessbedingte Stoffe ablagern können. Um die Funktionsfähigkeit langfristig zu erhalten, ist eine geeignete Reinigung entscheidend. Die Wahl des Reinigungsverfahrens hängt vom Verschmutzungsgrad und vom eingesetzten Medium ab.

Mechanische Reinigung

Eine der effizientesten Methoden für SIPERM® HP ist die mechanische Gegenstromreinigung. Durch das Einleiten eines Luft- oder Gasstroms entgegengesetzt zur Betriebsrichtung werden Ablagerungen in den Poren gelöst und ausgetragen. Für lose Partikel oder leichte Verschmutzungen ist dies ausreichend und kann ohne Ausbau erfolgen.

Spülung mit kompatiblen Medien

Da SIPERM® HP gegen viele Flüssigkeiten chemisch beständig ist, können geeignete Medien zur Spülreinigung eingesetzt werden. Dazu zählen:

• Wasser

• bestimmte Alkohole

• neutrale oder leicht alkalische Lösungen

Nach der Spülung ist vollständiges Trocknen zwingend erforderlich, da Restfeuchtigkeit die Permeabilität beeinflussen und die Funktionsflächen beeinträchtigen kann.

Einschränkungen bei thermischen oder chemischen Verfahren

Thermische Reinigungsverfahren wie Heißdampf oder Pyrolyse sind nicht geeignet, da SIPERM® HP aufgrund seiner polymeren Basis temperaturempfindlich ist. Ebenso sind aggressive Lösungsmittel, stark oxidierende Chemikalien oder halogenierte Substanzen nicht zulässig, da sie das Polymer angreifen können.

Aufgrund der weichen Polymermatrix sind aggressive Lösungsmittel, erhöhte Temperaturen sowie mechanisch oder akustisch intensive Verfahren wie Ultraschall nur eingeschränkt oder gar nicht geeignet.

Durch die geeignete Reinigungsmethode kann die ursprüngliche Permeabilität weitgehend wiederhergestellt werden, wodurch der Werkstoff auch über längere Betriebslaufzeiten hinweg zuverlässig bleibt.

Funktionsvorteile im industriellen Umfeld

SIPERM® HP bietet aufgrund seiner Polyethylenbasis und der definierten Porenstruktur mehrere funktionale Vorteile, die es von metallischen Sinterwerkstoffen unterscheiden und für spezifische Anwendungen besonders geeignet machen.

Sehr geringe Dichte

Das Material ist wesentlich leichter als metallische Alternativen. Dies erleichtert die Integration in Leichtbaukonstruktionen oder mobile Systeme und reduziert Bauteilbelastungen.

Chemische Resistenz in anspruchsvollen Medien

SIPERM® HP bleibt in vielen Medien stabil, darunter Feuchtigkeit, neutrale Flüssigkeiten und organische Stoffe. Dies ermöglicht den Einsatz in Umgebungen, in denen Edelstahl oder Bronze korrodieren könnten.

Elektrische Isolation

Die Polymermatrix wirkt elektrisch isolierend. Dadurch kann SIPERM® HP in Anwendungen eingesetzt werden, in denen metallische Werkstoffe elektrische Störungen verursachen würden oder elektrisch getrennte Bereiche geschützt werden müssen.

Homogene Strömungs- und Entlüftungseigenschaften

Das offene Porennetzwerk sorgt für gleichmäßige Gas- oder Luftverteilung über die gesamte Fläche. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig bei Druckausgleichs- oder Entlüftungsfunktionen, bei denen keine lokalen Engstellen entstehen dürfen.

Elastizität bei moderaten Belastungen

Im Gegensatz zu spröden porösen Werkstoffen besitzt SIPERM® HP eine gewisse Nachgiebigkeit. Diese Flexibilität kann Mikrobewegungen oder leichte Montagekräfte aufnehmen, ohne dass die Porenstruktur beschädigt wird.

Geringe thermische Leitfähigkeit

Das Material erwärmt sich nur langsam und erlaubt Anwendungen, bei denen thermische Isolation oder geringe Wärmeübertragung erwünscht sind.

SIPERM® HP Zusammenfassung

SIPERM® HP ist ein poröser Polyethylen-Werkstoff mit definiertem Porengefüge, der speziell für Anwendungen entwickelt wurde, bei denen Strömungs-, Entlüftungs- oder Druckausgleichsfunktionen unter moderaten mechanischen und thermischen Bedingungen notwendig sind. Die offene Porenstruktur sorgt für reproduzierbare Durchströmungs- und Entlüftungseigenschaften.

Der Werkstoff kombiniert geringe Dichte, chemische Beständigkeit, elektrische Isolation und ausreichende mechanische Stabilität. SIPERM® HP bleibt innerhalb seines zulässigen Temperaturbereichs formstabil und zeigt keine Versprödung. Die Reinigbarkeit durch mechanische Gegenstromprozesse oder geeignete Spüllösungen stellt eine langfristige Nutzung sicher.

Durch die Kombination seiner physikalischen, chemischen und strömungstechnischen Eigenschaften eignet sich SIPERM® HP für technische Anwendungen, in denen metallische poröse Werkstoffe ungeeignet wären oder Polymerwerkstoffe mit definierter Porosität einen funktionellen Vorteil bieten.