Μεταξύ των πλαστικών υλικών, η πολυαιθυκεθκετόνη (PEEK) είναι ένα πολύ ειδικό πλαστικό μηχανικής. Η υψηλή - αντίσταση θερμοκρασίας, αντίσταση στη διάβρωση, αντίσταση φθοράς και αντίσταση στην υδρόλυση το καθιστά εξαιρετικά περιζήτητο στην αεροδιαστημική, την αυτοκινητοβιομηχανία, την ιατρική, την ενέργεια και την εξουσία, καθώς και τα μηχανήματα. Παρακάτω, εξηγούμε λεπτομερώς τι είναι το Peek Plastic.
Ορισμός του υλικού πολυαιθυκεθκετόνης
Η πολυαιθερκεκετόνη, ή PEEK, είναι ένα θερμοπλαστικό πολυμερές που είναι μόνο μερικώς κρυσταλλικό. Έχει αρωματικά δαχτυλίδια, δεσμούς αιθέρα και ομάδες κετόνης. Είναι το πιο εμπορικά επιτυχημένο μέλος της οικογένειας πολυαρυλοτεθεκεκετό (PAEK). Οι ομάδες αιθέρα (- o -) και οι ομάδες κετόνης (- C (o) -) που συνδέουν τις μοριακές αλυσίδες του σχηματίζουν μια πολύ οργανωμένη κρυσταλλική δομή που του δίνει μεγάλη μηχανική και θερμική σταθερότητα. Η Victrex αγόρασε τη σχετική εταιρεία από την ICI το 1981, καθιστώντας την πιο δημοφιλή υψηλή - Performance Engineering Plastic στον κόσμο. Η ICI το έκανε για πρώτη φορά στο Ηνωμένο Βασίλειο το 1978.
Οφέλη της μοριακής δομής
Ο σύνδεσμος του αιθέρα καθιστά το μόριο πιο ευέλικτο, ενώ ο δακτύλιος βενζολίου το καθιστά πιο άκαμπτο. Η ομάδα κετόνης καθιστά τις ενδομοριακές δυνάμεις ισχυρότερες. Αυτά τα τρία πράγματα λειτουργούν μαζί για να διατηρήσουν τη δομή της Peek σταθερή σε σημείο τήξης 343 βαθμών και μακρά - θερμοκρασία λειτουργίας όρου έως 260 βαθμούς. Αυτή η ασυνήθιστη δομή επιτρέπει να διατηρεί περισσότερο από το 90% της αρχικής της δύναμης, ακόμη και σε πολύ καυτά μέρη όπως τα Nacelles των κινητήρων αεροσκαφών.
Κανόνες για την ονομασία των χημικών ουσιών
Το πλήρες όνομα "πολυαιθυκεθκετόνη" περιγράφει τη δομή της μοριακής αλυσίδας: πολυ (πολυμερές) + αιθέρα (δεσμός αιθέρα) × 2 + κετόνη (ομάδα κετόνης).
Αυτό το σχήμα ονομασίας καθιστά σαφές ποιο είναι το χημικό μακιγιάζ και είναι ένας συνηθισμένος τρόπος να ονομάσουμε τα πράγματα στην επιστήμη των υλικών.
ΠΑΡΑΣΚΕΥΕΣ ΚΥΡΙΟΥ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΠΟΛΕΘΕΘΕΘΕΚεκετονίας
Φυσικές και μηχανικές ιδιότητες
| Ιδιοκτησία | Εύρος τιμών | Τεχνική σημασία |
|---|---|---|
| Πυκνότητα | 1.3-1.35 g/cm3 | Μόνο το ήμισυ της πυκνότητας του αλουμινίου, μειώνοντας σημαντικά το βάρος του εξοπλισμού |
| Αντοχή σε εφελκυσμό | 90-100 MPa (μη ανασταλμένη ρητίνη) | Συγκρίσιμο με κράμα αλουμινίου (6061-T6 έχει αντοχή εφελκυσμού 290 MPa) |
| Μέτρο κάμψης | 3.6 GPa (μη -ρητίνη) | Μπορεί να φτάσει τα 20 GPA με ενίσχυση από ίνες άνθρακα, ξεπερνώντας τα περισσότερα πλαστικά μηχανικής |
| Επιμήκυνση στο διάλειμμα | 30%-150% | Συνδυάζει την ακαμψία και την ανθεκτικότητα, ικανή να αντέξει σύνθετες τάσεις |
Θερμική απόδοση
Θερμοκρασία μετάβασης από γυαλί (TG): 143 βαθμούς, υψηλότερη από την κοινή πλαστική μηχανικής (π.χ. POM, που είναι -60 βαθμοί).
Θερμοκρασία εκτροπής θερμότητας (HDT): 157 βαθμοί (κάτω από φορτίο 1,8 MPa). Η βελτιωμένη κρυσταλλικότητα μετά τη χύτευση με έγχυση μπορεί να ωθήσει το HDT πάνω από 200 βαθμούς.
Αντίσταση θερμοκρασίας: αντέχει σε σύντομο χρονικό διάστημα - θερμοκρασίες όρων 300 βαθμών και μπορεί να λειτουργεί συνεχώς σε 250 βαθμούς για 10.000 ώρες χωρίς σημαντική αποικοδόμηση.
Χημική και περιβαλλοντική αντίσταση
Αντίσταση διάβρωσης: εντελώς αδρανές στο 98% των οργανικών διαλυτών (π.χ. ακετόνη, τολουόλιο) και όξινα και αλκαλικά διαλύματα (ρΗ 1-14), εκτός από συμπυκνωμένο θειικό οξύ. Χωρίς πρήξιμο μετά από εμβάπτιση σε διάλυμα KOH 30% για τρία χρόνια.
Αντίσταση υδρόλυσης: Αντίστοιχα 3.000 κύκλοι αποστείρωσης σε 134 μοίρες με αυτόκλειστο ατμό, με απώλεια βάρους <0,1%, που υπερβαίνει κατά πολύ το πρότυπο για το ιατρικό - ανοξείδωτο χάλυβα βαθμού.
Ιδιότητες επιβραδυντικών φλόγας: Μπορεί να επιτύχει βαθμολογία UL 94 V-0 χωρίς να προσθέτει επιβραδυντικά φλόγας και η ποσότητα καπνού που απελευθερώνεται όταν καίει είναι μόνο το 1/5 του παραδοσιακού πλαστικού.
Τεχνολογία κατασκευής και επεξεργασίας του υλικού πολυαιθυκεθκετόνης
Μηχανισμός αντίδρασης πολυμερισμού
Χρησιμοποιείται μια μέθοδος πολυσυγανεοποίησης πυρηνόφιλης υποκατάστασης, χρησιμοποιώντας 4,4 '- difluorobenzophenone και δισφαινόλη νατρίου Α ως πρώτες ύλες. Υψηλή - πολυμερισμός θερμοκρασίας διεξάγεται σε διαλύτη διφαινυλο σουλφόνης υπό την κατάλυση άνυδρου ανθρακικού καλίου. Σημειώστε ότι αυτή η αντίδραση απαιτεί ένα αυστηρά ελεγχόμενο άνυδρο περιβάλλον (περιεκτικότητα σε υγρασία <50 ppm). Ο μικροκύματος - υποβοηθούμενος πολυμερισμός μπορεί να συντομεύσει τον χρόνο αντίδρασης από 24 ώρες στην παραδοσιακή μέθοδο παλινδρόμησης σε 3 ώρες.
Παράμετροι διαδικασίας χύτευσης κλειδιών
Χύτευση με έγχυση:
Θερμοκρασία μούχλα: 160-190 βαθμός (για την προώθηση της κρυστάλλωσης)
Θερμοκρασία τήγμα: 370-420 βαθμός (για να αποφευχθεί η θερμική αποσύνθεση)
Πίεση έγχυσης: 70-140 MPa (για να εξασφαλιστεί η πλήρωση σύνθετων δομών)
ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Η συρρίκνωση των ακατάλληλων βαθμών είναι 1,2 - 2,4%, ενώ οι βαθμοί ενισχυμένης από ίνες άνθρακα μπορούν να μειωθούν στο 0,1-1,1%.
Τεχνολογία εκτύπωσης 3D:
Όταν χρησιμοποιείτε FDM, η θερμοκρασία του ακροφυσίου θα πρέπει να ελέγχεται μεταξύ 360-400 βαθμών και η θερμαινόμενη κρεβάτι που διατηρείται σε 120 βαθμούς για να ελαχιστοποιηθεί η στρέβλωση.
Η χρήση υλικού πολυαιθυκεθκετόνης
Αεροδιαστημική
Το σύστημα αποστράγγισης φορτίου Airbus A350 χρησιμοποιεί σύνθετο υλικό Victrex Peek αντί για κράμα αλουμινίου, μειώνοντας το βάρος κατά 50%. Αντέχει επίσης τις ακραίες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας από - 50 βαθμούς έως 120 μοίρες και έχει περάσει 100.000 δοκιμές κόπωσης κύκλου. Ο χαμηλός καπνός και η χαμηλή τοξικότητα (SDR λιγότερο από ή ίσο με 15) πληρούν τα πρότυπα πυροπροστασίας 25.853, καθιστώντας το προτιμώμενο υλικό για τους εσωτερικούς χώρους επιβατών επόμενης γενιάς.
Ιατρικός
Ορθοπεδική:
Το ελαστικό μέτρο των ινών άνθρακα - ενισχυμένο κλουβιά σύντηξης PEEK (8-12 GPa) ταιριάζει σημαντικά με αυτόν του ανθρώπινου φλοιώδους οστού (10-30 GPa), μειώνοντας αποτελεσματικά την θωράκιση του στρες. Η FDA των ΗΠΑ το ενέκρινε για χρήση σε περισσότερους από 20 τύπους εμφυτευμάτων, συμπεριλαμβανομένων εκείνων της αυχενικής και οσφυϊκής μοίρας της σπονδυλικής στήλης.
Ηλεκτροχειρουργικά όργανα:
Η σκόνη PEEK Ketaspire® του Solvay ψεκάζεται στην επιφάνεια των μεταλλικών σωληνώσεων, επιτυγχάνοντας πάχος επικάλυψης μόνο 0,0645 mm. Αντιμετωπίζει τάσεις που υπερβαίνουν τις 10KV και 1.000 κύκλους αποστείρωσης του αιθυλενοξειδίου. Χρησιμοποιείται ήδη σε βασικά στοιχεία του χειρουργικού ρομπότ DA Vinci.
Εξαρτήματα μηχανημάτων επεξεργασίας τροφίμων
Η πολυαιθυκεθκετόνη (PEEK) είναι ένα υλικό που είναι ανθεκτικό στον καθαρισμό και την απολύμανση (απελευθέρωση επιβλαβών ουσιών), παρουσιάζει χαμηλή επιφανειακή μετανάστευση και αντοχή στην τριβή και συμμορφώνεται με τα πρότυπα επαφής των τροφίμων. Οι τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν πυρήνες βαλβίδων σε γραμμές παραγωγής γαλακτοκομικών προϊόντων, συνδέσεις μεταφορικών ιμάντων σε εξοπλισμό αρτοποιίας και πλαίσια στήριξης φίλτρων σε πρέσες χυμών.
Δακτύλιοι, ρουλεμάν, σφραγίδες και δαχτυλίδια υποστήριξης
Η πολυαιθυκεθκετόνη (PEEK) αντικαθιστά το μέταλλο και τα παραδοσιακά πλαστικά σε κινούμενα μέρη χάρη στα συνδυασμένα πλεονεκτήματα της χαμηλής τριβής, της υψηλής χωρητικότητας φορτίου και της αντοχής στη διάβρωση.
Οι δακτύλιοι και τα ρουλεμάν: η ενισχυμένη PEEK του άνθρακα - ενισχυμένη PEEK διαθέτει συντελεστή τριβής τόσο χαμηλό όσο 0,15 (συνθήκες ξηρού τριβής), 40% χαμηλότερο από τα χάλκινα έδρανα. Σε φορτίο 10 MPa και περιβάλλον 150 βαθμών, ο ρυθμός φθοράς του είναι μόνο 0,001 mm³/(n · m), καθιστώντας το κατάλληλο για χημικούς δακτυλίους αντλίας και ρουλεμάν μετάδοσης αυτοκινήτων.
Σφραγίδες και δακτύλιοι στήριξης: Στο όξινο περιβάλλον της εκχύλισης αργού πετρελαίου (που περιέχει H₂s και Co₂), οι δακτύλιοι Peek V - προσφέρουν μια ζωή σφράγισης 10 φορές από εκείνη του καουτσούκ νιτρλίου. Ένας κατασκευαστής υδραυλικού εξοπλισμού απασχολούσε δακτυλίους υποστήριξης PEEK για να ξεπεράσει το πρόβλημα αποτυχίας ερπυσμού των παραδοσιακών δακτυλίων PTFE σε πίεση 30 MPa, επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής τους από 3.000 ώρες σε 15.000 ώρες.
Σύγκριση μεταξύ υλικού πολυαιθυκεθκετόης και παρόμοιων υλικών
| Δείκτης απόδοσης | ΚΡΥΦΟΚΟΙΤΑΓΜΑ | Πτέρυγα | Πρεσβύτερος | ΠΙ |
|---|---|---|---|---|
| Long - Θερμοκρασία υπηρεσίας όρου | 260 μοίρες | 250 βαθμός | 210 μοίρες | 300 μοίρες |
| Αντοχή σε εφελκυσμό | 90-100 MPa | 25-35 MPa | 100-110 MPa | 80-100 MPa |
| Συντελεστής τριβής | 0.35-0.45 | 0.03-0.05 | 0.25-0.35 | 0.2-0.3 |
| Διηλεκτρική δύναμη | 50 kV/mm | 50-150 kV/mm | 30-40 kV/mm | 20-30 kV/mm |
| Κόστος επεξεργασίας | Εξαιρετικά υψηλό | Μέτριος | Μέτριος | Εξαιρετικά υψηλό |
Συνιστώμενη επιλογή:
Για υψηλές - θερμοκρασία και υψηλή - Εφαρμογές πίεσης: PEEK (αντίσταση θερμότητας και υδρόλυσης) προτιμάται.
Για το Ultra - απαιτήσεις χαμηλής τριβής: Το PTFE προτιμάται, αλλά η δύναμη διακυβεύεται.
Για την υψηλή - μόνωση συχνότητας: Η PEI προσφέρει ένα περισσότερο κόστος - αποτελεσματική επιλογή, αλλά η αντίσταση της θερμοκρασίας είναι περιορισμένη.
Συχνές ερωτήσεις
Ε: Μπορεί να ανακυκλωθεί η PEEK;
Α: Επί του παρόντος, ο ρυθμός ανακύκλωσης είναι μικρότερος από 10%, κυρίως λόγω της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας υψηλής επεξεργασίας θερμοκρασίας - και αποικοδόμησης 30% στις ιδιότητες του ανακυκλωμένου υλικού. Η Victrex αναπτύσσει κλειστή τεχνολογία ανακύκλωσης βρόχου που χρησιμοποιεί υπερκρίσιμο αποπολυμερισμό υγρού για να αυξήσει το ποσοστό ανακύκλωσης στο 85%.
Ε: Πώς συνδέεται με το μέταλλο;
A: Χημικές άγκυρες (όπως 3Μ DP460 εποξειδική συγκόλληση) ή φυσικά ένθετα (ένθετα μεταλλικών χυτευμένων μεταλλικών). Ένας κατασκευαστής αυτοκινήτων χρησιμοποιεί μια μονάδα εμβόλων PEEK με μια παρέμβαση προσαρμοσμένη σε έναν κύλινδρο κράματος αλουμινίου, ο οποίος έχει λειτουργήσει σε 200 βαθμούς για 10.000 ώρες χωρίς χαλάρωση.
Ε: Ποιοι είναι οι περιορισμοί του Peek στη βιομηχανία ημιαγωγών;
A: Although it can achieve 99.999% purity, particle release (>0,1 μm) πρέπει να ελέγχεται<100 particles/g. Currently, it is only used in non-critical processes such as wafer carriers. Toray Industries' newly developed ultra-clean grade PEEK, with a particle content of less than 10 particles/g, has entered testing on 14nm chip production lines.
Ε: Είναι η PEEK κατάλληλη για το Long - όρος υπαίθρια χρήση;
Α: Η Pure Peek έχει μέση αντίσταση στην υπεριώδη ακτινοβολία και μπορεί να υποφέρει από επιφανειακή εκτόξευση (περίπου 10% αποικοδόμηση σε διάστημα 5 ετών) μετά από παρατεταμένη έκθεση στο φως του ήλιου. Ωστόσο, η προσθήκη αμορτισέρ ή αμορτισέρ μπορεί να βελτιώσει την αντίσταση στις καιρικές συνθήκες κατά 3 - 5 φορές, καθιστώντας το κατάλληλο για υψηλό - συνδετήρες θερμοκρασίας σε φωτοβολταϊκούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και υπαίθρια διανομέα υψηλής τάσης.
Ερ: Μπορεί να συγκολληθεί; Ποιες είναι μερικές κοινές μεθόδους συγκόλλησης;
Α: Ναι, μπορεί να συγκολληθεί. Οι συνήθεις μέθοδοι περιλαμβάνουν: ① συγκόλληση ζεστού πλάκας (κατάλληλη για επίπεδα εξαρτήματα, με αντοχή συγκόλλησης να φτάνει το 80% του γονικού υλικού). ② συγκόλληση με λέιζερ (με ακρίβεια έως 0,1mm, κατάλληλη για αποστειρωμένες ραφές σε ιατρικές συσκευές). και ③ υπερηχητική συγκόλληση (εξαιρετικά αποτελεσματική, που χρησιμοποιείται για ηλεκτρονική συσκευασία εξαρτημάτων). Η θερμοκρασία συγκόλλησης πρέπει να ελέγχεται μεταξύ 343-380 βαθμών (πάνω από το σημείο τήξης αλλά κάτω από τη θερμοκρασία αποσύνθεσης).
Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των τροφίμων - βαθμού Peek και Standard Peek;
Α: Τρόφιμα - Βαθμός PEEK Πρέπει να περάσουν αυστηρές δοκιμές μετανάστευσης (όπως η οδηγία της ΕΕ 10/2011, η οποία ορίζει ένα πλήρες όριο μετανάστευσης <10mg/dm2). Οι καταλύτες βαρέων μετάλλων απαγορεύονται κατά τη διάρκεια της παραγωγής και η καθαρότητα είναι υψηλότερη (περιεκτικότητα σε τέφρα <0,01%). Η συνηθισμένη ματιά μπορεί να μην είναι κατάλληλη για εφαρμογές επικοινωνίας με τρόφιμα λόγω υπολειμματικών προσθέτων.
Ε: Θα υποβαθμιστεί η απόδοση του ανακυκλωμένου υλικού PEEK;
Α: Η αντοχή εφελκυσμού της ανακυκλωμένης PEEK θα μειωθεί κατά 15 - 20%και η κρυσταλλικότητά του κατά 5 - 8%, κυρίως λόγω θραύσης μοριακής αλυσίδας που προκαλείται από βαριά επεξεργασία σε υψηλές θερμοκρασίες. Επί του παρόντος, το ανακυκλωμένο υλικό χρησιμοποιείται μόνο σε μη κρίσιμα δομικά μέρη (όπως προστατευτικά καλύμματα και αγκύλες). Οι εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας (όπως η ιατρική και η αεροπορία) εξακολουθούν να απαιτούν παρθένο υλικό.