Plastik malzemeler arasında, polietheretherketon (PEEK) çok özel bir mühendislik plastiktir. Yüksek - sıcaklık direnci, korozyon direnci, aşınma direnci ve hidroliz direnci, havacılık, otomotiv, tıbbi, enerji ve güç ve makinelerde yüksek oranda aranır. Aşağıda, Peek plastiğinin ne olduğunu ayrıntılı olarak açıklıyoruz.
Polietheretherketon materyalinin tanımı
Polieteretherketon veya Peek, sadece kısmen kristalli bir termoplastik polimerdir. Aromatik halkalar, eter bağlantıları ve keton grupları vardır. PolyaryLeterketon (Paek) ailesinin ticari olarak en başarılı üyesidir. Moleküler zincirlerini bağlayan eter bağları (- o -}}) ve keton grupları (- c (o) -), ona büyük mekanik ve termal stabilite veren çok organize kristalin bir yapı oluşturur. Victrex, ilgili şirketi 1981 yılında ICI'den satın aldı ve onu dünyanın en popüler - Performans Mühendisliği plastik haline getirdi. ICI ilk olarak İngiltere'de 1978'de yaptı.
Moleküler yapının faydaları
Eter bağlantısı molekülü daha esnek hale getirirken, benzen halkası onu daha sert hale getirir. Keton grubu moleküller arası kuvvetleri daha güçlü hale getirir. Bu üç şey, Peek'in yapısını 343 derecelik bir erime noktasında sabit tutmak için birlikte çalışır ve 260 dereceye kadar uzun bir - süreli çalışma sıcaklığı. Bu alışılmadık yapı, uçak motorlarının nacelleri gibi çok sıcak yerlerde bile orijinal gücünün% 90'ından fazlasını korumasını sağlar.
Kimyasalları adlandırma kuralları
Tam adı "poliethereterkeon" moleküler zincir yapısını tanımlar: poli (polimer) + eter (eter bağı) × 2 + keton (keton grubu).
Bu adlandırma şeması, kimyasal makyajın ne olduğunu açıkça ortaya koymaktadır ve malzeme biliminde şeyleri adlandırmanın ortak bir yoludur.
Polyetheretherketon malzemesinin çekirdek performans parametreleri
Fiziksel ve mekanik özellikler
| Mülk | Değer aralığı | Teknik önem |
|---|---|---|
| Yoğunluk | 1.3-1.35 g/cm³ | Alüminyum yoğunluğunun sadece yarısı, ekipman ağırlığını önemli ölçüde azaltır |
| Gerilme mukavemeti | 90-100 MPa (doldurulmamış reçine) | Alüminyum alaşımıyla karşılaştırılabilir (6061-T6, 290 MPa'lık bir gerilme mukavemeti vardır) |
| Bükülme modülü | 3.6 GPA (doldurulmamış reçine) | Çoğu mühendislik plastikinden daha iyi performans gösteren karbon fiber takviyesi ile 20 GPA'ya ulaşabilir |
| Molada Uzatma | 30%-150% | Karmaşık streslere dayanabilen sertlik ve tokluğu birleştirir |
Termal performans
Cam geçiş sıcaklığı (TG): 143 derece, ortak mühendislik plastiklerinden daha yüksek (örn. POM, -60 derece).
Isı sapma sıcaklığı (HDT): 157 derece (1.8 MPa yük altında). Enjeksiyon kalıplamadan sonra iyileştirilmiş kristallik, HDT'yi 200 derecenin üzerine çıkarabilir.
Sıcaklık direnci: 300 derecelik kısa - terim sıcaklıklarına dayanır ve önemli bir bozulma olmadan 10.000 saat boyunca sürekli 250 derecede çalışabilir.
Kimyasal ve çevresel direnç
Korozyon direnci: Konsantre sülfürik asit hariç, organik çözücülerin (örn. Aseton, toluen) ve asidik ve alkalin çözeltilerinin (pH 1-14)% 98'ine tamamen inert. Üç yıl boyunca% 30 KOH çözeltisine daldırıldıktan sonra şişme yok.
Hidroliz Direnci: Autoclave buharı ile 134 derecede 3.000 sterilizasyon döngüsüne dayanarak <%0.1 kilo kaybı ile, tıbbi - dereceli paslanmaz çelik için standardı çok aştı.
Alev Geciktirici Özellikleri: Alev geciktiricileri eklemeden UL 94 V-0 derecelendirmesini sağlayabilir ve yanma sırasında salınan duman miktarı geleneksel plastiklerin sadece 1/5'sidir.
Polieteretherketon malzemesinin üretim ve işleme teknolojisi
Polimerizasyon reaksiyon mekanizması
Hammadde olarak 4,4 '- diflorobenzofenon ve sodyum bisfenol A kullanılarak bir nükleofilik ikame polikondensasyon yöntemi kullanılır. Yüksek - Sıcaklık polimerizasyonu, susuz potasyum karbonat katalizinde difenil sülfon çözücü içinde gerçekleştirilir. Bu reaksiyonun sıkı bir şekilde kontrol edilen susuz bir ortam (nem içeriği <50 ppm) gerektirdiğini unutmayın. Mikrodalga - Destekli polimerizasyon, geleneksel reflü yöntemindeki 24 saatten 3 saate kadar reaksiyon süresini kısaltabilir.
Anahtar kalıplama işlemi parametreleri
Enjeksiyon kalıplama:
Kalıp sıcaklığı: 160-190 derece (kristalleşmeyi teşvik etmek için)
Eriyik sıcaklığı: 370-420 derece (termal ayrışmayı önlemek için)
Enjeksiyon basıncı: 70-140 MPa (karmaşık yapıların doldurulmasını sağlamak için)
Not: Doldurulmamış kalitelerin büzülmesi 1.2 -%2.4 iken, karbon fiber takviyeli kalitelerin%0.1-1.1'e düşürülebilir.
3D baskı teknolojisi:
FDM kullanılırken, nozul sıcaklığı 360-400 derece arasında kontrol edilmeli ve ısınan yatak, çözülmeyi en aza indirmek için 120 derecede tutulmalıdır.
Polietheretherketon malzemesinin kullanımı
Havacılık
Airbus A350 kargo tutma drenaj sistemi, alüminyum alaşımı yerine Victrex Peek kompozit malzemesini kullanır ve ağırlığı%50 oranında azaltır. Ayrıca - 50 dereceden 120 dereceye kadar aşırı sıcaklık dalgalanmalarına dayanır ve 100.000 döngü yorgunluğu testini geçmiştir. Düşük dumanı ve düşük toksisitesi (15 yaşından küçük veya 15'e eşit SDR) uzak 25.853 yangın koruma standartlarını karşılayarak onu yeni nesil yolcu uçakları için tercih edilen malzeme haline getirir.
Tıbbi
Ortopedi:
Karbon fiberin elastik modülü - Güçlendirilmiş Peek Interbody füzyon kafesleri (8-12 GPA), insan kortikal kemiğinin (10-30 GPa) ile yakından eşleşir ve stres korumasını etkili bir şekilde azaltır. ABD FDA, servikal ve lomber omurgada olanlar da dahil olmak üzere 20'den fazla implant türünde kullanım için onayladı.
Elektrocerrahi aletleri:
Solvay'ın Ketaspire® Peek tozu, metal kanüllerin yüzeyine püskürtülür ve sadece 0.0645 mm'lik bir kaplama kalınlığı elde edilir. 10kV ve 1.000 döngü etilen oksit sterilizasyonunu aşan voltajlara dayanır. Da Vinci Cerrahi Robotunun çekirdek bileşenlerinde zaten kullanılmıştır.
Gıda İşleme Makineleri Bileşenleri
Polieteretherketon (PEEK), temizleme ve dezenfeksiyona dirençli (zararlı maddeler serbest bırakma), düşük yüzey göçü ve aşınma direnci sergileyen ve gıda temas standartlarına uygun bir malzemedir. Tipik uygulamalar arasında süt üretim hatlarında valf çekirdekleri, fırın ekipmanlarındaki konveyör bant bağlantıları ve meyve suyu preslerinde filtre destek çerçeveleri bulunur.
Burçlar, rulmanlar, mühürler ve destek halkaları
Polyetheretherketon (PEEK), düşük sürtünme, yüksek yük kapasitesi ve korozyon direncinin kombine avantajları sayesinde hareketli parçalardaki metal ve geleneksel plastiklerin yerini alıyor.
Burçlar ve yataklar: Karbon fiber - Güçlendirilmiş Peek, bronz yataklardan% 40 daha düşük, 0.15 (kuru sürtünme koşulları) gibi düşük bir sürtünme katsayısına sahiptir. 10 MPa yükünde ve 150 derecelik bir ortamda, aşınma oranı sadece 0.001 mm³/(n · m), bu da kimyasal pompa burçları ve otomotiv iletim rulmanları için uygun hale getirir.
Contalar ve destek halkaları: Ham yağ ekstraksiyonunun asidik ortamında (H₂s ve Co₂ içeren), Peek V - halkaları, nitril kauçuğun 10 katı bir sızdırmazlık ömrü sunar. Bir hidrolik ekipman üreticisi, geleneksel PTFE halkalarının 30 MPa basıncında sürünme başarısızlığı probleminin üstesinden gelmek için PEEK destek halkaları kullandı ve servis ömrünü 3.000 saatten 15.000 saate uzattı.
Polieteretherketon malzemesi ve benzeri malzemeler arasındaki karşılaştırma
| Performans göstergesi | Göz atmak | Ptfe | Pei | Pi |
|---|---|---|---|---|
| Uzun - terim servis sıcaklığı | 260 derece | 250 derece | 210 derece | 300 derece |
| Gerilme mukavemeti | 90-100 MPa | 25-35 MPa | 100-110 MPA | 80-100 MPa |
| Sürtünme katsayısı | 0.35-0.45 | 0.03-0.05 | 0.25-0.35 | 0.2-0.3 |
| Dielektrik mukavemet | 50 kV/mm | 50-150 kV/mm | 30-40 kV/mm | 20-30 kV/mm |
| İşleme maliyeti | Son derece yüksek | Ilıman | Ilıman | Son derece yüksek |
Önerilen seçim:
Yüksek - sıcaklık ve yüksek - basınç uygulamaları için: PEEK (ısı ve hidroliz direnci) tercih edilir.
Ultra - düşük sürtünme gereksinimleri için: PTFE tercih edilir, ancak mukavemet tehlikeye girer.
Yüksek - frekans yalıtım için: PEI daha fazla maliyet - Etkili seçenek sunar, ancak sıcaklık direnci sınırlıdır.
SSS
S: Peek geri dönüştürülebilir mi?
C: Şu anda, öncelikle yüksek - sıcaklık işlemenin yüksek enerji tüketimi ve geri dönüştürülmüş malzemenin özelliklerinde% 30 bozulması nedeniyle geri dönüşüm oranı% 10'dan azdır. Victrex, geri dönüşüm oranını%85'e çıkarmak için süperkritik sıvı depolimerizasyonu kullanan kapalı - döngü geri dönüşüm teknolojisi geliştirmektedir.
S: Peek metale nasıl bağlanır?
A: Kimyasal ankrajlar (3M DP460 epoksi yapıştırıcısı gibi) veya fiziksel ekler (kalıplanmış metal ekler) kullanılabilir. Bir otomotiv üreticisi, alüminyum alaşımlı bir silindire sığmayan bir Peek piston ünitesi kullanır, bu da gevşemeden 10.000 saat boyunca 200 derecesinde çalışır.
S: Yarı iletken endüstrisindeki PEEK'in sınırlamaları nelerdir?
A: Although it can achieve 99.999% purity, particle release (>0.1μm) kontrol edilmelidir.<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.
S: PEEK uzun - terim dış mekan kullanımı için uygun mu?
C: Saf PEEK ortalama UV direncine sahiptir ve güneş ışığına uzun süre maruz kaldıktan sonra yüzey koleksiyonundan (5 yıl boyunca yaklaşık% 10 bozulma) muzdarip olabilir. Bununla birlikte, karbon siyahı veya UV emicilerin eklenmesi, hava direncini 5 kez 3 - iyileştirebilir, bu da fotovoltaik enerji santrallerinde ve açık hava yüksek voltajlı şalterinde yüksek - sıcaklık konektörleri için uygun hale getirebilir.
S: Peek kaynaklanabilir mi? Bazı yaygın kaynak yöntemleri nelerdir?
C: Evet, kaynaklanabilir. Yaygın yöntemler şunları içerir: ① Sıcak plaka kaynağı (düz bileşenler için uygundur, kaynak mukavemeti ana malzemenin% 80'ine ulaşır); ② Lazer kaynağı (tıbbi cihazlarda steril dikişler için uygun 0.1 mm'ye kadar doğrulukla); ve ③ Ultrasonik kaynak (yüksek verimli, elektronik bileşen ambalajı için kullanılır). Kaynak sıcaklığı 343-380 derece (erime noktasının üstünde ancak ayrışma sıcaklığının altında) arasında kontrol edilmelidir.
S: Gıda - Sınıf PEEK ile standart PEEK arasındaki fark nedir?
A: Gıda - Sınıf PEEK, sıkı geçiş testlerinden (<10mg/dm² tam bir göç sınırını belirleyen AB Direktifi 10/2011 gibi) geçirmelidir. Üretim sırasında ağır metal katalizörler yasaktır ve saflık daha yüksektir (kül içeriği <%0.01). Sıradan PEEK, artık katkı maddeleri nedeniyle gıda temas uygulamaları için uygun olmayabilir.
S: Geri dönüştürülmüş Peek malzemesinin performansı azalacak mı?
C: Geri dönüştürülmüş PEEK'in gerilme mukavemeti, öncelikle yüksek sıcaklıklarda ağır işlemenin neden olduğu moleküler zincir kırılmasından dolayı, 15 -%20 ve kristalliğinin 5 -%8 azalacaktır. Şu anda, geri dönüştürülmüş malzeme sadece kritik olmayan yapısal parçalarda (koruyucu kapaklar ve parantez gibi) kullanılmaktadır. Üst düzey uygulamalar (tıbbi ve havacılık gibi) hala bakire malzeme gerektirir.