Med plastičnimi materiali je poliethertherketon (PEEK) zelo posebna inženirska plastika. Njegova visoka - temperaturna odpornost, korozijska odpornost, odpornost na obrabo in odpornost na hidrolizo so zelo iskani v vesoljskem, avtomobilskem, medicinskem, energiji in moči ter strojih. Spodaj podrobno razložimo, kaj je peek plastika.
Opredelitev materiala poliethertetketona
Polietertherketoton ali peek je termoplastični polimer, ki je le delno kristalni. Ima aromatične obroče, eterske povezave in ketonske skupine. Je najbolj komercialno uspešen član družine Polyyletherketone (PAEK). Etrove vezi (- o -) in ketonske skupine (- c (o) -), ki povezujejo njegove molekularne verige, tvorijo zelo organizirano kristalno strukturo, ki ji daje veliko mehansko in termično stabilnost. Victrex je leta 1981 kupil sorodno podjetje od ICI, s čimer je postala najbolj priljubljena visoka - Performance Engineering Plastic na svetu. ICI se je prvič uvrstila v Združeno kraljestvo leta 1978.
Prednosti molekularne strukture
Eterska povezava naredi molekulo bolj prilagodljivo, benzenski obroč pa je bolj trden. Ketonska skupina močneje medmolekularne sile. Te tri stvari delujejo skupaj, da ohranijo Peekovo strukturo stabilno na tališču 343 stopinj in dolge - terminske temperature obratovanja do 260 stopinj. Ta nenavadna struktura omogoča, da obdrži več kot 90% svoje prvotne moči, tudi na zelo vročih krajih, kot so Nacelles of Aircraft Engines.
Pravila za poimenovanje kemikalij
Polno ime "Polyetheretherketone" opisuje strukturo molekulske verige: poli (polimer) + eter (eter vez) × 2 + keton (ketonska skupina).
Ta shema poimenovanja jasno kaže, kakšna je kemična ličila, in skupni način je poimenovati stvari v znanosti o materialih.
Ključni parametri materiala poliethertetketone
Fizične in mehanske lastnosti
| Lastnina | Vrednost vrednosti | Tehnični pomen |
|---|---|---|
| Gostota | 1,3-1,35 g/cm³ | Le polovica gostote aluminija, kar znatno zmanjša težo opreme |
| Natezna trdnost | 90-100 MPA (neprekinjena smola) | Primerljivo z aluminijevo zlitino (6061-T6 ima natezno trdnost 290 MPa) |
| Fleksibilni modul | 3.6 GPA (neizpolnjena smola) | Lahko doseže 20 gpa z ojačitvijo ogljikovih vlaken, kar presega večino inženirskih plastik |
| Raztezanje ob odmoru | 30%-150% | Združuje togost in žilavost, ki sta sposobna zadržati zapletene napetosti |
Toplotna zmogljivost
Temperatura stekla (TG): 143 stopinj, višja od skupne inženirske plastike (npr. Pom, ki je -60 stopinj).
Temperatura odklona toplote (HDT): 157 stopinj (pod obremenitvijo 1,8 MPa). Izboljšana kristalnost po oblikovanju injiciranja lahko HDT potisne nad 200 stopinj.
Temperaturna odpornost: zdrži kratke - terminske temperature 300 stopinj in lahko deluje neprekinjeno pri 250 stopinjah 10.000 ur brez znatne degradacije.
Kemična in okoljska odpornost
Korozijska odpornost: popolnoma inertna na 98% organskih topil (npr. Aceton, toluen) ter kisle in alkalne raztopine (pH 1-14), razen koncentrirane žveplove kisline. Brez otekanja po potopitvi v 30 -odstotno raztopino KOH tri leta.
Odpornost proti hidrolizi: zdržala je 3000 ciklov sterilizacije pri 134 stopinjah z avtoklavsko paro, izguba teže <0,1%, kar je daleč presegalo standard za medicinsko - stopnjo nerjavečega jekla.
Plamenske lastnosti: lahko dosežete oceno UL 94 V-0, ne da bi dodali zaviralce plamena, in količina dima, ki se sprosti, ko seži, je le 1/5 od tradicionalne plastike.
Tehnologija proizvodnje in predelave materiala poliethertheketone
Mehanizem reakcije polimerizacije
Uporabljena je nukleofilna metoda substitucije s polikondenzacijo z uporabo 4,4 '- difluorobenzofenona in natrijevega bisfenola A kot surovin. Visoka - temperaturna polimerizacija se izvede v difnil sulfonskem topilu pod katalizo brezvodnega kalijevega karbonata. Upoštevajte, da ta reakcija zahteva strogo nadzorovano brezvodno okolje (vsebnost vlage <50 ppm). Mikrovalovna pečica - Podprta polimerizacija lahko reakcijski čas skrajša s 24 ur v tradicionalni refluksni metodi na 3 ure.
Parametri procesa ključnega oblikovanja
Oblikovanje vbrizgavanja:
Temperatura plesni: 160-190 stopinj (za spodbujanje kristalizacije)
Temperatura taline: 370-420 stopinj (da se izognete toplotni razgradnji)
Vbrizgavalni tlak: 70-140 MPa (za zagotovitev polnjenja kompleksnih struktur)
OPOMBA: Krčenje nepopolnih ocen je 1,2 - 2,4%, medtem ko se ocene, ojačene z ogljikovimi vlakni, zmanjšajo na 0,1-1,1%.
Tehnologija 3D tiskanja:
Pri uporabi FDM je treba temperaturo šobe nadzorovati med 360-400 stopinj, ogrevano dno pa v 120 stopinjah, da se čim bolj zmanjša.
Uporaba materiala poliethertetketona
Aerospace
Sistem za odvajanje tovornega vozila Airbus A350 uporablja kompozitni material Victrex Peek namesto aluminijeve zlitine, kar zmanjšuje težo za 50%. Prav tako vzdrži ekstremna nihanja temperature od - 50 stopinj do 120 stopinj in je opravila 100.000 testiranja utrujenosti cikla. Njegov nizki dim in nizka strupenost (SDR manj kot ali enaka 15) izpolnjujejo daleč 25.853 standardov za zaščito pred požarom, zaradi česar je najprimernejši material za notranjost potniških zrakoplovov naslednje generacije.
Medicinski
Ortopedija:
Elastični modul iz ogljikovih vlaken - ojačane peek Interbody Fusion kletke (8-12 GPA) se tesno ujema s človeškim kortikalnim kostim (10-30 GPa), kar učinkovito zmanjšuje zaščito stresa. Ameriška FDA jo je odobrila za uporabo v več kot 20 vrstah vsadkov, vključno s tistimi v vratni in ledveni hrbtenici.
Elektrokirurški instrumenti:
Solvay's Ketaspire® Peek v prahu se razprši na površino kovinskih kanil, pri čemer doseže debelino prevleke le 0,0645 mm. Zdrži napetosti, ki presegajo 10kV in 1.000 ciklov sterilizacije etilen oksida. Uporablja se že v jedrnih komponentah kirurškega robota Da Vinci.
Komponente strojev za predelavo hrane
Polyetheretherketon (PEEK) je material, ki je odporen na čiščenje in dezinfekcijo (ne sprošča škodljive snovi), ima nizko površinsko migracijo in odpornost proti abraziji ter v skladu s standardi stika s hrano. Tipične aplikacije vključujejo jedra ventila v linijah za proizvodnjo mleka, tekoče povezave s tekočimi trakovi v pekarski opremi in filtriranje podpornih okvirjev v stiskalnicah sokov.
Puše, ležaji, tjulnji in nosilci
Polyetheretherketon (PEEK) nadomešča kovino in tradicionalno plastiko v gibljivih delih, zahvaljujoč kombiniranim prednostim nizkega trenja, visoke obremenitve in korozijske odpornosti.
Puše in ležaji: Ogljikova vlakna - ojačani pek se ponaša s koeficientom trenja, ki je nizek do 0,15 (pogoji suhega trenja), 40% nižji od bronastih ležajev. Pri obremenitvi 10 MPa in okolju 150 stopinj je njegova hitrost obrabe le 0,001 mm³/(n · m), zaradi česar je primerna za kemične puše in avtomobilske menjalne ležaje.
Tesnila in podporni obroči: V kislem okolju ekstrakcije surove nafte (ki vsebuje H₂s in Co₂), Peek V - obroči ponujajo življenjsko dobo tesnjenja 10 -krat večja od nitrilne gume. Proizvajalec hidravlične opreme je uporabil podporne prstane za premagovanje težav z odpovedjo plazenja tradicionalnih PTFE obročev s 30 MPa pritiskom in podaljšalo življenjsko dobo s 3.000 na 15.000 ur.
Primerjava med materiali iz polietherthetketona in podobnimi materiali
| Kazalnik uspešnosti | Pokukati | PTFE | Pei | Pi |
|---|---|---|---|---|
| Dolga - temperatura storitve | 260 stopinj | 250 stopinj | 210 stopinj | 300 stopinj |
| Natezna trdnost | 90-100 MPA | 25-35 MPA | 100-110 MPa | 80-100 MPA |
| Koeficient trenja | 0.35-0.45 | 0.03-0.05 | 0.25-0.35 | 0.2-0.3 |
| Dielektrična moč | 50 kV/mm | 50-150 kV/mm | 30-40 kV/mm | 20-30 kV/mm |
| Stroški obdelave | Izjemno visok | Zmerno | Zmerno | Izjemno visok |
Priporočena izbira:
Za visoko - temperaturo in visoko - Aplikacije za tlak: PEEK (upor toplote in hidrolize) je prednostno.
Za Ultra - Zahteve za nizko trenje: PTFE je prednostna, vendar je moč ogrožena.
Za visoko - frekvenčna izolacija: PEI ponuja več stroškov - učinkovita možnost, vendar je njen temperaturni upor omejen.
Pogosta vprašanja
V: Ali je mogoče Peek reciklirati?
O: Trenutno je stopnja recikliranja manjša od 10%, predvsem zaradi visoke porabe energije visoke - temperaturne obdelave in 30% razgradnje v lastnostih recikliranega materiala. Victrex razvija zaprto tehnologijo recikliranja zanke -, ki uporablja depolimerizacijo nadkritične tekočine za povečanje hitrosti recikliranja na 85%.
V: Kako je Peek vezan na kovino?
O: Uporabljajo se lahko kemična sidra (na primer 3M DP460 epoksidno lepilo) ali fizikalni vložki (oblikovani kovinski vložki). Avtomobilski proizvajalec uporablja peek batno enoto z motnjo prilega v aluminijevi zlitini, ki deluje pri 200 stopinjah 10.000 ur, ne da bi se zrahljal.
V: Kakšne so omejitve PEEK v industriji polprevodnikov?
A: Although it can achieve 99.999% purity, particle release (>0,1 μm) je treba nadzorovati<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.
V: Ali je PEEK primeren za dolgo - terminsko zunanjo uporabo?
O: Čisti peek ima povprečno UV odpornost in lahko trpi zaradi površinske klime (približno 10% razgradnje v 5 letih) po dolgotrajni izpostavljenosti sončni svetlobi. Vendar lahko dodajanje ogljikove črne ali UV absorberjev izboljša vremensko odpornost za 3 - 5-krat, zaradi česar je primeren za visoke - temperaturne priključke v fotovoltaičnih elektrarnah in zunanje visokonapetostne stikalne naprave.
V: Ali je mogoče Peek variti? Katere so običajne metode varjenja?
O: Da, lahko ga je varjeno. Običajne metode vključujejo: ① Vroče varjenje plošče (primerno za ravne komponente, pri čemer moč zvara doseže 80% matičnega materiala); ② lasersko varjenje (z natančnostjo do 0,1 mm, primerno za sterilne šive v medicinskih napravah); in ③ ultrazvočno varjenje (zelo učinkovito, ki se uporablja za elektronsko komponentno embalažo). Temperaturo varjenja je treba nadzorovati med 343-380 stopinj (nad tališčem, vendar pod temperaturo razpada).
V: Kakšna je razlika med hrano - pokuka in standardni pokuk?
A: Food - pokukni mora opraviti stroge migracijske teste (na primer direktiva EU 10/2011, ki določa celotno mejo selitve <10mg/dm²). Katalizatorji težkih kovin so med proizvodnjo prepovedani, čistost pa je večja (vsebnost pepela <0,01%). Navadni PEEK zaradi preostalih dodatkov morda ni primeren za aplikacije za stike s hrano.
V: Ali se bo zmogljivost recikliranega materiala za peke poslabšala?
O: Natezna trdnost recikliranega PEEK se bo zmanjšala za 15 - 20%, njegova kristalnost pa za 5 - 8%, predvsem zaradi loma molekulske verige, ki jo povzroči močna predelava pri visokih temperaturah. Trenutno se reciklirani material uporablja samo v nekritičnih strukturnih delih (kot so zaščitni prevleki in oklepaji). Aplikacije višjega cenovnega razreda (na primer medicinsko in letalstvo) še vedno zahtevajo deviški material.