Deunydd peek & Eiddo

1. Cyflwyniad

1.1 Diffiniad o ddeunydd peek

Polyethertherketon (Deunydd peek) yn bolymer thermoplastig lled-grisialog sy'n perthyn i'r polyaryletherketone (Paek) nheuluoedd.

Mae Peek yn darparu sefydlogrwydd thermol eithriadol, cryfder mecanyddol, ac ymwrthedd cemegol, gan ei wneud yn ddelfrydol ar gyfer mynnu cymwysiadau peirianneg.

Mae ei allu i gadw perfformiad o dan amodau eithafol yn ei ddyrchafu i'r dosbarth o bolymerau perfformiad uchel.

1.2 Hanes a Datblygiad Peek

Syntheseiddiwyd Peek gyntaf yn 1978 gan ICI (Diwydiannau Cemegol Imperial), bellach yn rhan o Victrex plc.

A ddatblygwyd i ddechrau ar gyfer y diwydiannau awyrofod a modurol, Ers hynny mae Peek wedi ehangu i fod yn feddygol, electroneg, a sectorau ynni oherwydd ei broffil eiddo heb ei gyfateb.

Dros y pedwar degawd diwethaf, Mae arloesi parhaus mewn technegau synthesis a phrosesu wedi gwneud Peek yn ddeunydd conglfaen mewn gweithgynhyrchu uwch.

1.3 Statws Peek mewn Plastigau Peirianneg Perfformiad Uchel

Ymhlith polymerau perfformiad uchel, Mae Peek yn sefyll allan am ei gydbwysedd o brosesadwyedd a pherfformiad.

Mae'n cystadlu â deunyddiau fel polyimidau, polysulfones, a fflworopolymerau ond yn aml yn eu perfformio'n well mewn thermol, gemegol, a pharthau mecanyddol.

Adlewyrchir ei statws premiwm yn ei gost, Ond mae'r gwerth y mae'n ei ddarparu mewn cymwysiadau sy'n hanfodol i genhadaeth yn cyfiawnhau'r buddsoddiad.

2. Strwythur cemegol a synthesis cipolwg

2.1 Cemegol

Mae strwythur macromoleciwlaidd Peek yn cynnwys ailadrodd unedau o gysylltiadau ether a ceton rhwng modrwyau aromatig:

–O–Ph–O–Ph–CO–Ph–

• Rhegi = Grŵp phenylene (aromatig)
• O = Pont ether
• Nghwm = Grŵp ceton

Mae'r motiffau strwythurol hyn yn cyfrannu at:

• Anhyblygedd (modrwyau aromatig)
• Hyblygrwydd (Cysylltiadau Ether)
• Gwrthiant thermol (grwpiau ceton)

Mae natur lled-grisialog PEEK yn arwain at ei gymesuredd asgwrn cefn, caniatáu pacio tynn mewn rhanbarthau crisialog wrth gynnal rhanbarthau amorffaidd ar gyfer caledwch.

2.2 Dull Synthesis

Mae deunydd peek yn cael ei syntheseiddio trwy adwaith polycondensation twf cam, yn nodweddiadol yn cynnwys:

• Monomerau: 4,4′ -Difluorobenzophenone (Dfbp) a hydroquinone (Hq)
• Toddyddion: Sulfone diphenyl
• Catalydd: Halwynau alcali fel sodiwm carbonad

Trosolwg Ymateb:

DFBP + HQ → PEEK + HF (byproduct)

Mae'r adwaith yn digwydd ar dymheredd uchel (300–400 ° C.) o dan amodau rheoledig i gyflawni polymerau pwysau moleciwlaidd uchel.

3. Nodweddion Perfformiad Craidd Peek

3.1 Priodweddau Corfforol

Dwysedd

Gyda dwysedd o 1.30 g/cm³, Mae deunydd peek yn ddwysach na'r mwyafrif o blastigau confensiynol ond yn ysgafnach na metelau, Yn cynnig cymhareb cryfder-i-bwysau da.

Lliw ac Ymddangosiad

Mae peek yn naturiol llwydfelyn, gyda llyfn, ymddangosiad lled-sglein. Gellir ei bigmentu, er y gall colorants effeithio ar grisialogrwydd ac eiddo.

Caledwch

• Caledwch Rockwell: R126 - R130
• Caledwch Vickers: ~ 250 HV

Mae deunydd peek yn dangos caledwch arwyneb rhagorol sy'n addas ar gyfer gwisgo a gwrthsefyll crafiad.

Eiddo thermol

• Ymdoddbwynt: 343°C
• Pontio gwydr (TG): 143°C
• Anffurfiad Thermol: Lleiafswm hyd at 260 ° C.

Sefydlogrwydd dimensiwn

Mae Peek yn arddangos amsugno lleithder isel iawn (<0.1%), gan arwain at sefydlogrwydd dimensiwn rhagorol, hyd yn oed mewn amgylcheddau llaith neu dymheredd uchel.

3.2 Priodweddau Cemegol

Gwrthiant cemegol

Mae Peek yn gwrthsefyll ystod eang o gemegau, gan gynnwys:

• Asidau (sylffwrig, nitrig)
• Seiliau (sodiwm hydrocsid, amonia)
• Hydrocarbonau
• Alcoholau

Nid yw'r mwyafrif o doddyddion yn ymosod arno, gan ei wneud yn ddelfrydol ar gyfer offer prosesu cemegol.

Gwrthiant toddyddion

Mae Peek yn parhau i fod yn sefydlog yn:

• Aseton
• Tolwen
• Ethanol
• Methylen clorid (gall chwydd cyfyngedig ddigwydd)

Gwrthsefyll Cyrydiad

Mae asgwrn cefn anadweithiol Peek yn darparu ymwrthedd naturiol i gyrydiad, gan ei wneud yn addas ar gyfer amgylcheddau ymosodol.

Arafwch fflam

• Ul 94 sgôr: V-0 (hunan-ddiffodd)
• Mwg isel ac allyriadau nwy gwenwynig
• Yn cwrdd â safonau diwydiant awyrofod a rheilffyrdd

Inswleiddio Trydanol

Mae Peek yn ynysydd trydanol da, Cadw eiddo ar dymheredd uchel ac amleddau.

Biocompatibility

Mae Peek gradd feddygol yn cydymffurfio â:

• Iso 10993
• Dosbarth USP VI
• Yn addas ar gyfer mewnblaniadau tymor hir ac offer llawfeddygol

3.3 Priodweddau mecanyddol

Cryfder Tynnol

Mae deunydd peek yn arddangos cryfder tynnol uchel (~ 100 MPa), cynnal stiffrwydd o dan lwyth.

Cryfder flexural a chywasgol

Ei fodwlws flexural (~ 4 GPA) ac mae cryfder cywasgol yn atgyfnerthu ei addasrwydd ar gyfer rhannau sy'n dwyn llwyth.

Gwrthiant Effaith a Blinder

Mae Peek yn gwrthsefyll effeithiau dro ar ôl tro a llwytho cylchol heb gracio, beirniadol mewn cymwysiadau awyrofod a meddygol.

3.4 Eiddo thermol

Perfformiad tymheredd uchel

Mae Peek yn cadw priodweddau mecanyddol yn:

• Tymheredd defnydd parhaus: hyd at 260 ° C.
• Copaon tymor byr hyd at 300 ° C.

Gwrthiant ymgripiol

Mae Peek yn dangos ymgripiad isel iawn, hyd yn oed o dan lwyth uchel ar dymheredd uchel.

Dargludedd Thermol

• Oddeutu 0.25 W/m·K

Er nad yw'n ddargludydd da, Mae sefydlogrwydd thermol yn ei gwneud yn addas ar gyfer cydrannau sy'n agored i wres.

3.5 Gwisgwch eiddo

Mae Peek yn cynnig gwrthiant gwisgo rhagorol, yn enwedig wrth ei lenwi â ffibr carbon, graffit, neu ptfe.

3.6 Inswleiddio Trydanol

Mae priodweddau inswleiddio Peek yn sefydlog ar draws amrediad tymheredd ac amledd eang.

3.7 Cysgodi electromagnetig

Tra nad yw deunydd peek heb ei lenwi yn cynnig cysgodi emi, graddau llawn carbon (e.e., Cf-peek) darparu effeithiolrwydd cysgodi cymedrol, gan eu gwneud yn addas ar gyfer clostiroedd electronig.

4. Dulliau prosesu o PEEK

4.1 Mowldio Chwistrellu

Gellir prosesu Peek gan ddefnyddio mowldio chwistrelliad, sy'n ddull cyffredin ar gyfer cynhyrchu siapiau a chydrannau cymhleth.

Mae'r broses yn cynnwys toddi pelenni peek a chwistrellu'r deunydd tawdd i mewn i fowld o dan bwysedd uchel.

Mae mowldio chwistrelliad yn caniatáu ar gyfer cynhyrchu rhannau manwl uchel gyda dimensiynau ac eiddo cyson.

4.2 Mowldio allwthio

Defnyddir mowldio allwthio i gynhyrchu cipolwg ar ffurf gwiail, tiwbiau, a thaflenni.

Mae'r broses yn cynnwys toddi cipolwg a'i gorfodi trwy farw i ffurfio'r siâp a ddymunir. Mae allwthio yn arbennig o ddefnyddiol ar gyfer cynhyrchu proffiliau a chydrannau parhaus gyda chroestoriadau unffurf.

4.3 Peiriannu CNC ac argraffu 3D

Gellir peiriannu peek gan ddefnyddio CNC (Rheolaeth Rhifiadol Cyfrifiadurol) technegau i gynhyrchu rhannau manwl gywir a chymhleth.

Mae ei galedwch uchel a'i wrthwynebiad gwisgo yn ei gwneud yn addas ar gyfer Peiriannu CNC gweithrediadau fel troi, melinau, a drilio.

Yn ogystal, Gellir prosesu Peek gan ddefnyddio FDM (Modelu dyddodiad wedi'i asio) 3D argraffu, gan ganiatáu ar gyfer cynhyrchu rhannau arfer gyda dyluniadau cymhleth.

4.4 Triniaeth Gwres ac Annealing

Gellir trin gwres neu anelio Peek i wella ei briodweddau mecanyddol a lleihau straen mewnol.

Mae triniaeth wres yn arbennig o ddefnyddiol ar gyfer cydrannau sydd angen sefydlogrwydd dimensiwn uchel ac ymwrthedd i ymgripiad.

5. Addasu a deunyddiau cyfansawdd o PEEK

5.1 Ychwanegu ffibr gwydr (Gf-peek)

Peek wedi'i atgyfnerthu â ffibr gwydr (Gf-peek) yn ddeunydd cyfansawdd sy'n gwella cryfder mecanyddol a stiffrwydd cipolwg.

Mae ychwanegu ffibrau gwydr yn gwella'r cryfder tynnol, Cryfder Flexural, a gwrthsefyll effaith y deunydd.

Mae GF-PEEK yn darparu cryfder uchel a sefydlogrwydd dimensiwn, gan ei wneud yn ddelfrydol ar gyfer cydrannau awyrofod a pheiriannau diwydiannol.

5.2 Ychwanegu ffibr carbon (Cf-peek)

Peek wedi'i atgyfnerthu â ffibr carbon (Cf-peek) yn ddeunydd cyfansawdd arall sy'n gwella priodweddau mecanyddol PEEK yn sylweddol.

Mae CF-PEEK yn cynnig cryfder uwch, stiffrwydd, a gwisgo ymwrthedd o'i gymharu â chipked heb ei lenwi.

Mae'r deunydd peek hwn yn dominyddu cymwysiadau sy'n mynnu ysgafnder a chryfder, yn enwedig mewn cydrannau awyrofod a modurol.

5.3 Ychwanegu ireidiau (megis graffit, PTFE)

Mae deunydd peek yn derbyn addasiadau iraid fel graffit neu PTFE i wella ymwrthedd gwisgo a lleihau ffrithiant.

Mae'r addasiadau hyn yn arbennig o ddefnyddiol mewn cymwysiadau sy'n cynnwys rhannau llithro neu gylchdroi, megis Bearings a Morloi.

5.4 Tabl Cymharu Perfformiad

Mae'r tabl canlynol yn cymharu priodweddau cipolwg heb ei lenwi, Gf-peek, a cf-peek:

6. Ardaloedd cymhwysiad o ddeunydd peek

6.1 Awyrofod

• Cydrannau injan: Defnyddir Peek mewn cydrannau injan jet oherwydd ei wrthwynebiad tymheredd uchel a'i briodweddau ysgafn.
• Rhannau Strwythurol: Defnyddir deunydd peek mewn cydrannau strwythurol fel cromfachau, clymwyr, a chysylltwyr.
• Cydrannau electronig: Defnyddir PEEK mewn electroneg awyrofod oherwydd ei inswleiddiad trydanol a gwrth -fflam.

6.2 Diwydiant Meddygol

• Mewnblaniadau: Mae Peek yn gweithredu fel deunydd delfrydol ar gyfer mewnblaniadau meddygol fel cewyll asgwrn cefn ac amnewidiadau ar y cyd, cynnig biocompatibility eithriadol a chryfder mecanyddol.
• Offerynnau Llawfeddygol: Defnyddir Peek mewn offer llawfeddygol oherwydd ei wrthwynebiad sterileiddio a'i wrthwynebiad gwisgo.
• Offer Meddygol: Defnyddir Peek mewn dyfeisiau meddygol fel pympiau a falfiau oherwydd ei wrthwynebiad cemegol a'i biocompatibility.

6.3 Meysydd Diwydiannol

• Morloi Tymheredd Uchel: Mae Peek yn perfformio'n ddibynadwy mewn morloi tymheredd uchel ar gyfer tyrbinau stêm ac offer prosesu cemegol.
• Berynnau: Defnyddir peek mewn berynnau oherwydd ei ffrithiant isel a'i wrthwynebiad gwisgo.
• Cydrannau Pwmp a Falf: Mae deunydd peek yn rhagori mewn cydrannau pwmp a falf oherwydd ei wrthwynebiad cemegol a'i sefydlogrwydd dimensiwn.

6.4 Electroneg a Thrydanol

• Deunyddiau inswleiddio: Mae Peek yn gweithredu fel deunydd inswleiddio rhagorol ar gyfer cydrannau trydanol, Diolch i'w gryfder dielectrig rhagorol.
• Cysylltwyr: Defnyddir Peek mewn cysylltwyr oherwydd ei inswleiddiad trydanol a gwrth -fflam.
• Bwrdd Cylchdaith yn cefnogi: Mae Peek yn rhagori fel deunydd cymorth bwrdd cylched oherwydd ei sefydlogrwydd dimensiwn uwchraddol a'i wrthwynebiad thermol.

6.5 Ceisiadau eraill

• Prosesu bwyd: Defnyddir Peek mewn offer prosesu bwyd oherwydd ei wrthwynebiad cemegol a'i fiocompatibility.
• Diwydiant Modurol: Mae Peek yn gwasanaethu mewn synwyryddion a chysylltwyr modurol, gan ysgogi ei natur ysgafn a'i wrthwynebiad tymheredd uchel.
• Diwydiant Niwclear: Mae Peek yn perfformio'n ddibynadwy mewn cymwysiadau niwclear oherwydd ei wrthwynebiad ymbelydredd eithriadol a'i sefydlogrwydd cemegol.

7. Manteision a chyfyngiadau deunydd peek

7.1 Manteision

• Perfformiad tymheredd uchel: Gall Peek gynnal ei briodweddau ar dymheredd hyd at 250 ° C., gan ei wneud yn addas ar gyfer cymwysiadau tymheredd uchel.
• Gwrthiant cemegol: Mae Peek yn gallu gwrthsefyll ystod eang o gemegau, gan gynnwys asidau, seiliau, a thoddyddion.
• Cryfder mecanyddol: Mae Peek yn arddangos tynnol uchel, flexural, a chryfderau cywasgol, gan ei wneud yn addas ar gyfer mynnu ceisiadau.
• Biocompatibility: Mae deunydd peek yn biocompatible ac yn wenwynig, gan ei wneud yn ddelfrydol ar gyfer cymwysiadau meddygol.

7.2 Cyfyngiadau

• Cost uchel: Peek yw un o'r plastigau peirianneg ddrutaf, sy'n cyfyngu ar ei ddefnydd mewn cymwysiadau cost-sensitif.
• Anhawster prosesu: Mae angen tymereddau a phwysau prosesu uchel ar Peek, a all fod yn heriol i rai prosesau gweithgynhyrchu.
• Ddwysedd uchel: Mae gan Peek ddwysedd cymharol uchel o'i gymharu â phlastigau peirianneg eraill, a all fod yn anfantais mewn cymwysiadau sy'n gofyn am ddeunyddiau ysgafn.

8. Deunyddiau amgen ar gyfer cipolwg

8.1 Amnewidion plastig tymheredd uchel

• Pei (Poly utimide): Mae PEI yn blastig tymheredd uchel gydag eiddo mecanyddol a thermol rhagorol. Fe'i defnyddir yn aml fel dewis arall yn lle edrych mewn cymwysiadau sy'n gofyn am wrthwynebiad tymheredd uchel.
• PPP (Sylffid polyphenylene): Mae PPS yn blastig tymheredd uchel arall gyda gwrthiant cemegol rhagorol a sefydlogrwydd dimensiwn.
• Pai (Polyimidau): Mae PAI yn bolymer perfformiad uchel gydag eiddo thermol a mecanyddol eithriadol, a ddefnyddir yn aml wrth fynnu cymwysiadau.

8.2 Eilyddion metel

• Dur Di-staen: Dur gwrthstaen yn lle metel cyffredin yn lle edrych mewn cymwysiadau sy'n gofyn am gryfder uchel a gwrthiant cyrydiad.
• Titaniwm Alloy: Aloion titaniwm Amnewid Peek mewn Cymwysiadau Awyrofod a Meddygol, cynnig manteision ysgafn a chryfder uchel.
• Aloi alwminiwm: Aloion alwminiwm yn cael eu defnyddio fel eilyddion ar gyfer ceisiadau am gymwysiadau sy'n gofyn am ddeunyddiau ysgafn.

9. Cynaliadwyedd a diogelu'r amgylchedd o PEEK

9.1 Diogelu'r amgylchedd o'r broses gynhyrchu

Mae cynhyrchu PEEK yn cynnwys prosesau rheoledig i leihau effaith amgylcheddol.

Mae gweithgynhyrchwyr yn defnyddio systemau dolen gaeedig i adfer ac ailddefnyddio toddyddion a deunyddiau eraill, lleihau gwastraff ac allyriadau.

9.2 Ailgylchu ac ailddefnyddio

Mae Peek yn ailgylchadwy, Er bod ei broses ailgylchu yn fwy cymhleth o'i gymharu â phlastigau eraill.

Mae Peek wedi'i ailgylchu yn gweithio'n dda ar gyfer cymwysiadau heb ofynion mecanyddol na thermol critigol.

9.3 Rheoliadau a Safonau Amgylcheddol

Mae Peek yn cwrdd â rheoliadau a safonau amgylcheddol amrywiol, gan gynnwys rohs (Cyfyngu sylweddau peryglus) a chyrraedd (Gofrestriad, Gwerthusiadau, Awdurdodiadau, a chyfyngu cemegolion).

Mae ei biocompatibility a'i wenwyndra yn ei gwneud yn cydymffurfio â rheoliadau dyfeisiau meddygol.

10. Crynodeb

Mae Peek yn blastig peirianneg perfformiad uchel gydag eiddo eithriadol sy'n ei gwneud yn addas ar gyfer mynnu cymwysiadau ar draws amrywiol ddiwydiannau.

Ei gyfuniad o sefydlogrwydd thermol, gwrthiant cemegol, cryfder mecanyddol, ac mae biocompatibility yn ei osod ar wahân i ddeunyddiau eraill.

Tra bod peek yn ddrud ac yn heriol i'w brosesu, Mae ei briodweddau unigryw yn cyfiawnhau ei ddefnyddio mewn cymwysiadau beirniadol fel Awyrofod, dyfeisiau meddygol, a pheiriannau diwydiannol.

Wrth i dechnoleg ddatblygu, Mae Peek yn debygol o ddod o hyd i fwy fyth o geisiadau, solidoli ei safle ymhellach fel deunydd blaenllaw mewn plastigau peirianneg perfformiad uchel.