Peek -Material & Eigenschaften

1. Einführung

1.1 Definition von Peek -Material

Polyetheretheketon (Peek -Material) ist ein halbkristallines thermoplastisches Polymer zum Polyarylerketon (Paek) Familie.

Peek liefert eine außergewöhnliche thermische Stabilität, mechanische Stärke, und chemischer Widerstand, Es ist ideal für anspruchsvolle technische Anwendungen.

Seine Fähigkeit, die Leistung unter extremen Bedingungen zu behalten, erhöht sie auf die Klasse der Hochleistungspolymere.

1.2 Geschichte und Entwicklung von Peek

Peek wurde zuerst in synthetisiert 1978 von ICI (Imperial Chemical Industries), jetzt Teil von Victrex plc.

Zunächst für die Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie entwickelt, Peek hat sich seitdem zu medizinisch erweitert, Elektronik, und Energiesektoren aufgrund seines unerreichten Eigenschaftsprofils.

In den letzten vier Jahrzehnten, Kontinuierliche Innovation in der Synthese- und Verarbeitungstechniken hat Peek zu einem Eckpfeiler in der fortschrittlichen Fertigung gemacht.

1.3 Status des Blicks in Hochleistungs-Technik-Kunststoffe

Unter Hochleistungspolymeren, Peek fällt auf sein Gleichgewicht zwischen Verarbeitbarkeit und Leistung auf.

Es konkurriert mit Materialien wie Polyimiden, Polysulfone, und Fluoropolymere übertreffen sie aber oft in thermischer, chemisch, und mechanische Domänen.

Der Prämienstatus spiegelt sich in den Kosten wider, Aber der Wert, den es in missionskritischen Anwendungen liefert, rechtfertigt die Investition.

2. Chemische Struktur und Synthese von Peek

2.1 Chemische Struktur

Die makromolekulare Struktur von Peek besteht aus wiederholten Einheiten von Ether und Ketonverbindungen zwischen aromatischen Ringen:

–O–Ph–O–Ph–CO–Ph–

• PH = Phenylengruppe (aromatischer Ring)
• O = Ätherbrücke
• CO = Ketongruppe

Diese strukturellen Motive tragen zu:

• Steifheit (aromatische Ringe)
• Flexibilität (Ätherverknüpfungen)
• Thermischer Widerstand (Ketongruppen)

Die semikristalline Natur von Peek resultiert aus seiner Rückgrat-Symmetrie, Ermöglichen Sie eine enge Verpackung in kristallinen Regionen, während amorphe Regionen für Zähigkeit aufrechterhalten werden.

2.2 Synthesemethode

Peek-Material wird durch eine Stiefwachstumspolykondensationsreaktion synthetisiert, typisch einbezogen:

• Monomere: 4,4′ -Difluorobenzophenon (DFBP) und Hydrochinon (HQ)
• Lösungsmittel: Diphenylsulfon
• Katalysator: Alkalisalze wie Natriumcarbonat

Reaktionsübersicht:

DFBP + HQ → PEEK + HF (byproduct)

Die Reaktion tritt bei hohen Temperaturen auf (300–400 ° C.) unter kontrollierten Bedingungen, um Polymere mit hohem Molekulargewicht zu erreichen.

3. Kernleistungeigenschaften von Peek

3.1 Physikalische Eigenschaften

Dichte

Mit einer Dichte von 1.30 g/cm³, Peek -Material ist dichter als die meisten herkömmlichen Kunststoffe, aber leichter als Metalle, ein gutes Verhältnis von Kraft zu Gewicht bieten.

Farbe und Aussehen

Peek ist natürlich beige, mit einem glatten, Semi-Gloss-Aussehen. Es kann pigmentiert werden, Obwohl Farbmittel Kristallinität und Eigenschaften beeinflussen können.

Härte

• Rockwell -Härte: R126 - F130
• Vickers Härte: ~ 250 HV

Peek -Material zeigt eine ausgezeichnete Oberflächenhärte, die für Verschleiß und Abriebfestigkeit geeignet ist.

Wärmeeigenschaften

• Schmelzpunkt: 343°C
• Glasübergang (Tg): 143°C
• Wärmedeformation: Minimal bis zu 260 ° C

Dimensionsstabilität

Peek zeigt eine sehr niedrige Feuchtigkeitsabsorption (<0.1%), was zu einer hervorragenden dimensionalen Stabilität führt, Auch in feuchten oder hochtemperativen Umgebungen.

3.2 Chemische Eigenschaften

Chemischer Widerstand

Peek widersteht einer Vielzahl von Chemikalien, einschließlich:

• Säuren (Schwefel, Salporte)
• Basen (Natriumhydroxid, Ammoniak)
• Kohlenwasserstoffe
• Alkohole

Es wird nicht von den meisten Lösungsmitteln angegriffen, Es ist ideal für chemische Verarbeitungsgeräte.

Lösungsmittelresistenz

Peek bleibt stabil in:

• Aceton
• Toluol
• Ethanol
• Methylenchlorid (Eine begrenzte Schwellung kann auftreten)

Korrosionsbeständigkeit

Peeks inerter Rückgrat bietet einen natürlichen Widerstand gegen Korrosion, Machen Sie es für aggressive Umgebungen geeignet.

Flammenhemmung

• Ul 94 Bewertung: V-0 (Selbstauslöser)
• Niedriger Rauch und giftiger Gasemission
• Erfüllt die Luft- und Raum- und Schienenindustriestandards

Elektrische Isolierung

Peek ist ein guter elektrischer Isolator, Eigenschaften bei hohen Temperaturen und Frequenzen beibehalten.

Biokompatibilität

Peek für medizinische Grade entspricht dem:

• ISO 10993
• USP -Klasse VI
• Geeignet für langfristige Implantate und chirurgische Werkzeuge

3.3 Mechanische Eigenschaften

Zugfestigkeit

Peek -Material zeigt eine hohe Zugfestigkeit (~ 100 MPa), Steifheit unter Last aufrechterhalten.

Bieger- und Druckfestigkeit

Sein Biegermodul (~ 4 GPA) und Druckfestigkeit verstärken ihre Eignung für tragende Teile.

Auswirkung und Müdigkeitsbeständigkeit

Peek widersetzt sich wiederholte Auswirkungen und zyklische Belastung ohne Knacken, kritisch in der Luft- und Raumfahrt- und medizinischen Anwendungen.

3.4 Wärmeeigenschaften

Hochtemperaturleistung

Peek behält mechanische Eigenschaften bei:

• Kontinuierliche Verwendungstemperatur: bis zu 260 ° C.
• Kurzzeitspitzen bis zu 300 ° C.

Kriechwiderstand

Peek zeigt ein sehr geringes Kriechen, auch unter hoher Belastung bei erhöhten Temperaturen.

Wärmeleitfähigkeit

• Etwa 0.25 W/m·K

Obwohl kein guter Dirigent, Die thermische Stabilität macht es für Wärme-exponierte Komponenten geeignet.

3.5 Eigenschaften tragen

Peek bietet einen hervorragenden Verschleiß Widerstand, besonders wenn er mit Kohlefaser gefüllt ist, Graphit, oder ptfe.

3.6 Elektrische Isolierung

Die Isolationseigenschaften von Peek sind über einen weiten Temperatur- und Frequenzbereich stabil.

3.7 Elektromagnetische Abschirmung

Während unbesetzter Peek -Material keine EMI -Abschirmung bietet, mit Kohlenstoff gefüllte Noten (z.B., Cf-peek) bieten eine mäßige Wirksamkeit der Abschirmung, sie für elektronische Gehäuse geeignet machen.

4. Verarbeitungsmethoden des Peek

4.1 Spritzguss

Peek kann unter Verwendung von Injektionsleisten verarbeitet werden, Dies ist eine gemeinsame Methode zur Herstellung komplexer Formen und Komponenten.

Der Prozess beinhaltet das Schmelzen von Pellets und das Injektieren des geschmolzenen Materials in eine Form unter hohem Druck.

Injection-Formteile ermöglicht die Erzeugung hochpräzierender Teile mit konsistenten Abmessungen und Eigenschaften.

4.2 Extrusionsformung

Extrusionsformen werden verwendet, um ein Blick in Form von Stäben zu produzieren, Röhrchen, und Blätter.

Der Prozess beinhaltet das Schmelzen von Blick. Extrusion ist besonders nützlich, um kontinuierliche Profile und Komponenten mit einheitlichen Querschnitten zu erzeugen.

4.3 CNC -Bearbeitung und 3D -Druck

Peek kann mit CNC bearbeitet werden (Computer-Numerische Steuerung) Techniken zur Herstellung präziser und komplexer Teile.

Seine hohe Härte und Verschleißfestigkeit machen es für geeignet für CNC -Bearbeitung Operationen wie das Drehen, Mahlen, und bohren.

Zusätzlich, Peek kann mit FDM verarbeitet werden (Modellierung der Ablagerung) 3D Druck, Ermöglichen der Produktion von benutzerdefinierten Teilen mit komplizierten Designs.

4.4 Wärmebehandlung und Glühen

Peek kann hitzebehandelt oder geglüht werden, um seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern und interne Spannungen zu verringern.

Wärmebehandlung ist besonders nützlich für Komponenten, die eine hohe dimensionale Stabilität und Resistenz gegen Kriechen erfordern.

5. Modifikation und Verbundwerkstoffe von Peek

5.1 Glasfaser hinzufügen (GF-Peek)

Glasfaserverstärkte Peek (GF-Peek) ist ein Verbundmaterial, das die mechanische Festigkeit und Steifheit von Peek verbessert.

Die Zugabe von Glasfasern verbessert die Zugfestigkeit, Biegerstärke, und Schlagfestigkeit des Materials.

GF-Peek liefert hohe Festigkeit und dimensionale Stabilität, Es ist ideal für Luft- und Raumfahrtkomponenten und Industriemaschinen.

5.2 Kohlefaser hinzufügen (Cf-peek)

Carbonfaserverstärkte Peek (Cf-peek) ist ein weiteres Verbundmaterial, das die mechanischen Eigenschaften von Peek erheblich verbessert.

CF-Peek bietet überlegene Stärke, Steifheit, und Verschleißfestigkeit im Vergleich zu einem ungefüllten Blick.

Dieses Peek -Material dominiert Anwendungen, die sowohl Leichtigkeit als auch Stärke fordern, insbesondere in Luft- und Raumfahrt- und Automobilkomponenten.

5.3 Schmiermittel hinzufügen (wie Graphit, PTFE)

Peek -Material akzeptiert Schmiermittelmodifikationen wie Graphit oder PTFE, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern und die Reibung zu minimieren.

Diese Modifikationen sind besonders nützlich für Anwendungen, die Schieben oder rotierende Teile umfassen, wie Lager und Dichtungen.

5.4 Leistungsvergleichstabelle

Die folgende Tabelle vergleicht die Eigenschaften eines ungefüllten Blicks, GF-Peek, und cf-peek:

6. Anwendungsbereiche mit Peek -Material

6.1 Luft- und Raumfahrt

• Motorkomponenten: Peek wird aufgrund seiner Hochtemperaturwiderstand und leichten Eigenschaften in Strahlmotorkomponenten verwendet.
• Strukturteile: Peek -Material wird in strukturellen Komponenten wie Klammern verwendet, Befestigungselemente, und Anschlüsse.
• Elektronische Komponenten: Peek wird in der Luft- und Raumfahrtelektronik aufgrund seiner elektrischen Isolierung und Flammenhemmung verwendet.

6.2 Medizinische Industrie

• Implantate: Peek dient als ideales Material für medizinische Implantate wie Wirbelsäulenkäfige und Gelenkersatz, Außergewöhnliche Biokompatibilität und mechanische Stärke bieten.
• Chirurgische Instrumente: Peek wird in chirurgischen Instrumenten aufgrund seiner Sterilisationsresistenz und Verschleißfestigkeit verwendet.
• Medizinische Ausrüstung: Peek wird in medizinischen Geräten wie Pumpen und Ventilen aufgrund seiner chemischen Resistenz und Biokompatibilität verwendet.

6.3 Industriefelder

• Hochtemperaturdichtungen: Peek tritt zuverlässig in Hochtemperaturdichtungen für Dampfturbinen und chemische Verarbeitungsgeräte ab.
• Lager: Peek wird in Lager aufgrund seiner geringen Reibung und des Verschleißfestigkeit verwendet.
• Pump- und Ventilkomponenten: Peek -Material zeichnet sich in Pump- und Ventilkomponenten aufgrund seiner chemischen Resistenz und dimensionalen Stabilität aus.

6.4 Elektronik und Elektrik

• Isoliermaterialien: Peek dient als ausgezeichnetes Isoliermaterial für elektrische Komponenten, Dank seiner hervorragenden dielektrischen Stärke.
• Anschlüsse: Peek wird in Anschlüssen aufgrund seiner elektrischen Isolierung und Flammenhemmung verwendet.
• Leiterplatte unterstützt: Peek zeichnet sich aufgrund seiner überlegenen dimensionalen Stabilität und des Wärmewiderstand.

6.5 Andere Anwendungen

• Lebensmittelverarbeitung: Peek wird aufgrund seiner chemischen Resistenz und Biokompatibilität in Lebensmittelverarbeitungsgeräten verwendet.
• Automobilindustrie: Peek dient in Automobilsensoren und Anschlüssen, Nutzung der leichten Natur und des Hochtemperaturwiderstandes.
• Nuklearindustrie: Peek tritt aufgrund seiner außergewöhnlichen Strahlungsresistenz und chemischen Stabilität zuverlässig in Kernanwendungen ab.

7. Vorteile und Einschränkungen von Peek -Material

7.1 Vorteile

• Hochtemperaturleistung: Peek kann seine Eigenschaften bei Temperaturen bis zu 250 ° C aufrechterhalten, Damit es für Hochtemperaturanwendungen geeignet ist.
• Chemischer Widerstand: Peek ist resistent gegen eine Vielzahl von Chemikalien, einschließlich Säuren, Basen, und Lösungsmittel.
• Mechanische Stärke: Peek zeigt eine hohe Zugstufe, Bieger, und Druckfestigkeit, Damit es für anspruchsvolle Anwendungen geeignet ist.
• Biokompatibilität: Peek-Material ist biokompatibel und ungiftig, Es ist ideal für medizinische Anwendungen.

7.2 Einschränkungen

• Hohe Kosten: Peek ist eine der teuersten technischen Kunststoffe, Dies schränkt die Verwendung in kostenempfindlichen Anwendungen ein.
• Verarbeitungsschwierigkeit: Peek erfordert hohe Verarbeitungstemperaturen und Drucke, Dies kann für einige Herstellungsprozesse eine Herausforderung sein.
• Hohe Dichte: Peek hat eine relativ hohe Dichte im Vergleich zu anderen technischen Kunststoffen, Dies kann ein Nachteil bei Anwendungen sein, die leichte Materialien erfordern.

8. Alternative Materialien für Peek

8.1 Hochtemperatur -Kunststoff -Substitute

• Pei (Poly Utimid): PEI ist ein Hochtemperatur-Kunststoff mit ausgezeichneten mechanischen und thermischen Eigenschaften. Es wird häufig als Alternative zu Peek in Anwendungen verwendet, die Hochtemperaturwiderstand erfordern.
• Pps (Polyphenylensulfid): PPS ist ein weiterer Kunststoff mit hohem Temperature mit ausgezeichneter chemischer Widerstand und dimensionaler Stabilität.
• Pai (Polyimid): PAI ist ein Hochleistungspolymer mit außergewöhnlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften, häufig für anspruchsvolle Anwendungen verwendet.

8.2 Metallsubstitute

• Edelstahl: Edelstahl ist ein üblicher Metallersatz für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit erfordern.
• Titanlegierung: Titanlegierungen Ersetzen Sie Peek in Luft- und Raumfahrt- und medizinischen Anwendungen, Leichte Vorteile und hohe Stärke bieten.
• Aluminiumlegierung: Aluminiumlegierungen werden als Substitute für Peek in Anwendungen verwendet, die leichte Materialien erfordern.

9. Nachhaltigkeit und Umweltschutz von Peek

9.1 Umweltschutz des Produktionsprozesses

Die Produktion von Peek beinhaltet kontrollierte Prozesse, um die Umweltauswirkungen zu minimieren.

Hersteller verwenden geschlossene Systeme, um Lösungsmittel und andere Materialien wiederherzustellen und wiederzuverwenden, Verringerung von Abfällen und Emissionen.

9.2 Recycling und Wiederverwendung

Peek ist recycelbar, Obwohl sein Recyclingprozess komplexer ist als andere Kunststoffe.

Recycling Peek eignet sich gut für Anwendungen ohne kritische mechanische oder thermische Anforderungen.

9.3 Umweltvorschriften und Standards

Peek erfüllt verschiedene Umweltvorschriften und Standards, einschließlich ROHS (Einschränkung gefährlicher Substanzen) und erreichen (Anmeldung, Auswertung, Genehmigung, und Einschränkung von Chemikalien).

Seine Biokompatibilität und Nichttoxizität machen es den Vorschriften für medizinische Geräte einher.

10. Zusammenfassung

Peek ist ein leistungsstarker Kunststoff-Kunststoff mit außergewöhnlichen Eigenschaften, die es für anspruchsvolle Anwendungen in verschiedenen Branchen geeignet machen.

Seine Kombination aus thermischer Stabilität, chemischer Widerstand, mechanische Stärke, und Biokompatibilität unterscheidet es von anderen Materialien ab.

Während Peek teuer und herausfordernd zu verarbeiten ist, Seine einzigartigen Eigenschaften rechtfertigen ihre Verwendung in kritischen Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte, und Industriemaschinen.

Mit fortschreitender Technologie, Peek wird wahrscheinlich noch mehr Anwendungen finden, Weitere Position als führendes Material in Hochleistungs-Engineering-Kunststoffen weiter verfestigen.