ماده نگاه کردن & خواص

1. مقدمه

1.1 تعریف مطالب PEEK

پلی اتر اتتر (ماده نگاه کردن) یک پلیمر ترموپلاستیک نیمه کریستالی متعلق به پلی آریلترکتون است (پوزک) خانواده.

Peek ثبات حرارتی استثنایی را ارائه می دهد, قدرت مکانیکی, و مقاومت شیمیایی, ایده آل برای درخواست برنامه های مهندسی.

توانایی آن در حفظ عملکرد در شرایط شدید آن را به کلاس پلیمرهای با کارایی بالا بالا می برد.

1.2 تاریخ و توسعه نگاه

Peek برای اولین بار در سنتز شد 1978 توسط ICI (صنایع شیمیایی امپریال), اکنون بخشی از Victrex plc است.

در ابتدا برای صنایع هوافضا و خودرو ساخته شده است, Peek از آن زمان به پزشکی گسترش یافته است, الکترونیک, و بخش های انرژی به دلیل مشخصات املاک بی نظیر آن.

در چهار دهه گذشته, نوآوری مداوم در تکنیک های سنتز و پردازش باعث شده است که Peek به یک ماده سنگ بنای در تولید پیشرفته باشد.

1.3 وضعیت نگاه در پلاستیک های مهندسی با کارایی بالا

در میان پلیمرهای با کارایی بالا, Peek از تعادل پردازش و عملکرد خود متمایز است.

با موادی مانند پلی آمیدها رقابت می کند, پالیزولفون, و فلوروپلیمرها اما اغلب از آنها در حرارتی بهتر است, شیمیایی, و حوزه های مکانیکی.

وضعیت حق بیمه آن در هزینه آن منعکس شده است, اما ارزشی که در برنامه های مهم ماموریت ارائه می دهد ، سرمایه گذاری را توجیه می کند.

2. ساختار شیمیایی و سنتز PEEK

2.1 ساختار شیمیایی

ساختار ماکرومولکولی Peek شامل تکراری واحدهای پیوندهای اتر و کتون بین حلقه های معطر است:

–O–Ph–O–Ph–CO–Ph–

• PH = گروه فنیلن (حلقه معطر)
• ای = پل اتر
• هم = گروه کتون

این نقوش ساختاری به:

• استحکام (حلقه های معطر)
• انعطاف پذیری (پیوندهای اتر)
• مقاومت حرارتی (گروه های کتون)

ماهیت نیمه کریستالی PEEK ناشی از تقارن ستون فقرات آن است, اجازه بسته بندی محکم در مناطق کریستالی ضمن حفظ مناطق آمورف برای سختی.

2.2 روش سنتز

ماده PEEK از طریق یک واکنش چند برابر شدن چند مرحله ای سنتز می شود, به طور معمول درگیر:

• یکنواخت: 4,4′ -difluorobenzophenone (DFBP) و هیدروکینون (HQ)
• حلال: دیفنیل سولفون
• کاتالیزور: نمک های قلیایی مانند کربنات سدیم

نمای کلی واکنش:

DFBP + HQ → PEEK + HF (byproduct)

واکنش در دماهای بالا رخ می دهد (300-400 درجه سانتیگراد) در شرایط کنترل شده برای دستیابی به پلیمرهای با وزن مولکولی بالا.

3. ویژگی های عملکرد اصلی PEEK

3.1 خواص فیزیکی

تراکم

با چگالی 1.30 g/cm³, مواد Peek نسبت به بیشتر پلاستیک های معمولی متراکم تر است اما از فلزات سبک تر است, ارائه نسبت قدرت به وزن.

رنگ و ظاهر

Peek به طور طبیعی بژ است, با یک صاف, ظاهر نیمه براق. می توان آن را رنگدانه کرد, اگرچه رنگ ها ممکن است بر تبلور و خواص تأثیر بگذارند.

سختی

• سختی راکول: R126 - R130
• سختی ویکرز: 250 HV

مواد PEEK سختی سطح بسیار خوبی را برای سایش و مقاومت در برابر سایش نشان می دهد.

خواص حرارتی

• نقطه ذوب: 343درجه سانتی گراد
• انتقال شیشه (TG): 143درجه سانتی گراد
• تغییر شکل حرارتی: حداقل تا 260 درجه سانتیگراد

ثبات ابعادی

Peek جذب رطوبت بسیار کمی دارد (<0.1%), منجر به ثبات ابعادی برجسته, حتی در محیط های مرطوب یا درجه حرارت بالا.

3.2 خواص شیمیایی

مقاومت شیمیایی

Peek در برابر طیف گسترده ای از مواد شیمیایی مقاومت می کند, از جمله:

• اسید (وابسته به گوگرد, نیتریک)
• پایه (هیدروکسید سدیم, امونیاک)
• هیدروکربن ها
• الکل

توسط اکثر حلالها مورد حمله قرار نمی گیرد, آن را برای تجهیزات پردازش شیمیایی ایده آل می کند.

مقاومت حلال

Peek در پایدار است:

• استون
• وابسته به توتالین
• اتانول
• کلرید (تورم محدود ممکن است رخ دهد)

مقاومت در برابر خوردگی

ستون فقرات بی اثر Peek مقاومت طبیعی در برابر خوردگی را فراهم می کند, مناسب کردن آن برای محیط های پرخاشگرانه.

عقب ماندگی شعله

• ul 94 امتیاز: V-0 (خود رو)
• دود کم و انتشار گاز سمی
• مطابق با استانداردهای صنعت هوافضا و راه آهن

عایق برق

Peek یک عایق الکتریکی خوب است, حفظ خواص در دماهای بالا و فرکانس ها.

زیست سازگاری

Peek درجه پزشکی با آن مطابقت دارد:

• ایزو 10993
• کلاس VI USP
• مناسب برای کاشت طولانی مدت و ابزارهای جراحی

3.3 خصوصیات مکانیکی

استحکام کششی

ماده Peek دارای مقاومت کششی بالایی است (100 پوند MPa), حفظ سفتی تحت بار.

قدرت خمشی و فشاری

مدول خمشی آن (4 پوند GPA) و مقاومت فشاری مناسب بودن آن را برای قطعات بارگذاری تقویت می کند.

مقاومت و مقاومت در برابر خستگی

Peek در برابر اثرات مکرر و بارگذاری چرخه ای بدون ترک خوردگی مقاومت می کند, در هوافضا و کاربردهای پزشکی بسیار مهم است.

3.4 خواص حرارتی

عملکرد درجه حرارت بالا

Peek خواص مکانیکی را در:

• دمای استفاده مداوم: تا 260 درجه سانتیگراد
• قله های کوتاه مدت تا 300 درجه سانتیگراد

مقاومت در برابر خزش

Peek خزش بسیار کم را نشان می دهد, حتی در دمای زیاد در دمای بالا.

هدایت حرارتی

• تقریبا 0.25 W/m·K

در حالی که هادی خوبی نیست, ثبات حرارتی آن را برای اجزای در معرض گرما مناسب می کند.

3.5 خصوصیات پوشیدن

Peek مقاومت در برابر سایش عالی را ارائه می دهد, مخصوصاً وقتی پر از فیبر کربن است, گرافیت, یا PTFE.

3.6 عایق برق

خواص عایق Peek در محدوده درجه حرارت و فرکانس پایدار است.

3.7 محافظ الکترومغناطیسی

در حالی که مواد نگاهی ناشایسته از EMI محافظت نمی کند, نمرات پر از کربن (به عنوان مثال, cf-peek) اثربخشی محافظ متوسط ​​را ارائه دهید, آنها را برای محفظه های الکترونیکی مناسب می کند.

4. پردازش روشهای PEEK

4.1 قالب تزریقی

با استفاده از قالب تزریق می توان Peek را پردازش کرد, که یک روش متداول برای تولید اشکال و اجزای پیچیده است.

این فرآیند شامل ذوب گلوله های Peek و تزریق مواد مذاب در قالب تحت فشار زیاد است.

قالب تزریق امکان تولید قطعات با دقت بالا با ابعاد و خواص ثابت را فراهم می کند.

4.2 قالب گیری اکستروژن

از قالب اکستروژن برای تولید PEEK به شکل میله استفاده می شود, لوله, و ورق ها.

این روند شامل ذوب نگاه و مجبور کردن آن از طریق یک قالب برای شکل دادن به شکل مورد نظر است. اکستروژن به ویژه برای تولید پروفایل ها و اجزای مداوم با مقطع یکنواخت مفید است.

4.3 ماشینکاری CNC و چاپ سه بعدی

Peek را می توان با استفاده از CNC ماشینکاری کرد (کنترل عددی کامپیوتر) تکنیک هایی برای تولید قطعات دقیق و پیچیده.

سختی و مقاومت در برابر سایش آن را مناسب می کند ماشینکاری CNC عملیاتی مانند چرخش, آسیاب کردن, و حفاری.

علاوه بر این, Peek را می توان با استفاده از FDM پردازش کرد (مدل سازی رسوب ذوب شده) 3چاپ D, امکان تولید قطعات سفارشی با طرح های پیچیده.

4.4 عملیات حرارتی و بازپخت

برای بهبود خصوصیات مکانیکی آن و کاهش فشارهای داخلی ، می توان از آن استفاده کرد و یا آنیل شد..

عملیات حرارتی به ویژه برای مؤلفه هایی که به ثبات و مقاومت در برابر ابعاد بالا در برابر خزش نیاز دارند ، مفید است.

5. اصلاح و مواد کامپوزیت PEEK

5.1 اضافه کردن فیبر شیشه ای (gf-peek)

فیبر شیشه ای تقویت شده (gf-peek) یک ماده کامپوزیت است که قدرت مکانیکی و سفتی PEEK را تقویت می کند.

افزودن الیاف شیشه ای قدرت کششی را بهبود می بخشد, قدرت انعطاف پذیری, و مقاومت ضربه مواد.

GF-Peek ثبات و ثبات ابعادی بالایی را به همراه دارد, آن را برای اجزای هوافضا و ماشین آلات صنعتی ایده آل می کند.

5.2 افزودن فیبر کربن (cf-peek)

نگاه فیبر کربن (cf-peek) ماده کامپوزیتی دیگری است که به طور قابل توجهی خصوصیات مکانیکی PEEK را تقویت می کند.

CF-Peek قدرت برتر را ارائه می دهد, سفتی, و در مقایسه با نگاه ناشایست مقاومت در برابر پوشیدن.

این ماده PEEK بر برنامه هایی که خواستار سبکی و قدرت هستند حاکم است, به ویژه در هوافضا و اجزای خودرو.

5.3 اضافه کردن روان کننده ها (مانند گرافیت, PTFE)

مواد Peek اصلاحات روان کننده مانند Graphite یا PTFE را برای تقویت مقاومت در برابر سایش و به حداقل رساندن اصطکاک می پذیرد.

این اصلاحات به ویژه در برنامه های مربوط به قطعات کشویی یا چرخان مفید است, مانند یاتاقان و مهر و موم.

5.4 جدول مقایسه عملکرد

در جدول زیر خواص PEEK پر نشده مقایسه شده است, gf-peek, و cf-peek:

6. مناطق کاربردی از مواد PEEK

6.1 هوافضا

• اجزای موتور: Peek به دلیل مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و خاصیت سبک وزن در اجزای موتور جت استفاده می شود.
• قطعات سازه ای: از مواد Peek در اجزای ساختاری مانند براکت استفاده می شود, اتصال دهنده, و اتصالات.
• اجزای الکترونیکی: Peek به دلیل عایق الکتریکی و عقب ماندگی شعله در الکترونیک هوافضا استفاده می شود.

6.2 صنعت پزشکی

• ایمپلنت ها: Peek به عنوان یک ماده ایده آل برای ایمپلنت های پزشکی مانند قفس ستون فقرات و تعویض مفصل است, ارائه زیست سازگاری استثنایی و قدرت مکانیکی.
• ابزار جراحی: Peek به دلیل مقاومت در برابر عقیم سازی و مقاومت در برابر سایش در ابزارهای جراحی استفاده می شود.
• تجهیزات پزشکی: Peek به دلیل مقاومت شیمیایی و زیست سازگاری در دستگاه های پزشکی مانند پمپ و دریچه استفاده می شود.

6.3 مزارع صنعتی

• مهر و موم های درجه حرارت بالا: Peek به طور قابل اعتماد در مهر و موم های درجه حرارت بالا برای توربین های بخار و تجهیزات پردازش شیمیایی انجام می شود.
• بلبرینگ: Peek به دلیل مقاومت کم و مقاومت در برابر سایش در یاتاقان ها استفاده می شود.
• اجزای پمپ و دریچه: مواد PEEK به دلیل مقاومت شیمیایی و پایداری ابعادی در اجزای پمپ و دریچه برتری دارند.

6.4 الکترونیک و برقی

• مواد عایق: Peek به عنوان یک ماده عایق عالی برای اجزای الکتریکی خدمت می کند, با تشکر از قدرت دی الکتریک برجسته.
• اتصالات: Peek به دلیل عایق الکتریکی و عقب ماندگی شعله در اتصالات استفاده می شود.
• پشتیبانی از صفحه مدار: Peek به دلیل ثبات بعدی بعدی و مقاومت حرارتی به عنوان یک ماده پشتیبانی از صفحه مدار برتری دارد.

6.5 برنامه های دیگر

• فرآوری مواد غذایی: Peek به دلیل مقاومت شیمیایی و سازگاری زیست سازگار در تجهیزات فرآوری مواد غذایی استفاده می شود.
• صنعت خودرو: Peek در سنسورها و اتصالات خودرو خدمت می کند, با استفاده از ماهیت سبک وزن و مقاومت در برابر درجه حرارت بالا.
• صنعت هسته ای: Peek به دلیل مقاومت در برابر تابش استثنایی و ثبات شیمیایی ، در کاربردهای هسته ای قابل اعتماد است.

7. مزایا و محدودیت های مطالب نگاه

7.1 مزایا

• عملکرد درجه حرارت بالا: Peek می تواند خواص خود را در دمای تا 250 درجه سانتیگراد حفظ کند, مناسب ساختن آن برای برنامه های درجه حرارت بالا.
• مقاومت شیمیایی: Peek در برابر طیف گسترده ای از مواد شیمیایی مقاوم است, از جمله اسیدها, پایه, و حلالها.
• قدرت مکانیکی: Peek دارای کششی بالا است, انعطاف پذیری, و نقاط قوت فشاری, مناسب کردن آن برای برنامه های کاربردی.
• زیست سازگاری: مواد PEEK زیست سازگار و غیر سمی است, ایده آل برای کاربردهای پزشکی.

7.2 محدودیت ها

• با هزینه بالایی: Peek یکی از گرانترین پلاستیک های مهندسی است, که استفاده از آن در برنامه های حساس به هزینه را محدود می کند.
• دشواری پردازش: Peek نیاز به دمای پردازش بالا و فشارها دارد, که می تواند برای برخی از فرآیندهای تولیدی چالش برانگیز باشد.
• چگالی: Peek در مقایسه با سایر پلاستیک های مهندسی چگالی نسبتاً بالایی دارد, که می تواند یک ضرر در برنامه های کاربردی باشد که به مواد سبک وزن نیاز دارند.

8. مواد جایگزین برای نگاه کردن

8.1 جایگزین های پلاستیکی با درجه حرارت بالا

• پیت (پلی اتیمید): PEI یک پلاستیک درجه حرارت بالا با خاصیت مکانیکی و حرارتی عالی است. این ماده اغلب به عنوان جایگزینی برای نگاه در برنامه هایی که نیاز به مقاومت در دمای بالا دارند استفاده می شود.
• PPS (سولفید پلی فنیلن): PPS یکی دیگر از پلاستیک های درجه حرارت بالا با مقاومت شیمیایی عالی و پایداری بعدی است.
• پا (پلی افکنی): PAI یک پلیمر با کارایی بالا با خاصیت حرارتی و مکانیکی استثنایی است, اغلب در برنامه های کاربردی مورد استفاده قرار می گیرد.

8.2 جایگزین های فلزی

• فولاد ضد زنگ: فولاد ضد زنگ یک جایگزین فلزی متداول برای PEEK در برنامه هایی است که نیاز به مقاومت بالا و مقاومت در برابر خوردگی دارند.
• آلیاژ تیتانیوم: آلیاژهای تیتانیوم PEEK را در هوافضا و کاربردهای پزشکی جایگزین کنید, ارائه مزایای سبک و قدرت بالا.
• آلیاژ آلومینیوم: آلیاژهای آلومینیوم به عنوان جایگزینی برای نگاه کردن به برنامه های کاربردی که به مواد سبک وزن نیاز دارند استفاده می شوند.

9. پایداری و حفاظت از محیط زیست از نگاه

9.1 حفاظت از محیط زیست از روند تولید

تولید PEEK شامل فرآیندهای کنترل شده برای به حداقل رساندن تأثیرات زیست محیطی است.

تولید کنندگان از سیستم های حلقه بسته برای بازیابی و استفاده مجدد از حلالها و سایر مواد استفاده می کنند, کاهش زباله و انتشار.

9.2 بازیافت و استفاده مجدد

Peek قابل بازیافت است, اگرچه روند بازیافت آن در مقایسه با سایر پلاستیک ها پیچیده تر است.

Peek بازیافت شده برای برنامه های کاربردی بدون نیازهای مهم مکانیکی یا حرارتی به خوبی کار می کند.

9.3 مقررات و استانداردهای زیست محیطی

Peek با مقررات و استانداردهای مختلف زیست محیطی مطابقت دارد, از جمله ROHS (محدودیت مواد خطرناک) و رسیدن (ثبت, ارزیابی, اعتبار, و محدودیت مواد شیمیایی).

زیست سازگاری و سمیت آن را مطابق با مقررات دستگاه پزشکی سازگار می کند.

10. خلاصه

Peek یک پلاستیک مهندسی با کارایی بالا با خواص استثنایی است که باعث می شود آن را برای برنامه های کاربردی در صنایع مختلف مناسب کند.

ترکیب آن از ثبات حرارتی, مقاومت شیمیایی, قدرت مکانیکی, و زیست سازگاری آن را از سایر مواد جدا می کند.

در حالی که Peek برای پردازش گران و چالش برانگیز است, خصوصیات منحصر به فرد آن ، استفاده از آن در برنامه های مهم مانند هوافضا را توجیه می کند, دستگاه های پزشکی, و ماشین آلات صنعتی.

همانطور که تکنولوژی پیشرفت می کند, Peek احتمالاً برنامه های بیشتری پیدا خواهد کرد, تقویت بیشتر موقعیت خود به عنوان یک ماده پیشرو در پلاستیک های مهندسی با کارایی بالا.