Zavirivanje & Svojstva

1. Uvod

1.1 Definicija zavidnog materijala

Polieterterton (Zavirivanje) je polukristalni termoplastični polimer koji pripada poliariletherketonu (Pijanica) obitelj.

PEEK pruža izuzetnu toplinsku stabilnost, mehanička čvrstoća, i kemijska otpornost, čineći ga idealnim za zahtjevne inženjerske aplikacije.

Njegova sposobnost zadržavanja performansi u ekstremnim uvjetima uzdiže je u klasu visokih performansi polimera.

1.2 Povijest i razvoj zavišavanja

PEEK je prvi put sintetiziran u 1978 ICI (Carska kemijska industrija), sada dio Victrex plc.

U početku razvijen za zrakoplovnu i automobilsku industriju, PEEK se od tada proširio na medicinu, elektronika, i energetski sektori zbog neusporedivog profila svojstva.

Tijekom posljednja četiri desetljeća, Kontinuirana inovacija u tehnikama sinteze i obrade učinila je zavijanje u kamen temeljac u naprednoj proizvodnji.

1.3 Status zavičaja u inženjerskoj plastici visokih performansi

Među polimerima visokih performansi, PEEK se ističe zbog svoje ravnoteže procesibilnosti i performansi.

Natječe se s materijalima poput poliimida, polisulfoni, i fluoropolimeri, ali ih često nadmašuju u termalnoj, kemijski, i mehaničke domene.

Njegov premijski status ogleda se u njegovom trošku, Ali vrijednost koju pruža u kritičnim aplikacijama opravdava ulaganje.

2. Kemijska struktura i sinteza zavišavanja

2.1 Kemijska struktura

PEEK -ova makromolekularna struktura sastoji se od ponavljajućih jedinica etera i ketonskih veza između aromatičnih prstenova:

–O–Ph–O–Ph–CO–Ph–

• PH = Fenilenska skupina (aromatični prsten)
• O = Eterski most
• Co = Keton grupa

Ti strukturni motivi doprinose:

• Krutost (aromatski prstenovi)
• Fleksibilnost (Eterske veze)
• Toplinski otpor (ketonske grupe)

Polukristalna priroda PEEK-a proizlazi iz njegove simetrije okosnice, Dopuštanje tijesnog pakiranja u kristalnim regijama uz održavanje amorfnih regija za žilavu.

2.2 Metoda sinteze

PEEK materijal sintetizira se kroz reakciju polikondenzacije očuha, obično uključuje:

• Monomeri: 4,4′ -Difluorobenzofenon (Dfbp) i hidrokinon (Sjedište)
• Otapalo: Difenil sulfon
• Katalizator: Alkalne soli poput natrijevog karbonata

Pregled reakcije:

DFBP + HQ → PEEK + HF (byproduct)

Reakcija se javlja na visokim temperaturama (300–400 ° C) U kontroliranim uvjetima za postizanje polimera velike molekulske mase.

3. Osnovne karakteristike performansi

3.1 Fizička svojstva

Gustoća

S gustoćom 1.30 g/cm³, Zaviriji materijal je gušći od većine konvencionalne plastike, ali lakši od metala, nudeći dobar omjer snage i težine.

Boja i izgled

Peek je prirodno bež, S glatkim, polusvjestan izgled. Može se pigmentirati, Iako boje mogu utjecati na kristalnost i svojstva.

Tvrdoća

• Rockwell tvrdoća: R126 - R130
• Vickersova tvrdoća: ~ 250 HV

Zaviriji materijal pokazuje izvrsnu površinsku tvrdoću pogodnu za otpornost na habanje i abraziju.

Toplinska svojstva

• Talište: 343°C
• Stakleni prijelaz (Tg): 143°C
• Toplinska deformacija: Minimalno do 260 ° C

Dimenzijska stabilnost

PEEK pokazuje vrlo nisku apsorpciju vlage (<0.1%), što rezultira izvanrednom dimenzijskom stabilnošću, čak i u vlažnom ili visokotemperaturnom okruženju.

3.2 Kemijska svojstva

Kemijska otpornost

PEEK se opire širokom rasponu kemikalija, uključujući:

• Kiseline (sumporni, dušičan)
• Baze (natrijev hidroksid, amonijak)
• Ugljikovodici
• Alkoholi

Ne napadaju ga većina otapala, što ga čini idealnim za opremu za kemijsku obradu.

Otpornost na otapalo

Zaviriti ostaje stabilan u:

• Aceton
• Toluen
• Etanol
• Metilen klorid (Može se dogoditi ograničeno oticanje)

Otpornost na koroziju

PEEK -ova inertna okosnica pruža prirodni otpor koroziji, što ga čini prikladnim za agresivno okruženje.

Usporavanje plamena

• Ul 94 ocjena: V-0 (samoproizvodnja)
• Niska emisija dima i otrovnih plinova
• Zadovoljava zrakoplovne i željezničke industrijske standarde

Električna izolacija

PEEK je dobar električni izolator, zadržavanje svojstava na visokim temperaturama i frekvencijama.

Biokompatibilnost

Medicinski peek u skladu:

• ISO 10993
• USP klasa VI
• Pogodno za dugoročne implantate i kirurške alate

3.3 Mehanička svojstva

Vlačna čvrstoća

Zaviri materijal pokazuje visoku vlačnu čvrstoću (~ 100 MPa), Održavanje krutosti pod opterećenjem.

Savijačka i tlačna čvrstoća

Njegov fleksibilni modul (~ 4 GPA) i tlačna čvrstoća pojačava njegovu prikladnost za nosive dijelove.

Utjecaj i otpornost na umor

PEEK se opire ponovljenim utjecajima i cikličkom opterećenju bez pucanja, kritično u zrakoplovnim i medicinskim primjenama.

3.4 Toplinska svojstva

Performanse visoke temperature

PEEK zadržava mehanička svojstva na:

• Temperatura kontinuirane uporabe: do 260 ° C
• Kratkoročni vrhovi do 300 ° C

Otpornost na puzanje

PEEK pokazuje vrlo nisko puzanje, čak i pod velikim opterećenjem pri povišenim temperaturama.

Toplinska vodljivost

• Približno 0.25 W/m·K

Iako nije dobar dirigent, Toplinska stabilnost čini ga pogodnim za komponente izložene toplini.

3.5 Nosite svojstva

Peek nudi izvrsnu otpornost na habanje, Pogotovo kada se napuni ugljičnim vlaknima, grafit, ili PTFE.

3.6 Električna izolacija

PEEK -ova izolacijska svojstva su stabilna u širokom rasponu temperature i frekvencije.

3.7 Elektromagnetska zaštita

Dok neispunjeni zaviriji materijal ne nudi EMI zaštitu, Ocjene ispunjene ugljikom (npr., Cf-peek) Omogućite učinkovitost umjerene zaštite, čineći ih prikladnim za elektroničke kućice.

4. Metode obrade zaviriti

4.1 Ubrizgavanje

PEEK se može obraditi pomoću injekcijskog oblikovanja, što je uobičajena metoda za proizvodnju složenih oblika i komponenti.

Proces uključuje taljenje peek peleta i ubrizgavanje rastaljenog materijala u kalup pod visokim tlakom.

Obloga za ubrizgavanje omogućava proizvodnju visoko preciznih dijelova s ​​konzistentnim dimenzijama i svojstvima.

4.2 Ekstruzijsko oblikovanje

Estruzijsko oblikovanje koristi se za stvaranje zavišavanja u obliku šipki, cijevi, I plahte.

Proces uključuje taljenje zavišavanja i prisiljavanje kroz matricu da formira željeni oblik. Ekstruzija je posebno korisna za proizvodnju kontinuiranih profila i komponenti s ujednačenim presjecima.

4.3 CNC obrada i 3D ispis

PEEK se može obraditi pomoću CNC -a (Računalno numeričko upravljanje) tehnike proizvodnje preciznih i složenih dijelova.

Njegova visoka tvrdoća i otpornost na habanje čine je prikladnim za CNC obrada Operacije poput okretanja, mljevenje, I bušenje.

Dodatno, PEEK se može obraditi pomoću FDM -a (Spojeno modeliranje taloženja) 3D Print, omogućavajući proizvodnju prilagođenih dijelova s ​​zamršenim dizajnom.

4.4 Toplotna obrada i žarenje

PEEK se može liječiti toplinom ili žarište kako bi se poboljšala svoja mehanička svojstva i smanjila unutarnja naprezanja.

Toplinska obrada posebno je korisna za komponente koje zahtijevaju stabilnost visoke dimenzije i otpornost na puzanje.

5. Modifikacije i složeni materijali zavirenja

5.1 Dodavanje staklenih vlakana (GF-PEEK)

Zavirivanje staklenih vlakana (GF-PEEK) je složeni materijal koji pojačava mehaničku čvrstoću i krutost zavišavanja.

Dodavanje staklenih vlakana poboljšava vlačnu čvrstoću, Snaga savijanja, i otpor materijala.

GF-PEEK pruža stabilnost velike čvrstoće i dimenzije, čineći ga idealnim za zrakoplovne komponente i industrijske strojeve.

5.2 Dodavanje ugljičnih vlakana (Cf-peek)

Peek ojačan ugljičnim vlaknima (Cf-peek) je još jedan kompozitni materijal koji značajno poboljšava mehanička svojstva zavišavanja.

CF-PEEK nudi vrhunsku snagu, ukočenost, i nositi otpornost u usporedbi s neispunjenim zavijanjem.

Ovaj zavirski materijal dominira u primjeni zahtijevajući i lakoću i snagu, posebno u zrakoplovnim i automobilskim komponentama.

5.3 Dodavanje maziva (kao što je grafit, PTFE)

PEEK MATERIJAL prihvaća modifikacije maziva poput grafita ili PTFE kako bi poboljšao otpornost na habanje i minimizirao trenje.

Ove su modifikacije posebno korisne u aplikacijama koje uključuju klizne ili rotirajuće dijelove, kao što su ležajevi i brtve.

5.4 Tablica za usporedbu performansi

Sljedeća tablica uspoređuje svojstva neispunjenog zavija, GF-PEEK, i cf-peek:

6. Područja primjene zavidnog materijala

6.1 Aerospace

• Komponente motora: PEEK se koristi u komponentama mlaznih motora zbog svoje visoke temperaturne otpornosti i laganih svojstava.
• Strukturni dijelovi: Piek materijal koristi se u strukturnim komponentama kao što su zagrade, pričvršćivači, i konektori.
• Elektroničke komponente: PEEK se koristi u zrakoplovnoj elektronici zbog svoje električne izolacije i usporavanja plamena.

6.2 Medicinska industrija

• Implantati: PEEK služi kao idealan materijal za medicinske implantate poput kralježničnih kaveza i zamjena zglobova, nudeći izuzetnu biokompatibilnost i mehaničku čvrstoću.
• Kirurški instrumenti: PEEK se koristi u kirurškim instrumentima zbog otpornosti na sterilizaciju i otpornosti na habanje.
• Medicinska oprema: PEEK se koristi u medicinskim uređajima kao što su pumpe i ventile zbog kemijske otpornosti i biokompatibilnosti.

6.3 Industrijska polja

• Visoka temperaturna brtva: PEEK se pouzdano vrši u brtvama s visokim temperaturama za parne turbine i opremu za kemijsku preradu.
• Ležajevi: PEEK se koristi u ležajevima zbog slabog otpora trenja i habanja.
• Komponente pumpe i ventila: Zaviri materijal izvrsno se vrši u komponentama pumpe i ventila zbog njegove kemijske otpornosti i stabilnosti dimenzije.

6.4 Elektronika i električna energija

• Izolacijski materijali: PEEK služi kao izvrstan izolacijski materijal za električne komponente, Zahvaljujući izvrsnoj dielektričnoj snazi.
• Konektori: PEEK se koristi u konektorima zbog svoje električne izolacije i usporavanja plamena.
• Podrška za krug: PEEK se izvrsno snalazi kao potporni materijal za krugu zbog njegove superiorne dimenzijske stabilnosti i toplinskog otpora.

6.5 Ostale aplikacije

• Prerada hrane: PEEK se koristi u opremi za preradu hrane zbog svoje kemijske otpornosti i biokompatibilnosti.
• Automobilska industrija: PEEK služi u automobilskim senzorima i priključcima, Koristeći svoju laganu prirodu i otpornost na visoku temperaturu.
• Nuklearna industrija: PEEK se pouzdano vrši u nuklearnim primjenama zbog izuzetne otpornosti na zračenje i kemijske stabilnosti.

7. Prednosti i ograničenja zavidnog materijala

7.1 Prednosti

• Performanse visoke temperature: PEEK može održavati svoja svojstva na temperaturama do 250 ° C, što ga čini prikladnim za aplikacije visoke temperature.
• Kemijska otpornost: PEEK je otporan na širok raspon kemikalija, uključujući kiseline, baze, i otapala.
• Mehanička čvrstoća: PEEK pokazuje visoku zatežu, savijač, i tlačne snage, čineći ga prikladnim za zahtjevne aplikacije.
• Biokompatibilnost: Zaviri materijal je biokompatibilan i netoksičan, čineći ga idealnim za medicinske primjene.

7.2 Ograničenja

• Visoki troškovi: PEEK je jedna od najskupljih inženjerskih plastika, što ograničava njegovu upotrebu u aplikacijama osjetljivim na troškove.
• Poteškoća u obradi: PEEK zahtijeva visoke temperature i pritiske obrade, što može biti izazovno za neke proizvodne procese.
• Visoka gustoća: PEEK ima relativno visoku gustoću u usporedbi s drugim inženjerskom plastikom, što može biti nedostatak u aplikacijama koje zahtijevaju lagane materijale.

8. Alternativni materijali za zavijanje

8.1 Visoke temperaturne plastične zamjene

• Pei (Politimid): PEI je plastika visoke temperature s izvrsnim mehaničkim i toplinskim svojstvima. Često se koristi kao alternativa zaviranju u aplikacije koje zahtijevaju visoku temperaturu otpora.
• PPS (Polifenilen sulfid): PPS je još jedna visoka temperatura plastika s izvrsnom kemijskom otpornošću i dimenzionalnom stabilnošću.
• Pai (Poliimid): PAI je polimer visokih performansi s izuzetnim toplinskim i mehaničkim svojstvima, često se koristi u zahtjevnim aplikacijama.

8.2 Metalni zamjeni

• Nehrđajući čelik: Nehrđajući čelik je uobičajena metalna zamjena za zavijanje u primjene koje zahtijevaju visoku snagu i otpornost na koroziju.
• Legura od titana: Legure od titana Zamijenite zavijanje u zrakoplovnu i medicinsku primjenu, nudeći lagane prednosti i visoku snagu.
• Aluminijska legura: Aluminijske legure koriste se kao zamjena za zavijanje u aplikacijama koje zahtijevaju lagane materijale.

9. Održivost i zaštita okoliša

9.1 Zaštita okoliša proizvodnog procesa

Proizvodnja PEEK -a uključuje kontrolirane procese kako bi se umanjila utjecaj na okoliš.

Proizvođači koriste sustave zatvorene petlje za oporavak i ponovno korištenje otapala i drugih materijala, Smanjenje otpada i emisija.

9.2 Recikliranje i ponovna upotreba

Peek se može reciklirati, Iako je njegov postupak recikliranja složeniji u usporedbi s drugom plastikom.

Reciklirani PEEK dobro funkcionira za primjene bez kritičnih mehaničkih ili toplinskih zahtjeva.

9.3 Propisi o okolišu i standardima

PEEK zadovoljava različite propise o okolišu i standarde, uključujući ROHS (Ograničenje opasnih tvari) i doseg (Prijava, Procjena, Ovlaštenje, i ograničenje kemikalija).

Njegova biokompatibilnost i netoksičnost čine je u skladu s propisima o medicinskim proizvodima.

10. Sažetak

PEEK je inženjerska plastika visokih performansi s izuzetnim svojstvima koja ga čine prikladnim za zahtjevne primjene u različitim industrijama.

Njegova kombinacija toplinske stabilnosti, kemijska otpornost, mehanička čvrstoća, a biokompatibilnost je razdvaja od ostalih materijala.

Iako je PEEK skup i izazovan za obradu, Njegova jedinstvena svojstva opravdavaju njegovu upotrebu u kritičnim aplikacijama kao što su zrakoplovstvo, medicinski uređaji, i industrijski stroj.

Kako tehnologija napreduje, Peek će vjerojatno pronaći još više prijava, Daljnje učvršćivanje svog položaja vodećeg materijala u inženjerskoj plastici visokih performansi.