Mengintip bahan & Sifat

1. Pengenalan

1.1 Definisi bahan mengintip

Polyetheretherketone (Mengintip bahan) adalah polimer termoplastik separuh kristal yang dimiliki oleh polyaryletherketone (Paek) keluarga.

Mengintip menyampaikan kestabilan terma yang luar biasa, kekuatan mekanikal, dan rintangan kimia, menjadikannya sesuai untuk menuntut aplikasi kejuruteraan.

Keupayaannya untuk mengekalkan prestasi di bawah keadaan yang melampau meningkatkannya ke kelas polimer berprestasi tinggi.

1.2 Sejarah dan perkembangan mengintip

Mengintip pertama disintesis dalam 1978 oleh ICI (Industri Kimia Imperial), Sekarang sebahagian daripada Victrex plc.

Pada mulanya dibangunkan untuk industri aeroangkasa dan automotif, Mengintip sejak berkembang menjadi perubatan, elektronik, dan sektor tenaga kerana profil hartanahnya yang tidak dapat ditandingi.

Sepanjang empat dekad yang lalu, Inovasi berterusan dalam teknik sintesis dan pemprosesan telah membuat bahan asas dalam pembuatan lanjutan.

1.3 Status mengintip dalam plastik kejuruteraan berprestasi tinggi

Antara polimer berprestasi tinggi, Mengintip untuk keseimbangan proses dan prestasi.

Ia bersaing dengan bahan seperti polyimides, polysulfones, dan fluoropolimer tetapi sering mengatasi mereka dalam terma, kimia, dan domain mekanikal.

Status premiumnya tercermin dalam kosnya, Tetapi nilai yang disediakan dalam aplikasi kritikal misi membenarkan pelaburan.

2. Struktur kimia dan sintesis mengintip

2.1 Struktur kimia

Struktur makromolekul PEEK terdiri daripada unit berulang dan ketone hubungan antara cincin aromatik:

–O–Ph–O–Ph–CO–Ph–

• Ph = Kumpulan phenylene (cincin aromatik)
• O = Jambatan Ether
• Co = Kumpulan Ketone

Motif struktur ini menyumbang kepada:

• Ketegaran (cincin aromatik)
• Fleksibiliti (Hubungan eter)
• Rintangan terma (Kumpulan Ketone)

Sifat separuh kristal mengintip hasil dari simetri tulang belakangnya, membolehkan pembungkusan yang ketat di kawasan kristal sambil mengekalkan kawasan amorf untuk ketangguhan.

2.2 Kaedah sintesis

Bahan mengintip disintesis melalui tindak balas polikondensasi pertumbuhan langkah, biasanya melibatkan:

• Monomer: 4,4'-Difluorobenzophenone (DFBP) dan hydroquinone (HQ)
• Pelarut: Diphenyl sulfone
• Pemangkin: Garam alkali seperti natrium karbonat

Gambaran Keseluruhan Reaksi:

DFBP + HQ → PEEK + HF (byproduct)

Tindak balas berlaku pada suhu tinggi (300-400 ° C.) Di bawah keadaan terkawal untuk mencapai polimer berat molekul yang tinggi.

3. Ciri -ciri prestasi teras mengintip

3.1 Sifat Fizikal

Ketumpatan

Dengan ketumpatan 1.30 g/cm³, Bahan mengintip lebih padat daripada kebanyakan plastik konvensional tetapi lebih ringan daripada logam, Menawarkan nisbah kekuatan-berat yang baik.

Warna dan penampilan

Mengintip secara semula jadi kuning air, dengan licin, Penampilan semi-gloss. Ia boleh berpigmen, Walaupun pewarna boleh menjejaskan kristal dan sifat.

Kekerasan

• Kekerasan Rockwell: R126 -R130
• Kekerasan Vickers: ~ 250 hv

Bahan mengintip menunjukkan kekerasan permukaan yang sangat sesuai untuk rintangan haus dan lelasan.

Sifat terma

• Takat Lebur: 343°C
• Peralihan kaca (Tg): 143°C
• Ubah bentuk haba: Minimum hingga 260 ° C

Kestabilan dimensi

Mengintip mempamerkan penyerapan kelembapan yang sangat rendah (<0.1%), mengakibatkan kestabilan dimensi yang luar biasa, walaupun dalam persekitaran suhu lembap atau tinggi.

3.2 Sifat kimia

Rintangan kimia

Mengintip menentang pelbagai bahan kimia, termasuk:

• Asid (sulfurik, nitrik)
• Pangkalan (Natrium hidroksida, Ammonia)
• Hydrocarbons
• Alkohol

Ia tidak diserang oleh kebanyakan pelarut, menjadikannya sesuai untuk peralatan pemprosesan kimia.

Rintangan pelarut

Mengintip tetap stabil:

• Aseton
• Toluena
• Etanol
• Methylene chloride (pembengkakan terhad mungkin berlaku)

Rintangan Kakisan

Backbone Inert Peek Memberi Rintangan Semulajadi terhadap Kakisan, menjadikannya sesuai untuk persekitaran yang agresif.

Retardancy api

• UL 94 penilaian: V-0 (Self-exinguishing)
• Asap rendah dan pelepasan gas toksik
• Memenuhi standard industri aeroangkasa dan kereta api

Penebat Elektrik

Mengintip adalah penebat elektrik yang baik, mengekalkan sifat pada suhu tinggi dan frekuensi.

Biokompatibiliti

Mengintip gred perubatan mematuhi:

• ISO 10993
• USP Kelas VI
• Sesuai untuk implan jangka panjang dan alat pembedahan

3.3 Sifat mekanikal

Kekuatan Tegangan

Mengintip bahan mempamerkan kekuatan tegangan yang tinggi (~ 100 MPa), mengekalkan kekakuan di bawah beban.

Kekuatan lentur dan mampatan

Modulus lenturnya (~ 4 GPa) dan kekuatan mampatan mengukuhkan kesesuaiannya untuk bahagian yang mengandungi beban.

Kesan dan Rintangan Keletihan

Peek menentang kesan berulang dan beban kitaran tanpa retak, kritikal dalam aplikasi aeroangkasa dan perubatan.

3.4 Sifat terma

Prestasi suhu tinggi

Mengintip mengekalkan sifat mekanikal di:

• Suhu Penggunaan Berterusan: sehingga 260 ° C.
• Puncak jangka pendek sehingga 300 ° C

Rintangan Creep

Mengintip menunjukkan rayapan yang sangat rendah, walaupun di bawah beban tinggi pada suhu tinggi.

Kekonduksian Terma

• lebih kurang 0.25 W/m·K

Walaupun bukan konduktor yang baik, Kestabilan terma menjadikannya sesuai untuk komponen yang terdedah kepada haba.

3.5 Pakai sifat

Mengintip rintangan haus yang sangat baik, Terutama apabila dipenuhi dengan serat karbon, grafit, atau PTFE.

3.6 Penebat Elektrik

Ciri -ciri penebat peek stabil merentasi julat suhu dan kekerapan yang luas.

3.7 Perisai Elektromagnet

Walaupun bahan mengintip yang tidak terisi tidak menawarkan pelindung EMI, gred penuh karbon (cth., CF-PEEK) Berikan keberkesanan perisai yang sederhana, menjadikan mereka sesuai untuk kandang elektronik.

4. Kaedah memproses mengintip

4.1 Pengacuan suntikan

Mengintip boleh diproses menggunakan pengacuan suntikan, yang merupakan kaedah biasa untuk menghasilkan bentuk dan komponen yang kompleks.

Proses ini melibatkan pelet mengintip lebur dan menyuntik bahan cair ke dalam acuan di bawah tekanan tinggi.

Pencetakan suntikan membolehkan pengeluaran bahagian ketepatan tinggi dengan dimensi dan sifat yang konsisten.

4.2 Pengacuan penyemperitan

Pencetakan penyemperitan digunakan untuk menghasilkan mengintip dalam bentuk batang, tiub, dan kepingan.

Proses ini melibatkan mengintip lebur dan memaksanya melalui mati untuk membentuk bentuk yang diingini. Penyemperitan amat berguna untuk menghasilkan profil dan komponen yang berterusan dengan bahagian silang seragam.

4.3 Pemesinan CNC dan percetakan 3D

Mengintip boleh dimesin menggunakan CNC (Kawalan Berangka Komputer) teknik untuk menghasilkan bahagian yang tepat dan kompleks.

Kekerasan yang tinggi dan rintangan haus menjadikannya sesuai untuk Pemesinan CNC operasi seperti beralih, penggilingan, dan penggerudian.

Selain itu, Mengintip boleh diproses menggunakan FDM (Pemodelan pemendapan yang bersatu) 3D Percetakan, Membenarkan pengeluaran bahagian tersuai dengan reka bentuk yang rumit.

4.4 Rawatan haba dan penyepuhlindapan

Mengintip boleh dirawat haba atau anil untuk memperbaiki sifat mekanikalnya dan mengurangkan tekanan dalaman.

Rawatan haba amat berguna untuk komponen yang memerlukan kestabilan dimensi yang tinggi dan rintangan terhadap rayapan.

5. Pengubahsuaian dan bahan komposit mengintip

5.1 Menambah serat kaca (GF-PEEK)

Mengintip gentian kaca (GF-PEEK) adalah bahan komposit yang meningkatkan kekuatan mekanikal dan kekakuan mengintip.

Penambahan gentian kaca meningkatkan kekuatan tegangan, kekuatan lentur, dan rintangan kesan bahan.

GF-PEEK memberikan kekuatan tinggi dan kestabilan dimensi, menjadikannya sesuai untuk komponen aeroangkasa dan jentera perindustrian.

5.2 Menambah serat karbon (CF-PEEK)

Mengintip gentian karbon (CF-PEEK) adalah bahan komposit lain yang meningkatkan sifat mekanikal mengintip.

CF-PEEK menawarkan kekuatan yang unggul, kekakuan, and wear resistance compared to unfilled PEEK.

This PEEK material dominates applications demanding both lightness and strength, particularly in aerospace and automotive components.

5.3 Menambah pelincir (seperti grafit, PTFE)

PEEK material accepts lubricant modifications like graphite or PTFE to enhance wear resistance and minimize friction.

These modifications are particularly useful in applications involving sliding or rotating parts, such as bearings and seals.

5.4 Jadual Perbandingan Prestasi

The following table compares the properties of unfilled PEEK, GF-PEEK, and CF-PEEK:

6. Kawasan permohonan bahan mengintip

6.1 Aeroangkasa

• Komponen enjin: PEEK is used in jet engine components due to its high-temperature resistance and lightweight properties.
• Bahagian Struktur: PEEK Material is used in structural components such as brackets, pengikat, dan penyambung.
• Electronic Components: PEEK is used in aerospace electronics due to its electrical insulation and flame retardancy.

6.2 Industri Perubatan

• Implan: Peek berfungsi sebagai bahan yang ideal untuk implan perubatan seperti sangkar tulang belakang dan pengganti bersama, Menawarkan Biokompatibiliti yang luar biasa dan kekuatan mekanikal.
• Alat Pembedahan: Mengintip digunakan dalam instrumen pembedahan kerana rintangan pensterilan dan rintangan haus.
• Peralatan Perubatan: Mengintip digunakan dalam peranti perubatan seperti pam dan injap kerana rintangan kimianya dan biokompatibiliti.

6.3 Bidang perindustrian

• Meterai suhu tinggi: Mengintip melakukan dengan pasti dalam meterai suhu tinggi untuk turbin stim dan peralatan pemprosesan kimia.
• Galas: Mengintip digunakan dalam galas kerana geseran yang rendah dan rintangan haus.
• Komponen pam dan injap: Mengintip bahan cemerlang dalam komponen pam dan injap kerana rintangan kimianya dan kestabilan dimensi.

6.4 Elektronik dan elektrik

• Bahan penebat: Mengintip sebagai bahan penebat yang sangat baik untuk komponen elektrik, Terima kasih kepada kekuatan dielektrik yang luar biasa.
• Penyambung: Mengintip digunakan dalam penyambung kerana penebat elektrik dan kebencian api.
• Menyokong papan litar: Mengintip cemerlang sebagai bahan sokongan papan litar kerana kestabilan dimensi unggul dan rintangan terma.

6.5 Aplikasi lain

• Pemprosesan Makanan: Mengintip digunakan dalam peralatan pemprosesan makanan kerana rintangan kimia dan biokompatibiliti.
• Industri Automotif: Mengintip dalam sensor dan penyambung automotif, memanfaatkan sifat ringan dan rintangan suhu tinggi.
• Industri nuklear: Mengintip melakukan dengan pasti dalam aplikasi nuklear kerana rintangan radiasi yang luar biasa dan kestabilan kimia.

7. Kelebihan dan batasan bahan mengintip

7.1 Kelebihan

• Prestasi suhu tinggi: Mengintip dapat mengekalkan sifatnya pada suhu sehingga 250 ° C, menjadikannya sesuai untuk aplikasi suhu tinggi.
• Rintangan kimia: Mengintip tahan terhadap pelbagai bahan kimia, termasuk asid, pangkalan, dan pelarut.
• Kekuatan mekanikal: Mengintip Pameran Tegangan Tinggi, lentur, dan kekuatan mampatan, menjadikannya sesuai untuk menuntut aplikasi.
• Biokompatibiliti: Bahan mengintip adalah biokompatibel dan tidak toksik, menjadikannya sesuai untuk aplikasi perubatan.

7.2 Had

• Kos tinggi: Peek adalah salah satu plastik kejuruteraan yang paling mahal, yang mengehadkan penggunaannya dalam aplikasi sensitif kos.
• Kesukaran memproses: Mengintip memerlukan suhu dan tekanan pemprosesan yang tinggi, yang boleh mencabar beberapa proses pembuatan.
• Ketumpatan tinggi: Mengintip kepadatan yang agak tinggi berbanding plastik kejuruteraan lain, yang boleh menjadi kelemahan dalam aplikasi yang memerlukan bahan ringan.

8. Bahan alternatif untuk mengintip

8.1 Pengganti plastik suhu tinggi

• PEI (Poli utimide): PEI adalah plastik suhu tinggi dengan sifat mekanikal dan terma yang sangat baik. Ia sering digunakan sebagai alternatif untuk mengintip dalam aplikasi yang memerlukan rintangan suhu tinggi.
• PPS (Polifenilena sulfida): PPS adalah satu lagi plastik suhu tinggi dengan rintangan kimia yang sangat baik dan kestabilan dimensi.
• Pai (Polyimide): Pai adalah polimer berprestasi tinggi dengan sifat terma dan mekanikal yang luar biasa, sering digunakan dalam menuntut aplikasi.

8.2 Pengganti logam

• Keluli Tahan Karat: Keluli tahan karat adalah pengganti logam biasa untuk mengintip dalam aplikasi yang memerlukan kekuatan dan ketahanan kakisan yang tinggi.
• Aloi titanium: Aloi titanium Ganti mengintip dalam aplikasi aeroangkasa dan perubatan, Menawarkan kelebihan ringan dan kekuatan tinggi.
• Aloi aluminium: Aloi aluminium digunakan sebagai pengganti untuk mengintip dalam aplikasi yang memerlukan bahan ringan.

9. Kemampanan dan perlindungan alam sekitar mengintip

9.1 Perlindungan Alam Sekitar proses pengeluaran

Pengeluaran mengintip melibatkan proses terkawal untuk meminimumkan kesan alam sekitar.

Pengilang menggunakan sistem gelung tertutup untuk memulihkan dan menggunakan semula pelarut dan bahan lain, mengurangkan sisa dan pelepasan.

9.2 Kitar semula dan penggunaan semula

Peek boleh dikitar semula, Walaupun proses kitar semula lebih kompleks berbanding plastik lain.

Mengintip kitar semula berfungsi dengan baik untuk aplikasi tanpa keperluan mekanikal atau terma kritikal.

9.3 Peraturan dan piawaian alam sekitar

Mengintip memenuhi pelbagai peraturan dan piawaian alam sekitar, termasuk ROHS (Sekatan bahan berbahaya) dan mencapai (Pendaftaran, Penilaian, Kebenaran, dan sekatan bahan kimia).

Biokompatibiliti dan tidak toksisnya menjadikannya mematuhi peraturan peranti perubatan.

10. Ringkasan

Peek adalah plastik kejuruteraan berprestasi tinggi dengan sifat luar biasa yang menjadikannya sesuai untuk menuntut aplikasi di pelbagai industri.

Gabungan kestabilan terma, rintangan kimia, kekuatan mekanikal, dan biokompatibiliti membezakannya daripada bahan lain.

Sementara mengintip mahal dan mencabar untuk diproses, Ciri -ciri uniknya membenarkan penggunaannya dalam aplikasi kritikal seperti aeroangkasa, peranti perubatan, dan jentera perindustrian.

Seiring dengan kemajuan teknologi, Mengintip mungkin lebih banyak aplikasi, lebih lanjut mengukuhkan kedudukannya sebagai bahan utama dalam plastik kejuruteraan berprestasi tinggi.