Material de espiada & Propriedades

1. Introdução

1.1 Definição de Material de Peek

Polietherethertone (Material de espiada) é um polímero termoplástico semi-cristalino pertencente ao polyarylethetone (Paek) família.

Peek oferece estabilidade térmica excepcional, força mecânica, e resistência química, tornando -o ideal para exigir aplicações de engenharia.

Sua capacidade de reter o desempenho em condições extremas o eleva à classe de polímeros de alto desempenho.

1.2 História e Desenvolvimento de Peek

Peek foi sintetizado pela primeira vez em 1978 por ICI (Indústrias químicas imperiais), agora parte do Victrex plc.

Desenvolvido inicialmente para as indústrias aeroespacial e automotiva, Peek desde então se expandiu para o médico, eletrônica, e setores de energia devido ao seu perfil de propriedade incomparável.

Nas últimas quatro décadas, A inovação contínua nas técnicas de síntese e processamento fez do PEEK um material de pedra angular na fabricação avançada.

1.3 Status da espiada em plásticos de engenharia de alto desempenho

Entre polímeros de alto desempenho, Peek se destaca por seu equilíbrio de processabilidade e desempenho.

Compete com materiais como poliimidas, Polisulfonas, e fluoropolímeros, mas geralmente os supera em térmicos, químico, e domínios mecânicos.

Seu status de premium é refletido em seu custo, Mas o valor que ele fornece em aplicações de missão crítica justifica o investimento.

2. Estrutura química e síntese de espiar

2.1 Estrutura química

A estrutura macromolecular de Peek consiste em repetir unidades de vínculos éter e cetona entre anéis aromáticos:

–O–Ph–O–Ph–CO–Ph–

• Ph = Grupo de fenileno (anel aromático)
• O = Ponte éter
• Co = Grupo de cetona

Esses motivos estruturais contribuem para:

• Rigidez (Anéis aromáticos)
• Flexibilidade (ETHERTH LINCAGENS)
• Resistência térmica (grupos de cetona)

A natureza semi-cristalina do PEEK resulta de sua simetria de espinha dorsal, permitindo embalagens apertadas em regiões cristalinas, mantendo regiões amorfas para resistência.

2.2 Método de síntese

O material de espiada é sintetizado através de uma reação de policondensação de etapas, normalmente envolvendo:

• Monômeros: 4,4′ -Difluorobenzofenona (DFBP) e hidroquinona (HQ)
• Solvente: Difenil sulfona
• Catalisador: Sais de álcalis como carbonato de sódio

Visão geral da reação:

DFBP + HQ → PEEK + HF (byproduct)

A reação ocorre em altas temperaturas (300–400 ° C.) Sob condições controladas para obter polímeros de alto peso molecular.

3. Características de desempenho central da Peek

3.1 Propriedades Físicas

Densidade

Com uma densidade de 1.30 g/cm³, O material de espiada é mais denso que a maioria dos plásticos convencionais, mas mais leve que os metais, Oferecendo uma boa proporção de força / peso.

Cor e aparência

Peek é naturalmente bege, com um suave, Aparência semi-brilho. Pode ser pigmentado, Embora os corantes possam afetar a cristalinidade e as propriedades.

Dureza

• Dureza Rockwell: R126 - R130
• Vickers dureza: ~ 250 hv

O material de espiada demonstra excelente dureza da superfície adequado para resistência ao desgaste e abrasão.

Propriedades térmicas

• Ponto de fusão: 343°C
• Transição vítrea (TG): 143°C
• Deformação térmica: Mínimo de até 260 ° C

Estabilidade dimensional

Espreita exibe absorção de umidade muito baixa (<0.1%), resultando em excelente estabilidade dimensional, mesmo em ambientes úmidos ou de alta temperatura.

3.2 Propriedades químicas

Resistência química

Peek resiste a uma ampla gama de produtos químicos, incluindo:

• Ácidos (sulfúrico, nítrico)
• Bases (Hidróxido de sódio, amônia)
• Hidrocarbonetos
• Álcoons

Não é atacado pela maioria dos solventes, tornando -o ideal para equipamentos de processamento químico.

Resistência ao solvente

Peek permanece estável em:

• Acetona
• Tolueno
• Etanol
• Cloreto de metileno (Inchaço limitado pode ocorrer)

Resistência à corrosão

O backbone inerte de Peek fornece resistência natural à corrosão, tornando -o adequado para ambientes agressivos.

Retardância da chama

• Ul 94 avaliação: V-0 (Auto-extrato)
• Baixa fumaça e emissão de gás tóxico
• Atenda aos padrões da indústria aeroespacial e ferroviária

Isolamento Elétrico

Peek é um bom isolador elétrico, propriedades de retenção em altas temperaturas e frequências.

Biocompatibilidade

Peek de nível médico está em conformidade com:

• ISO 10993
• USP Classe VI
• Adequado para implantes de longo prazo e ferramentas cirúrgicas

3.3 Propriedades mecânicas

Resistência à tracção

Material de espiada exibe alta resistência à tração (~ 100 MPa), Mantendo a rigidez sob carga.

Força flexural e compressiva

Seu módulo de flexão (~ 4 gPa) e a resistência à compressão reforça sua adequação para peças de porte de carga.

Impacto e resistência à fadiga

Peek resiste aos impactos repetidos e carga cíclica sem rachaduras, crítico em aplicações aeroespaciais e médicas.

3.4 Propriedades térmicas

Desempenho de alta temperatura

Peek mantém propriedades mecânicas em:

• Temperatura de uso contínuo: até 260 ° C.
• Picos de curto prazo até 300 ° C

Resistência à fluência

Peek mostra uma fluência muito baixa, mesmo sob alta carga a temperaturas elevadas.

Condutividade Térmica

• Aproximadamente 0.25 S/m·K

Embora não seja um bom condutor, A estabilidade térmica o torna adequado para componentes expostos ao calor.

3.5 Desgastar propriedades

Peek oferece excelente resistência ao desgaste, especialmente quando cheio de fibra de carbono, grafite, ou ptfe.

3.6 Isolamento Elétrico

As propriedades de isolamento de Peek são estáveis ​​em uma ampla temperatura e faixa de frequência.

3.7 Blindagem eletromagnética

Enquanto o material não preenchido não oferece blindagem emi, notas cheias de carbono (por exemplo, Cf-pareek) fornecer eficácia de blindagem moderada, tornando -os adequados para gabinetes eletrônicos.

4. Métodos de processamento de espiar

4.1 Moldagem por injeção

Peek pode ser processado usando moldagem por injeção, que é um método comum para produzir formas e componentes complexos.

O processo envolve derreter grânulos de espiada e injetar o material fundido em um molde sob alta pressão.

A moldagem por injeção permite a produção de peças de alta precisão com dimensões e propriedades consistentes.

4.2 Moldagem por extrusão

A moldagem de extrusão é usada para produzir espiada na forma de hastes, tubos, e folhas.

O processo envolve derreter a espiada e forçá -lo através de um dado para formar a forma desejada. A extrusão é particularmente útil para produzir perfis e componentes contínuos com seções transversais uniformes.

4.3 Usinagem CNC e impressão 3D

Peek pode ser usinado usando CNC (Controle Numérico Computadorizado) técnicas para produzir peças precisas e complexas.

Sua alta dureza e resistência ao desgaste o tornam adequado para usinagem CNC operações como girar, moagem, e perfuração.

Adicionalmente, Peek pode ser processado usando FDM (Modelagem de deposição fundida) 3D impressão, permitindo a produção de peças personalizadas com projetos complexos.

4.4 Tratamento térmico e recozimento

Peek pode ser tratado termicamente ou recozido para melhorar suas propriedades mecânicas e reduzir as tensões internas.

O tratamento térmico é particularmente útil para componentes que requerem alta estabilidade e resistência dimensionais ao fluência.

5. Modificação e materiais compostos da espiada

5.1 Adicionando fibra de vidro (Gf-pareek)

Peek reforçado com fibra de vidro (Gf-pareek) é um material composto que melhora a força mecânica e a rigidez da espiada.

A adição de fibras de vidro melhora a força de tração, força de flexão, e resistência ao impacto do material.

GF-Peek oferece alta resistência e estabilidade dimensional, tornando -o ideal para componentes aeroespaciais e máquinas industriais.

5.2 Adicionando fibra de carbono (Cf-pareek)

Peek reforçado com fibra de carbono (Cf-pareek) é outro material composto que aprimora significativamente as propriedades mecânicas de Peek.

CF-Peek oferece força superior, rigidez, e resistência ao desgaste em comparação com a espiada não preenchida.

Este material de espiada domina aplicações exigindo leveza e força, particularmente em componentes aeroespaciais e automotivos.

5.3 Adicionando lubrificantes (como grafite, PTFE)

O material de espiada aceita modificações de lubrificantes como grafite ou PTFE para melhorar a resistência ao desgaste e minimizar o atrito.

Essas modificações são particularmente úteis em aplicações envolvendo peças deslizantes ou rotativas, como rolamentos e focas.

5.4 Tabela de comparação de desempenho

A tabela a seguir compara as propriedades da espiada não preenchida, Gf-pareek, e cf-pareek:

6. Áreas de aplicação de material de espiada

6.1 Aeroespacial

• Componentes do motor: Peek é usado em componentes do motor a jato devido à sua resistência de alta temperatura e propriedades leves.
• Peças Estruturais: O material de espiada é usado em componentes estruturais, como colchetes, prendedores, e conectores.
• Componentes eletrônicos: Peek é usado em eletrônicos aeroespaciais devido ao seu isolamento elétrico e retardamento de chama.

6.2 Indústria Médica

• Implantes: Peek serve como um material ideal para implantes médicos, como gaiolas espinhais e substituições de articulações, oferecendo biocompatibilidade excepcional e força mecânica.
• Instrumentos Cirúrgicos: Peek é usado em instrumentos cirúrgicos devido à sua resistência à esterilização e resistência ao desgaste.
• Equipamento Médico: Peek é usado em dispositivos médicos, como bombas e válvulas devido à sua resistência a produtos químicos e biocompatibilidade.

6.3 Campos industriais

• Vedações de alta temperatura: Peek tem um desempenho de maneira confiável em vedações de alta temperatura para turbinas a vapor e equipamentos de processamento químico.
• Rolamentos: Peek é usado em rolamentos devido ao seu baixo atrito e resistência ao desgaste.
• Componentes de bombas e válvulas: O material de espiada se destaca nos componentes da bomba e da válvula devido à sua resistência química e estabilidade dimensional.

6.4 Eletrônica e elétrica

• Materiais isolantes: Peek serve como um excelente material isolante para componentes elétricos, Graças à sua excelente força dielétrica.
• Conectores: Peek é usado em conectores devido ao seu isolamento elétrico e retardamento de chama.
• Suportes da placa de circuito: Peek se destaca como material de suporte da placa de circuito devido à sua estabilidade dimensional superior e resistência térmica.

6.5 Outras aplicações

• Processamento de Alimentos: Peek é usado em equipamentos de processamento de alimentos devido à sua resistência química e biocompatibilidade.
• Indústria Automotiva: Peek serve em sensores e conectores automotivos, Aproveitando sua natureza leve e resistência de alta temperatura.
• Indústria nuclear: Peek tem um desempenho de maneira confiável em aplicações nucleares devido à sua excepcional resistência à radiação e estabilidade química.

7. Vantagens e limitações do material de espiada

7.1 Vantagens

• Desempenho de alta temperatura: Peek pode manter suas propriedades em temperaturas até 250 ° C, tornando-o adequado para aplicações de alta temperatura.
• Resistência química: Peek é resistente a uma ampla gama de produtos químicos, incluindo ácidos, bases, e solventes.
• Força mecânica: Espreita exibe alta tração, flexão, e forças compressivas, tornando -o adequado para aplicações exigentes.
• Biocompatibilidade: O material de espiada é biocompatível e não tóxico, tornando -o ideal para aplicações médicas.

7.2 Limitações

• Alto custo: Peek é um dos plásticos de engenharia mais caros, que limita seu uso em aplicações sensíveis ao custo.
• Dificuldade de processamento: Peek requer altas temperaturas e pressões de processamento, o que pode ser desafiador para alguns processos de fabricação.
• Alta densidade: Peek tem uma densidade relativamente alta em comparação com outros plásticos de engenharia, que pode ser uma desvantagem em aplicações que requerem materiais leves.

8. Materiais alternativos para espiar

8.1 Substitutos plásticos de alta temperatura

• PEI (Poli utimida): O PEI é um plástico de alta temperatura com excelentes propriedades mecânicas e térmicas. É frequentemente usado como uma alternativa à espiar em aplicações que requerem resistência de alta temperatura.
• PPS (Sulfeto de polifenileno): PPS é outro plástico de alta temperatura, com excelente resistência química e estabilidade dimensional.
• PAI (Poliimida): PAI é um polímero de alto desempenho com propriedades térmicas e mecânicas excepcionais, frequentemente usado em aplicativos exigentes.

8.2 Substitutos de metal

• Aço inoxidável: Aço inoxidável é um substituto de metal comum para a espiada em aplicações que requerem alta resistência de resistência e corrosão.
• Liga de titânio: Ligas de titânio Substitua a PEEK em aplicações aeroespaciais e médicas, oferecendo vantagens leves e alta resistência.
• Liga de alumínio: Ligas de alumínio são usados ​​como substitutos da espiada em aplicações que requerem materiais leves.

9. Sustentabilidade e proteção ambiental da espiada

9.1 Proteção ambiental do processo de produção

A produção de Peek envolve processos controlados para minimizar o impacto ambiental.

Os fabricantes usam sistemas de circuito fechado para recuperar e reutilizar solventes e outros materiais, reduzindo resíduos e emissões.

9.2 Reciclagem e reutilização

Peek é reciclável, Embora seu processo de reciclagem seja mais complexo em comparação com outros plásticos.

Peek reciclado funciona bem para aplicações sem requisitos mecânicos ou térmicos críticos.

9.3 Regulamentos e padrões ambientais

Peek atende a vários regulamentos e padrões ambientais, incluindo ROHS (Restrição de substâncias perigosas) e alcance (Registro, Avaliação, Autorização, e restrição de produtos químicos).

Sua biocompatibilidade e não toxicidade o tornam compatível com os regulamentos de dispositivos médicos.

10. Resumo

Peek é um plástico de engenharia de alto desempenho, com propriedades excepcionais que o tornam adequado para exigir aplicações em vários setores.

Sua combinação de estabilidade térmica, Resistência química, força mecânica, e a biocompatibilidade o diferencia de outros materiais.

Enquanto Peek é caro e desafiador para processar, Suas propriedades únicas justificam seu uso em aplicações críticas, como aeroespacial, dispositivos médicos, e máquinas industriais.

À medida que a tecnologia avança, É provável que Peek encontre ainda mais aplicações, Solidificando ainda mais sua posição como material líder em plásticos de engenharia de alto desempenho.