Materiál & Vlastnosti

1. Zavedenie

1.1 Definícia materiálu Peek

Polyetetheretheretón (Materiál) je semikryštalický termoplastický polymér patriaci k polyarylethetone (Bahno) rodina.

Peek dodáva výnimočnú tepelnú stabilitu, mechanická pevnosť, a chemická odolnosť, je ideálny pre náročné inžinierske aplikácie.

Jeho schopnosť udržať výkon za extrémnych podmienok ho zvyšuje na triedu vysokovýkonných polymérov.

1.2 História a rozvoj peek

Peek bol prvý syntetizovaný v 1978 od ICI (Cisársky chemický priemysel), Teraz je súčasťou Victrex Plc.

Pôvodne vyvinuté pre letecký a automobilový priemysel, Peek sa odvtedy rozšíril do lekárskych, elektronika, a energetické sektory kvôli svojmu neprekonateľnému profilu majetku.

Za posledné štyri desaťročia, Nepretržitá inovácia v technikách syntézy a spracovania urobila z hľadiska základného materiálu v pokročilej výrobe.

1.3 Stav Peek vo vysokovýkonných inžinierskych plastoch

Medzi vysokovýkonnými polymérmi, Peek vyniká z rovnováhy spracovateľnosti a výkonu.

Konkuruje materiálom ako polyimidy, polysulfóny, a fluóropolyméry, ale často ich prekonávajú v tepelnom, chemický, a mechanické domény.

Jeho prémiový stav sa odráža v jeho nákladoch, ale hodnota, ktorú poskytuje v kritických aplikáciách misie, odôvodňuje investíciu.

2. Chemická štruktúra a syntéza peek

2.1 Chemická štruktúra

Makromolekulárna štruktúra spoločnosti Peek spočíva v opakujúcich sa jednotkách éterových a ketónových väzieb medzi aromatickými krúžkami:

–O–Ph–O–Ph–CO–Ph–

• PH = Fenylénová skupina (aromatický prsteň)
• O = Éterový most
• Co = Ketónová skupina

Tieto štrukturálne motívy prispievajú k:

• Tuhosť (aromatické krúžky)
• Flexibilita (éterové prepojenia)
• Tepelný odpor (ketón)

Semi-kryštalická povaha peek je výsledkom jeho symetrie chrbtice, Umožnenie tesného balenia v kryštalických oblastiach pri zachovaní amorfných oblastí pre tvrdosť.

2.2 Metóda syntézy

Materiál peek je syntetizovaný prostredníctvom polykondenzačnej reakcie s rastom rastu, typicky zahŕňajúce:

• Monoméry: 4,4′-Difluorobenzofenón (DFBP) a hydrochinón (Ústredie)
• Rozpúšťadlo: Difenylsulfón
• Katalyzátor: Alkalické soli ako uhličitan sodný

Prehľad reakcie:

DFBP + HQ → PEEK + HF (byproduct)

Reakcia dochádza pri vysokých teplotách (300–400 ° C) Za kontrolovaných podmienok na dosiahnutie polymérov s vysokou molekulovou hmotnosťou.

3. Základné výkonnostné charakteristiky Peek

3.1 Fyzikálne vlastnosti

Hustota

S hustotou 1.30 g/cm³, Materiál peek je hustejší ako väčšina konvenčných plastov, ale ľahší ako kovy, Ponúka dobrý pomer sily k hmotnosti.

Farba a vzhľad

Peek je prirodzene béžový, s hladkým, lesklý vzhľad. Môže to byť pigmentované, Aj keď farbivá môžu ovplyvniť kryštalinitu a vlastnosti.

Tvrdosť

• Tvrdosť Rockwell: R126 - R130
• Tvrdosť: ~ 250 HV

Materiál Peek demonštruje vynikajúcu povrchovú tvrdosť vhodnú na opotrebenie a odolnosť proti oderu.

Tepelné vlastnosti

• Teplota topenia: 343°C
• Sklenený prechod (Tg): 143°C
• Tepelná deformácia: Minimálne do 260 ° C

Dimenzionnosť

Peek vykazuje veľmi nízku absorpciu vlhkosti (<0.1%), čo vedie k vynikajúcej rozmerovej stabilite, Dokonca aj vo vlhkých alebo vysokých teplotách.

3.2 Chemické vlastnosti

Chemický odpor

Peek odoláva širokej škále chemikálií, vrátane:

• Kyseliny (sírny, dusík)
• Základne (hydroxid sodný, amoniak)
• Uhľovodík
• Alkoholy

Nesmie na to väčšina rozpúšťadiel, robí z neho ideálny pre chemické spracovateľské vybavenie.

Odpor

Peek zostáva stabilný v:

• Acetón
• Toluén
• Etanol
• Metylénoklorid (Môže dôjsť k obmedzenému opuchu)

Odolnosť proti korózii

Inertná chrbtica spoločnosti Peek poskytuje prirodzenú odolnosť voči korózii, Vďaka tomu je vhodné pre agresívne prostredie.

Spomalenosť

• Ul 94 hodnotenie: V-0 (sebestačný)
• Nízka emisia dymu a toxického plynu
• Spĺňa normy leteckého a železničného priemyslu

Elektrická izolácia

Peek je dobrý elektrický izolátor, zachovanie vlastností pri vysokých teplotách a frekvenciách.

Biokompatibilita

Lekárska kvalita je v súlade s:

• ISO 10993
• USP trieda VI
• Vhodné pre dlhodobé implantáty a chirurgické náradie

3.3 Mechanické vlastnosti

Pevnosť v ťahu

Materiál Peek vykazuje vysokú pevnosť v ťahu (~ 100 MPa), udržiavanie tuhosti pri zaťažení.

Pevnosť v ohybe a tlaku

Jeho ohybový modul (~ 4 GPA) a pevnosť v tlaku posilňuje jeho vhodnosť pre časti, ktoré sa nosia.

Dopad a únava odolnosť

Peek odoláva opakovaným nárazom a cyklickým zaťažením bez praskania, Kritické v leteckom a lekárskych aplikáciách.

3.4 Tepelné vlastnosti

Výkonný výkon

Peek si zachováva mechanické vlastnosti:

• Teplota nepretržitého použitia: do 260 ° C
• Krátkodobé vrcholy do 300 ° C

Odpor

Peek ukazuje veľmi nízku tekutinu, Aj pri vysokom zaťažení pri zvýšených teplotách.

Tepelná vodivosť

• Približne 0.25 W/m·K

Aj keď to nie je dobrý dirigent, Tepelná stabilita je vhodná pre komponenty vystavené teplom.

3.5 Nosenie vlastností

Peek ponúka vynikajúcu odolnosť proti opotrebeniu, Najmä pri naplnení uhlíkovými vláknami, grafit, alebo ptfe.

3.6 Elektrická izolácia

Izolačné vlastnosti spoločnosti Peek sú stabilné v širokom rozsahu teploty a frekvencie.

3.7 Elektromagnetické tienenie

Zatiaľ čo neobsadený materiál Peek neponúka tienenie EMI, známky naplnené uhlíkom (napr., CF-Pek) Poskytovať miernu účinnosť tienenia, Vďaka ich vhodnými pre elektronické kryty.

4. Metódy spracovania peek

4.1 Vstrekovanie

PEEK sa môže spracovať pomocou vstrekovania, čo je bežná metóda na výrobu komplexných tvarov a komponentov.

Proces zahŕňa topenie peekov na peek a vstrekovanie roztaveného materiálu do formy pod vysokým tlakom.

Vstrekovanie umožňuje výrobu vysoko presných dielov s konzistentnými rozmermi a vlastnosťami.

4.2 Vytlačenie

Vytlačenie sa používa na výrobu pohľadu vo forme tyčí, rúrka, a listy.

Proces zahŕňa topenie pohľadu a nútenie ho cez matricu, aby sa vytvoril požadovaný tvar. Extrúzia je obzvlášť užitočná na výrobu nepretržitých profilov a komponentov s jednotnými prierezmi.

4.3 Obrábanie CNC a 3D tlač

Peek môže byť opracovaný pomocou CNC (Počítačové numerické riadenie) techniky na výrobu presných a zložitých častí.

Jeho vysoká tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu je vhodná pre CNC obrábanie Operácie, ako je otáčanie, mletie, a vŕtanie.

Okrem toho, Peek je možné spracovať pomocou FDM (Fúzované depozičné modelovanie) 3D tlač, Umožnenie výroby vlastných dielov so zložitými návrhmi.

4.4 Tepelné spracovanie a žíhanie

PEEK môže byť tepelne ošetrený alebo žíhaný, aby sa zlepšil svoje mechanické vlastnosti a znížil vnútorné napätia.

Tepelné spracovanie je obzvlášť užitočné pre komponenty, ktoré si vyžadujú vysokú dimenzionálnu stabilitu a odolnosť voči plazini.

5. Modifikácia a kompozitné materiály spoločnosti Peek

5.1 Pridanie skleneného vlákna (GF-Pek)

Nahliadnutie zo sklenených vlákien (GF-Pek) je kompozitný materiál, ktorý zvyšuje mechanickú pevnosť a tuhosť peek.

Pridanie sklenených vlákien zlepšuje pevnosť v ťahu, ohybová sila, a odolnosť proti nárazu materiálu.

GF-PEEK dodáva vysokú pevnosť a rozmerovú stabilitu, je ideálny pre letecké komponenty a priemyselné stroje.

5.2 Pridanie uhlíkových vlákien (CF-Pek)

Nahliadnutie z uhlíkových vlákien (CF-Pek) je ďalší kompozitný materiál, ktorý významne zvyšuje mechanické vlastnosti peek.

CF-Pek ponúka vynikajúcu silu, tuhosť, a odolnosť proti opotrebeniu v porovnaní s neobsadeným pohľadom.

Tento materiál Peek dominuje aplikáciám požadujúcim ľahkosť a pevnosť, najmä v leteckých a automobilových komponentoch.

5.3 Pridanie maziva (ako grafit, Ptfe)

Materiál Peek prijíma modifikácie maziva, ako je grafit alebo PTFE, na zvýšenie odolnosti proti opotrebeniu a minimalizáciu trenia.

Tieto úpravy sú obzvlášť užitočné v aplikáciách týkajúcich sa klzných alebo rotačných častí, ako sú ložiská a tesnenia.

5.4 Porovnávacia tabuľka výkonu

Nasledujúca tabuľka porovnáva vlastnosti neobsadeného pohľadu, GF-Pek, a CF-Pek:

6. Aplikácie oblastí materiálu Peek

6.1 Letectvo a kozmonautika

• Komponenty motora: PEEK sa používa v komponentoch prúdového motora kvôli svojmu vysokému teplote a ľahkým vlastnostiam.
• Konštrukčné diely: Materiál Peek sa používa v štrukturálnych komponentoch, ako sú zátvorky, ochranca, a konektory.
• Elektronické komponenty: Peek sa používa v leteckej elektronike kvôli svojej elektrickej izolácii a spomaleniu horenia.

6.2 Lekársky priemysel

• Implantáty: Peek slúži ako ideálny materiál pre lekárske implantáty, ako sú miechy a náhrady kĺbov, Ponúka výnimočnú biokompatibilitu a mechanickú pevnosť.
• Chirurgické nástroje: Peek sa používa v chirurgických nástrojoch kvôli svojej odolnosti proti sterilizácii a odolnosti proti opotrebeniu.
• Lekárske vybavenie: PEEK sa používa v zdravotníckych pomôckach, ako sú čerpadlá a ventily kvôli svojej chemickej odolnosti a biokompatibilite.

6.3 Priemyselné polia

• Tesnenia vysokej teploty: Peek sa spoľahlivo vykonáva vo vysokoteplotných tesneniach pre parné turbíny a chemické spracovateľské vybavenie.
• Ložiská: Peek sa používa v ložiskách kvôli nízkemu treniu a opotrebovaniu.
• Komponenty čerpadla a ventilu: Peek Material vyniká v komponentoch čerpadla a ventilu kvôli jeho chemickému odporu a rozmerovej stabilite.

6.4 Elektronika a elektrická energia

• Izolačné materiály: Peek slúži ako vynikajúci izolačný materiál pre elektrické komponenty, Vďaka vynikajúcej dielektrickej sile.
• Konektory: Peek sa používa v konektoroch kvôli svojej elektrickej izolácii a spomaleniu horenia.
• Podporuje doska obvodu: Peek vyniká ako materiál na podporu dosky s obvodmi kvôli svojej vynikajúcej rozmerovej stabilite a tepelnej odolnosti.

6.5 Ďalšie aplikácie

• Spracovanie potravín: Peek sa používa v zariadeniach na spracovanie potravín kvôli svojej chemickej odolnosti a biokompatibilite.
• automobilový priemysel: Peek slúži v automobilových senzoroch a konektoroch, Využívanie ľahkej povahy a vysokej teploty.
• Jadrový priemysel: Peek vystupuje spoľahlivo v jadrových aplikáciách z dôvodu jej výnimočnej rezistencie na žiarenie a chemickej stabilite.

7. Výhody a obmedzenia materiálu Peek

7.1 Výhody

• Vysoká teplota: Peek si môže udržiavať svoje vlastnosti pri teplotách do 250 ° C, je vhodný pre vysokoteplotné aplikácie.
• Chemický odpor: Peek je odolný voči širokému spektru chemikálií, vrátane kyselín, základne, a rozpúšťadlá.
• Mechanická pevnosť: Peek vystavuje vysoký ťah, ohybový, a pevnosti v tlaku, je vhodný pre náročné aplikácie.
• Biokompatibilita: Materiál peek je biokompatibilný a netoxický, je ideálny pre lekárske aplikácie.

7.2 Obmedzenia

• Vysoké náklady: Peek je jednou z najdrahších inžinierskych plastov, čo obmedzuje jeho používanie v nákladovo citlivých aplikáciách.
• Náročnosť spracovania: Peek vyžaduje vysoké teploty a tlaky spracovania, čo môže byť pre niektoré výrobné procesy náročné.
• Vysoká hustota: Peek má relatívne vysokú hustotu v porovnaní s inými inžinierskymi plastmi, ktoré môžu byť nevýhodou v aplikáciách vyžadujúcich ľahké materiály.

8. Alternatívne materiály pre peek

8.1 Plastové náhrady s vysokou teplotou

• Pei (Polymostimid): PEI je vysokoteplotný plast s vynikajúcimi mechanickými a tepelnými vlastnosťami. Často sa používa ako alternatíva k nahliadnutiu do aplikácií vyžadujúcich vysoký teplotu.
• Pps (Polyfenylénsulfid): PPS je ďalší vysokoteplotný plast s vynikajúcou chemickou odolnosťou a rozmerovou stabilitou.
• Pai (Polyimid): Pai je vysoko výkonný polymér s výnimočnými tepelnými a mechanickými vlastnosťami, často používané v náročných aplikáciách.

8.2 Kovové náhrady

• Nerezová oceľ: Nehrdzavejúca oceľ je spoločná náhrada kovu za nahliadnutie do aplikácií, ktoré si vyžadujú vysokú pevnosť a odolnosť proti korózii.
• Zliatina: Zliatiny titánu nahliadnuť do leteckého a lekárskych aplikácií, Ponúka ľahké výhody a vysokú pevnosť.
• Hliník: Hliníkové zliatiny sa používajú ako náhrady za peek v aplikáciách vyžadujúcich ľahké materiály.

9. Udržateľnosť a ochrana environmentálnej ochrany Peek

9.1 Ochrana životného prostredia výrobného procesu

Výroba Peek zahŕňa kontrolované procesy na minimalizáciu vplyvu na životné prostredie.

Výrobcovia používajú systémy s uzavretou slučkou na zotavenie a opätovné použitie rozpúšťadiel a iných materiálov, Zníženie odpadu a emisií.

9.2 Recyklácia a opätovné použitie

Peek je recyklovateľný, Aj keď je jeho recyklačný proces zložitejší v porovnaní s inými plastmi.

Recyklovaný peek funguje dobre pre aplikácie bez kritických mechanických alebo tepelných požiadaviek.

9.3 Environmentálne predpisy a normy

Peek spĺňa rôzne environmentálne predpisy a normy, vrátane ROHS (Obmedzenie nebezpečných látok) a dosiahnuť (Registrácia, Hodnotenie, Oprávnenie, a obmedzenie chemikálií).

Jeho biokompatibilita a netoxicita spôsobujú, že sú v súlade s nariadeniami o zdravotníckych pomôckach.

10. Zhrnutie

Peek je vysokovýkonný inžiniersky plastic s výnimočnými vlastnosťami, vďaka ktorým je vhodný pre náročné aplikácie v rôznych odvetviach.

Jeho kombinácia tepelnej stability, chemický odpor, mechanická pevnosť, a biokompatibilita ju odlišuje od iných materiálov.

Zatiaľ čo Peek je drahý a náročný spracovanie, Jeho jedinečné vlastnosti zdôvodňujú jeho použitie v kritických aplikáciách, ako je letecký priestor, zdravotnícke pomôcky, a priemyselné stroje.

Ako technológia napreduje, PEEK pravdepodobne nájde ešte viac aplikácií, ĎALŠIE SALITÁCIE SPOLOČNOSTI VLASTNÉHO MATERIÁLNEHO VLOŽKY VYSOKÉHO DOBROVATEĽA.