1. 介绍
1.1 窥视材料的定义
聚醚醚酮 (窥视材料) 是属于聚烷酮的半晶热塑性聚合物 (佩克) 家庭.
PEEK提供了出色的热稳定性, 机械强度, 和耐化学性, 使其非常适合要求工程应用.
它在极端条件下保持性能的能力将其提升到高性能聚合物的类别.
1.2 窥视的历史和发展
Peek首先合成 1978 由ICI (帝国化学产业), 现在是Victrex plc的一部分.
最初是为航空航天和汽车行业开发的, 此后，Peek已扩展到医疗, 电子产品, 以及由于其无与伦比的属性概况而引起的能源部门.
在过去的四十年中, 综合和加工技术的连续创新使Peek成为高级制造的基石材料.
1.3 高性能工程塑料中的窥视状态
在高性能聚合物中, Peek在加工性和性能方面取得了突出.
它与聚酰亚胺等材料竞争, 多硫酮, 和荧光聚合物，但通常以热量优于它们, 化学, 和机械域.
它的溢价状况反映在其成本上, 但是它在关键任务应用中提供的价值证明了投资合理.
2. 窥视的化学结构和合成
2.1 化学结构
PEEK的大分子结构包括在芳族环之间重复乙醚和酮连接的单位:
–O–Ph–O–Ph–CO–Ph–
- ph =苯基组 (芳族环)
- o =以太桥
- 公司 =酮组
这些结构图案有助于:
- 刚性 (芳香环)
- 灵活性 (以太链接)
- 热电阻 (酮组)
PEEK的半晶性质是由于其骨干对称性的, 允许在晶体区域紧密包装，同时保持无定形区域的韧性.
2.2 合成方法
PEEK材料通过阶梯增长的多偏反应合成, 通常涉及:
- 单体: 4,4' - 二氟苯基酮 (DFBP) 和氢喹酮 (总部)
- 溶剂: 二苯基磺基
- 催化剂: 碱性盐如碳酸钠
反应概述:
DFBP + HQ → PEEK + HF (byproduct)
反应发生在高温下 (300–400°C) 在受控条件下达到高分子量聚合物.
3. Peek的核心性能特征
3.1 物理特性
| 财产 | 典型值 | 单元 |
|---|---|---|
| 密度 | 1.30 | 克/立方厘米 |
| 颜色 | 米色/自然 | - |
| 硬度 | 罗克韦尔R126 | - |
| 熔点 | 343 | ℃ |
| TG (玻璃过渡) | 143 | ℃ |
| 热膨胀 | 47 x10⁻⁶ | /k |
密度
密度 1.30 克/立方厘米, 窥视材料比大多数传统塑料更密集，但比金属更轻, 提供良好的强度与权重比.
颜色和外观
窥视自然是米色, 顺利, 半光外观. 它可以色素, 尽管着色剂可能会影响结晶度和特性.
硬度
- 罗克韦尔硬度: R126 – R130
- 维克斯硬度: 〜250 hv
窥视材料表现出出色的表面硬度，适合磨损和耐磨性.
热性能
- 熔点: 343℃
- 玻璃过渡 (TG): 143℃
- 热变形: 最小至260°C
维稳定性
窥视表现出非常低的水分吸收 (<0.1%), 导致出色的维度稳定性, 即使在潮湿或高温环境中.
3.2 化学特性
耐化学性
窥视抗拒多种化学物质, 包括:
- 酸 (硫酸, 一硝)
- 基地 (氢氧化钠, 氨)
- 碳氢化合物
- 酒精
它没有受到大多数溶剂的攻击, 使其非常适合化学加工设备.
溶剂抗性
窥视保持稳定:
- 丙酮
- 甲苯
- 乙醇
- 甲基氯化物 (可能发生有限的肿胀)
耐腐蚀
PEEK的惰性骨干可自然抵抗腐蚀, 使其适合攻击性环境.
阻燃
- Ul 94 等级: V-0 (自我脱落)
- 低烟气和有毒气体排放
- 符合航空航天和铁路行业标准
电气绝缘
PEEK是一个很好的电绝缘体, 在高温和频率下保留特性.
生物相容性
医学级窥视符合:
- ISO 10993
- USP VI
- 适用于长期植入物和手术工具
3.3 机械性能
| 财产 | 典型值 | 单元 |
|---|---|---|
| 抗拉强度 | 90–100 | 兆帕 |
| 弯曲强度 | 150–170 | 兆帕 |
| 抗压强度 | 110–120 | 兆帕 |
| 影响力 (缺口izod) | 55–65 | J/m |
| 疲劳性抗性 | 出色的 | - |
抗拉强度
窥视材料表现出高抗拉力的强度 (〜100 mpa), 在负载下保持刚度.
弯曲和抗压强度
它的弯曲模量 (〜4 GPA) 抗压强度可增强其对负载零件的适用性.
冲击和抗疲劳性
窥视抵抗重复的影响和循环加载而不会破裂, 航空航天和医疗应用的关键.
3.4 热性能
高温性能
PEEK保留机械性能:
- 连续使用温度: 最多260°C
- 短期峰值高达300°C
蠕变阻力
窥视显示非常低的蠕变, 即使在高温下高负荷下.
导热系数
- 大约 0.25 瓦/米·K
虽然不是好的指挥, 热稳定性使其适用于热暴露的组件.
3.5 佩戴特性
| 财产 | 典型值 |
|---|---|
| 磨损速度 (未填充) | 缓和 |
| 摩擦系数 | 0.3–0.4 |
| 润滑复合材料 | 0.1–0.2 |
Peek提供了极好的耐磨性, 特别是当充满碳纤维时, 石墨, 或PTFE.
3.6 电气绝缘
| 电性能 | 价值 | 单元 |
|---|---|---|
| 介电常数 | 3.2–3.6 | - |
| 介电强度 | 17–22 | KV/mm |
| 音量电阻率 | >10¹⁵ | 哦·cm |
PEEK的绝缘特性在广泛的温度和频率范围内稳定.
3.7 电磁屏蔽
虽然未填充的窥视材料不提供EMI屏蔽, 充满碳的成绩 (例如, CF-peek) 提供适度的屏蔽有效性, 使它们适合电子外壳.
4. 窥视的处理方法
4.1 注入成型
可以使用注入成型处理窥视, 这是产生复杂形状和组件的常见方法.
该过程涉及在高压下融化窥视颗粒并将熔融材料注入霉菌.
注射成型允许生产具有一致尺寸和特性的高精度零件.
4.2 挤压成型
挤出成型用于以杆的形式产生窥视, 管, 和床单.
该过程涉及融化窥视并迫使它通过模具形成所需的形状. 挤出对于生成具有均匀横截面的连续曲线和组件特别有用.
4.3 CNC加工和3D打印
可以使用CNC加工窥视 (计算机数控) 产生精确和复杂零件的技术.
它的高硬度和耐磨性使其适合 CNC加工 诸如转弯之类的操作, 铣削, 和钻探.
此外, 可以使用FDM处理窥视 (融合沉积建模) 3D打印, 允许生产具有复杂设计的定制零件.
4.4 热处理和退火
可以对窥视进行热处理或退火，以改善其机械性能并减少内部应力.
热处理对于需要高维稳定性和抗蠕变的组件特别有用.
5. 窥视的修改和复合材料
5.1 加入玻璃纤维 (gf-peek)
玻璃纤维增强的窥视 (gf-peek) 是一种复合材料，可增强窥视的机械强度和刚度.
添加玻璃纤维可改善拉伸强度, 弯曲强度, 和材料的影响抗性.
GF-Peek提供高强度和尺寸稳定性, 使其非常适合航空航天组件和工业机械.
5.2 加入碳纤维 (CF-peek)
碳纤维增强的窥视 (CF-peek) 是另一种重大增强PEEK机械性能的复合材料.
CF-Peek提供了卓越的力量, 刚性, 与未充实的窥视相比，穿着抵抗力.
这种窥视材料主导着需要轻巧和力量的应用, 特别是在航空航天和汽车组件中.
5.3 添加润滑剂 (例如石墨, ptfe)
Peek材料接受润滑剂修饰，例如石墨或PTFE，以增强耐磨性并最大程度地减少摩擦力.
这些修改在涉及滑动或旋转零件的应用中特别有用, 例如轴承和密封.
5.4 性能比较表
下表比较了未填充的窥视的属性, gf-peek, 和CF-Peek:
| 财产 | 毫无疑问 | gf-peek | CF-peek |
|---|---|---|---|
| 抗拉强度 (兆帕) | 90 | 120 | 150 |
| 弯曲强度 (兆帕) | 120 | 150 | 180 |
| 影响力 (KJ /) | 20 | 25 | 30 |
| 密度 (克/立方厘米) | 1.32 | 1.50 | 1.60 |
| 摩擦系数 | 0.15–0.25 | 0.10–0.15 | 0.10–0.15 |
6. 窥视材料的应用领域
6.1 航天
- 发动机组件: PEEK由于具有高温耐性和轻质特性而用于喷气发动机组件.
- 结构件: 窥视材料用于结构组件，例如支架, 紧固件, 和连接器.
- 电子组件: PEEK由于其电绝缘和阻燃性而用于航空航天电子产品.
6.2 医疗行业
- 植入物: PEEK是脊柱笼子和关节置换等医疗植入物的理想材料, 提供出色的生物相容性和机械强度.
- 手术器械: PEEK由于耐药性和耐磨性而用于手术仪器中.
- 医疗设备: PEEK由于其耐化学性和生物相容性而用于泵和阀等医疗设备中.
6.3 工业领域
- 高温密封: PEEK在蒸汽轮机和化学加工设备的高温密封中可靠地表现.
- 轴承: PEEK由于其低摩擦和耐磨性而用于轴承中.
- 泵和阀门组件: 由于其耐化学性和尺寸稳定性.
6.4 电子和电气
- 绝缘材料: PEEK是电气组件的极好的绝缘材料, 多亏了其出色的介电强度.
- 连接器: 由于其电绝缘和阻燃性，PEEK用于连接器中.
- 电路板支撑: 窥视符合电路板支持材料，因为其尺寸较高的稳定性和热电阻.
6.5 其他应用程序
- 食品加工: PEEK由于其耐化学性和生物相容性而用于食品加工设备.
- 汽车行业: Peek在汽车传感器和连接器中服务, 利用其轻巧的性质和高温阻力.
- 核工业: PEEK在核应用中可靠地表现，因为它具有特殊的辐射性和化学稳定性.
7. 窥视材料的优点和局限性
7.1 优点
- 高温性能: PEEK可以在高达250°C的温度下保持其特性, 使其适用于高温应用.
- 耐化学性: 窥视对多种化学物质具有抗性, 包括酸, 基地, 和溶剂.
- 机械强度: 窥视表现出高度拉伸, 弯曲, 和抗压优势, 使其适合苛刻的申请.
- 生物相容性: 窥视材料是生物相容性的，无毒的, 使其非常适合医疗应用.
7.2 局限性
- 高成本: PEEK是最昂贵的工程塑料之一, 这限制了其在成本敏感应用中的使用.
- 处理难度: 窥视需要高处理温度和压力, 对于某些制造过程来说，这可能是具有挑战性的.
- 高密度: 与其他工程塑料相比，PEEK的密度相对较高, 在需要轻质材料的应用中，这可能是不利的.
8. 窥视的替代材料
8.1 高温塑料替代品
- PEI (聚二酰亚胺): PEI是一种高温塑料，具有出色的机械和热特性. 它通常被用作需要高温阻力的应用中窥视的替代方案.
- pps (聚苯基硫化物): PPS是另一个具有出色耐化学性和尺寸稳定性的高温塑料.
- pai (聚酰亚胺): PAI是一种具有特性和机械性能的高性能聚合物, 经常用于苛刻的应用.
8.2 金属替代品
- 不锈钢: 不锈钢 是在需要高强度和耐腐蚀性的应用中窥视的常见金属替代品.
- 钛合金: 钛合金 在航空和医疗应用中取代PEEK, 提供轻巧的优势和高强度.
- 铝合金: 铝合金 用作需要轻量材料的应用中的替代品.
9. 窥视的可持续性和环境保护
9.1 生产过程的环境保护
PEEK的生产涉及受控过程，以最大程度地减少环境影响.
制造商使用闭环系统来恢复和重复使用溶剂和其他材料, 减少浪费和排放.
9.2 回收和再利用
窥视是可回收的, 尽管与其他塑料相比，其回收过程更为复杂.
回收的PEEK适用于没有关键机械或热量需求的应用程序.
9.3 环境法规和标准
窥视符合各种环境法规和标准, 包括Rohs (限制危险物质) 并到达 (登记, 评估, 授权, 和化学物质的限制).
它的生物相容性和无毒性使其符合医疗设备法规.
10. 概括
PEEK是一种高性能的工程塑料.
其热稳定性的结合, 耐化学性, 机械强度, 生物相容性将其与其他材料区分开.
虽然Peek昂贵且挑战性地处理, 其独特的特性证明其在航空等关键应用中的使用是合理的, 医疗器械, 和工业机械.
随着技术的进步, PEEK可能会找到更多的应用程序, 进一步巩固其作为高性能工程塑料领先材料的地位.