Starp plastmasas materiāliem polietereterons (PEEK) ir ļoti īpaša inženiertehniskā plastmasa. Tā augstā - temperatūras izturība, izturība pret koroziju, nodiluma izturība un hidrolīzes izturība padara to ļoti pieprasītu kosmosā, automobiļu, medicīnisko, enerģijas un jaudas, kā arī mašīnas. Zemāk mēs detalizēti izskaidrojam, kas ir palūrēts plastmasa.
Polietereterketona materiāla definīcija
Polyetheterketone jeb PEEK ir termoplastisks polimērs, kas ir tikai daļēji kristālisks. Tam ir aromātiski gredzeni, ētera saites un ketonu grupas. Tas ir komerciāli veiksmīgākais Polyaryletherketone (PAEK) ģimenes loceklis. Ētera saites (- o -) un ketonu grupas (- c (o) -), kas savieno tās molekulārās ķēdes, veido ļoti organizētu kristālisku struktūru, kas tai piešķir lielisku mehānisku un termisku stabilitāti. Victrex 1981. gadā nopirka saistīto uzņēmumu no ICI, padarot to par populārāko augsto - veiktspējas inženierzinātņu plastmasu pasaulē. ICI pirmo reizi to izdarīja Lielbritānijā 1978. gadā.
Molekulārās struktūras priekšrocības
Ētera saite padara molekulu elastīgāku, savukārt benzola gredzens padara to stīvāku. Ketonu grupa padara starpmolekulāros spēkus stiprākus. Šīs trīs lietas darbojas kopā, lai palūrētu struktūru stabili kušanas temperatūrā 343 grādos un garā - termina darbības temperatūra līdz 260 grādiem. Šī neparastā struktūra ļauj tai saglabāt vairāk nekā 90% no sākotnējā spēka, pat ļoti karstās vietās, piemēram, gaisa kuģu dzinēju nacelles.
Ķīmisko vielu nosaukšanas noteikumi
Pilns nosaukums "Polyethereterketone" apraksta molekulārās ķēdes struktūru: poli (polimēru) + ētera (ētera saiti) × 2 + ketons (ketonu grupa).
Šī nosaukšanas shēma ļauj skaidri norādīt, kāds ir ķīmiskais aplauzums, un tas ir izplatīts veids, kā nosaukt lietas materiālu zinātnē.
Polietereteretona materiāla galvenie veiktspējas parametri
Fizikālās un mehāniskās īpašības
| Īpašums | Vērtību diapazons | Tehniskā nozīme |
|---|---|---|
| Blīvums | 1,3-1,35 g/cm³ | Tikai puse no alumīnija blīvuma, ievērojami samazinot aprīkojuma svaru |
| Stiepes izturība | 90-100 MPa (nepiepildīti sveķi) | Salīdzināms ar alumīnija sakausējumu (6061-T6 stiepes izturība ir 290 MPa) |
| Lieces modulis | 3.6 GPA (nepiepildīti sveķi) | Var sasniegt 20 GPA ar oglekļa šķiedras pastiprināšanu, pārspējot lielāko daļu inženiertehnisko plastmasu |
| Pagarinājums pārtraukumā | 30%-150% | Apvieno stingrību un izturību, kas spēj izturēt sarežģītus spriegumus |
Siltuma veiktspēja
Stikla pārejas temperatūra (TG): 143 grādi, augstāki nekā parastā inženiertehniskā plastmasa (piemēram, POM, kas ir -60 grāds).
Siltuma novirzes temperatūra (HDT): 157 grādi (zem 1,8 MPa slodzes). Uzlabota kristalitāte pēc iesmidzināšanas formēšanas var paaugstināt HDT virs 200 grādu.
Temperatūras pretestība: iztur īsu - Termiņa temperatūru 300 grādu un var nepārtraukti darboties 250 grādos 10 000 stundas bez ievērojamas degradācijas.
Ķīmiskā un vides izturība
Korozijas izturība: pilnīgi inerta līdz 98% organisko šķīdinātāju (piemēram, acetons, toluols) un skābos un sārmainos šķīdumus (pH 1-14), izņemot koncentrētu sērskābi. Pēc iegremdēšanas 30% KOH risinājumā trīs gadus nav pietūkuma.
Hidrolīzes pretestība: izturēja 3000 sterilizācijas ciklus 134 grādos ar autoklāvu tvaiku, ar svara zudumu <0,1%, ievērojami pārsniedzot medicīnisko - pakāpes nerūsējošā tērauda standartu.
Liesmas palēninātās īpašības: tas var sasniegt UL 94 V-0 vērtējumu, nepievienojot liesmas slāpētājus, un dūmu daudzums, kas izdalās, kad dedzināšana ir tikai 1/5 no tradicionālās plastmasas.
Poletereterketona materiāla ražošanas un pārstrādes tehnoloģija
Polimerizācijas reakcijas mehānisms
Tiek izmantota nukleofīla aizstāšanas polikondensācijas metode, izmantojot 4,4 '- difluorobenzofenonu un nātrija bisfenolu A kā izejvielas. Difenilsulfona šķīdinātāja katalīzē bezūdens kālija karbonāta katalīzē tiek veikta augsta - temperatūras polimerizācija. Ņemiet vērā, ka šai reakcijai nepieciešama stingri kontrolēta bezūdens vide (mitruma saturs <50 ppm). Mikroviļņu krāsns - atbalstīta polimerizācija var saīsināt reakcijas laiku no 24 stundām tradicionālajā refluksa metodē līdz 3 stundām.
Galvenie liešanas procesa parametri
Injekcijas veidne:
Pelējuma temperatūra: 160-190 grāds (lai veicinātu kristalizāciju)
Izkausēšanas temperatūra: 370-420 grādi (lai izvairītos no termiskās sadalīšanās)
Injekcijas spiediens: 70-140 MPa (lai nodrošinātu sarežģītu struktūru piepildīšanu)
Piezīme: Neaizpildītu pakāpju saraušanās ir 1,2 - 2,4%, savukārt oglekļa šķiedras pastiprinātas pakāpes var samazināt līdz 0,1–1,1%.
3D drukāšanas tehnoloģija:
Izmantojot FDM, sprauslas temperatūra jākontrolē no 360 līdz 400 grādiem, un apsildāmā gulta tiek uzturēta ar 120 grādiem, lai samazinātu deformāciju.
Polietereterketona materiāla izmantošana
Avi kosmosa
Airbus A350 kravas turēšanas kanalizācijas sistēma alumīnija sakausējuma vietā izmanto VicTrex Peek kompozītmateriālu, samazinot svaru par 50%. Tas arī iztur ekstrēmas temperatūras svārstības no - 50 grādiem līdz 120 grādiem un ir izturējis 100 000 cikla noguruma pārbaudi. Tā zemā dūmi un zemā toksicitāte (SDR mazāka vai vienāda ar 15) atbilst FAR 25,853 ugunsdrošības standartiem, padarot to par vēlamo materiālu nākamās paaudzes pasažieru gaisa kuģu interjeram.
Medicīnisks
Ortopēdija:
Oglekļa šķiedras - elastīgais modulis pastiprināja PEEK Interbody saplūšanas būrus (8-12 GPa), kas precīzi atbilst cilvēka garozas kaula (10-30 GPa), efektīvi samazinot stresa pasargāšanu. ASV FDA to ir apstiprinājusi izmantošanai vairāk nekā 20 implantu veidos, ieskaitot dzemdes kakla un mugurkaula jostas daļas.
Elektroķirurģiskie instrumenti:
Solvay's Ketaspire® PEEK pulveri tiek izsmidzināts uz metāla kanulu virsmas, sasniedzot pārklājuma biezumu tikai 0,0645 mm. Tas iztur spriegumus, kas pārsniedz 10kV un 1000 etilēnoksīda sterilizācijas ciklus. To jau izmanto Da Vinci ķirurģiskā robota pamatkomponentos.
Pārtikas pārstrādes mašīnu komponenti
Polyetheterketone (PEEK) ir materiāls, kas ir izturīgs pret tīrīšanu un dezinfekciju (atbrīvojot kaitīgas vielas), uzrāda zemu migrāciju un nobrāzumu izturību un atbilst pārtikas kontakta standartiem. Tipiski lietojumi ietver vārstu kodolus piena ražošanas līnijās, konveijera lentes saites maizes ceptuvē un filtru atbalsta rāmji sulu presēs.
Bukses, gultņi, roņi un atbalsta gredzeni
Polyetherethetone (PEEK) aizstāj metāla un tradicionālās plastmasas kustīgās detaļās, pateicoties tās kombinētajām priekšrocībām, kas saistītas ar zemu berzi, augstas slodzes jaudu un izturību pret koroziju.
Bukses un gultņi: oglekļa šķiedra - pastiprināta PEEK lepojas ar berzes koeficientu, kas ir zems kā 0,15 (sausa berzes apstākļi), kas ir par 40% zemāks nekā bronzas gultņi. Ar 10 MPa slodzi un 150 grādu vidi tā nodiluma ātrums ir tikai 0,001 mm³/(n · m), padarot to piemērotu ķīmisko sūkņu buksēm un automobiļu transmisijas gultņiem.
Blīvējumi un atbalsta gredzeni: Jēlnaftas ekstrakcijas skābā vidē (kas satur h₂s un co₂), peek v - gredzeni piedāvā blīvēšanas kalpošanas laiku 10 reizes vairāk nekā nitrila gumijai. Hidraulisko aprīkojuma ražotājs izmantoja PEEK atbalsta gredzenus, lai pārvarētu tradicionālo PTFE gredzenu šļūdes mazspējas problēmu ar 30 MPa spiedienu, pagarinot viņu kalpošanas laiku no 3000 stundām līdz 15 000 stundām.
Poletereteretona materiāla un līdzīgu materiālu salīdzinājums
| Veiktspējas indikators | Palūrēt | Ptfe | Pei | Pi |
|---|---|---|---|---|
| Long - Termiņa temperatūra | 260 grāds | 250 grādu | 210 grāds | 300 grādu |
| Stiepes izturība | 90–100 MPa | 25-35 MPa | 100-110 MPa | 80-100 MPa |
| Berzes koeficients | 0.35-0.45 | 0.03-0.05 | 0.25-0.35 | 0.2-0.3 |
| Dielektriskā izturība | 50 kV/mm | 50-150 kV/mm | 30-40 kV/mm | 20-30 kV/mm |
| Apstrādes izmaksas | Ļoti augsts | Mērens | Mērens | Ļoti augsts |
Ieteicamā izvēle:
Augstai - temperatūrai un augstai - spiediena pielietojumam: PEEK (siltuma un hidrolīzes pretestība) ir vēlama.
Ultra - zemas berzes prasībām: priekšroka tiek dota PTFE, bet stiprums ir apdraudēts.
Augstai - frekvences izolācijai: PEI piedāvā lielāku izmaksu - efektīvu iespēju, taču tā temperatūras pretestība ir ierobežota.
FAQ
J: Vai PEEK var pārstrādāt?
A: Pašlaik pārstrādes ātrums ir mazāks par 10%, galvenokārt tāpēc, ka augsts enerģijas patēriņš ir augsts - temperatūras apstrāde un 30% degradācija pārstrādātā materiāla īpašībās. VicTrex izstrādā slēgtu - cilpas pārstrādes tehnoloģiju, kas izmanto superkritisko šķidruma depolimerizāciju, lai palielinātu pārstrādes ātrumu līdz 85%.
J: Kā peek tiek piesaistīts metālam?
A: Var izmantot ķīmiskos enkurus (piemēram, 3M DP460 epoksīda līmi) vai fizikālus ieliktņus (veidoti metāla ieliktņi). Automobiļu ražotājs izmanto PEEK virzuļa vienību ar traucējumiem, kas ir piemēroti alumīnija sakausējuma cilindrā, kas ir darbojies 200 grādos 10 000 stundas bez atlaišanas.
J: Kādi ir PEEK ierobežojumi pusvadītāju nozarē?
A: Although it can achieve 99.999% purity, particle release (>0,1μm) jākontrolē līdz<100 particles/g. Currently, it is only used in non-critical processes such as wafer carriers. Toray Industries' newly developed ultra-clean grade PEEK, with a particle content of less than 10 particles/g, has entered testing on 14nm chip production lines.
J: Vai palūrēšana ir piemērota garai - terminam āra lietošanai?
A: Pure PEEK ir vidēja UV pretestība UV, un pēc ilgstošas saules gaismas iedarbības var ciest no virsmas krastiem (aptuveni 10% noārdīšanās 5 gadu laikā). Tomēr oglekļa melno vai UV absorbētāju pievienošana var uzlabot laika apstākļu pretestību 3 {- 5 reizes, padarot to piemērotu augstiem - temperatūras savienotājiem fotoelektriskajās elektrostacijās un āra augstsprieguma sadales ierīcē.
J: Vai var palūrēt metināt? Kādas ir dažas kopīgas metināšanas metodes?
A: Jā, to var metināt. Parastās metodes ietver: ① karsto plāksnes metināšanu (piemērota plakaniem komponentiem, metināšanas stiprībai sasniedzot 80% no sākotnējā materiāla); ② lāzera metināšana (ar precizitāti līdz 0,1 mm, piemērota sterilām šuvēm medicīnas ierīcēs); un ③ ultraskaņas metināšana (ļoti efektīva, tiek izmantota elektroniskajam komponentu iepakojumam). Metināšanas temperatūra jākontrolē no 343 līdz 380 grādiem (virs kušanas temperatūras, bet zem sadalīšanās temperatūras).
J: Kāda ir atšķirība starp pārtiku - pakāpes palūrēšanas un standarta palūkošanās?
A: Pārtika - pakāpei Peek ir jāiztur stingri migrācijas testi (piemēram, ES direktīva 10/2011, kas nosaka pilnīgu migrācijas robežu <10 mg/dm²). Smago metālu katalizatori ir aizliegti ražošanas laikā, un tīrība ir augstāka (pelnu saturs <0,01%). Parastā PEEK var nebūt piemērota pārtikas kontaktu lietojumprogrammām atlikušo piedevu dēļ.
J: Vai pārstrādāta PEEK materiāla veiktspēja pasliktinās?
A: pārstrādātas PEEK stiepes izturība samazināsies par 15 - 20%, un tā kristalitāte par 5 - 8%, galvenokārt molekulārās ķēdes pārrāvuma dēļ, ko izraisa smaga apstrāde augstā temperatūrā. Pašlaik pārstrādāto materiālu izmanto tikai nekritiskās struktūras daļās (piemēram, aizsargājošos vākos un kronštos). Augstas klases lietojumprogrammām (piemēram, medicīniskai un aviācijai) joprojām ir nepieciešams neapstrādāts materiāls.