Entre els materials de plàstic, la polietheretherketona (PEEK) és un plàstic d’enginyeria molt especial. La seva alta resistència a la temperatura -, resistència a la corrosió, resistència al desgast i resistència a la hidròlisi la fan molt buscada en aeroespacial, automobilístic, mèdic, energia i energia, així com maquinària. A continuació, expliquem amb detall què és el plàstic de Peek.
Definició de material de polietheretona
La polietheretherketona, o una mica, és un polímer termoplàstic que només és parcialment cristal·lí. Té anells aromàtics, enllaços d’èter i grups de cetona. És el membre amb més èxit comercial de la família Polyaryletherketone (PAEK). Els enllaços Ether ({- o -) i els grups de cetona (- c (o) {{6}) que connecten les seves cadenes moleculars formen una estructura cristal·lina molt organitzada que li proporciona una gran estabilitat mecànica i tèrmica. Victrex va comprar l'empresa relacionada amb ICI el 1981, convertint -la en el plàstic d'enginyeria de rendiment alt més popular - al món. ICI ho va fer per primera vegada al Regne Unit el 1978.
Beneficis de l'estructura molecular
L’enllaç d’èter fa que la molècula sigui més flexible, mentre que l’anell de benzè la fa més rígida. El grup cetona fa que les forces intermoleculars siguin més fortes. Aquestes tres coses funcionen junts per mantenir l'estructura de Peek estable en un punt de fusió de 343 graus i una temperatura de funcionament del terme llarg - de fins a 260 graus. Aquesta estructura inusual li permet mantenir més del 90% de la seva força original, fins i tot en llocs molt calorosos com les nacelles dels motors d’avions.
Normes per anomenar productes químics
El nom complet "Polyetheretherketone" descriu l'estructura de la cadena molecular: poli (polímer) + èter (enllaç d'èter) × 2 + cetona (grup de cetona).
Aquest esquema de denominació deixa clar quin és el maquillatge químic i és una manera habitual de nomenar les coses en la ciència dels materials.
Paràmetres de rendiment bàsic del material de polietheretherketone
Propietats físiques i mecàniques
| Propietat | Rang de valors | Significació tècnica |
|---|---|---|
| Densitat | 1.3-1,35 g/cm³ | Només la meitat de la densitat d'alumini, reduint significativament el pes dels equips |
| Força a la tracció | 90-100 MPa (resina sense omplir) | Comparable a l’aliatge d’alumini (6061-T6 té una resistència a la tracció de 290 MPa) |
| Mòdul de flexió | 3.6 GPA (resina sense omplir) | Pot arribar a 20 GPA amb reforç de fibra de carboni, superant la majoria dels plàstics d’enginyeria |
| Allargament al descans | 30%-150% | Combina la rigidesa i la duresa, capaços de suportar tensions complexes |
Rendiment tèrmic
Temperatura de transició de vidre (TG): 143 graus, superiors als plàstics d'enginyeria comuns (per exemple, POM, que és de -60 graus).
Temperatura de desviació de calor (HDT): 157 graus (amb una càrrega d’1,8 MPa). La cristalinitat millorada després del modelat per injecció pot empènyer la HDT per sobre dels 200 graus.
Resistència a la temperatura: resisteix a les temperatures curtes - a terme de 300 graus i poden funcionar contínuament a 250 graus durant 10.000 hores sense degradació significativa.
Resistència química i ambiental
Resistència a la corrosió: completament inert fins al 98% dels dissolvents orgànics (per exemple, acetona, toluen) i solucions àcides i alcalines (pH 1-14), excepte l’àcid sulfúric concentrat. No hi ha inflor després de la immersió en una solució KOH del 30% durant tres anys.
Resistència a la hidròlisi: resisteix 3.000 cicles d’esterilització a 134 graus amb vapor autoclau, amb una pèrdua de pes de <0,1%, superant amb escreix l’acer inoxidable de grau mèdic -.
Propietats retardants de la flama: Pot obtenir la qualificació UL 94 V-0 sense afegir retardants de la flama i la quantitat de fum alliberat quan es cremen és només 1/5 de la dels plàstics tradicionals.
Tecnologia de fabricació i processament del material de polietheretherketona
Mecanisme de reacció de polimerització
S'utilitza un mètode de policondensació de substitució nucleofílica, utilitzant 4,4 '- difluorobenzofenona i bisfenol de sodi A com a matèries primeres. La polimerització de temperatura alta - es realitza en dissolvent sulfona difenil sota la catàlisi del carbonat de potassi anhidre. Tingueu en compte que aquesta reacció requereix un entorn anhidre estrictament controlat (contingut d’humitat <50 ppm). La polimerització assistida de microones - pot reduir el temps de reacció des de les 24 hores del mètode de reflux tradicional fins a 3 hores.
Paràmetres del procés de modelat clau
Modelat per injecció:
Temperatura del motlle: 160-190 graus (per promoure la cristal·lització)
Temperatura de fusió: 370-420 graus (per evitar la descomposició tèrmica)
Pressió d’injecció: 70-140 MPa (per assegurar l’ompliment d’estructures complexes)
Nota: La reducció de les notes no ocupades és de 1,2 - 2,4%, mentre que la de les notes reforçades amb fibra de carboni es pot reduir al 0,1-1,1%.
Tecnologia d’impressió 3D:
Quan s’utilitza FDM, la temperatura de la boquilla s’ha de controlar entre 360-400 graus i el llit escalfat es manté a 120 graus per minimitzar l’ordit.
L’ús de material de polietheretona
Aeroespacial
El sistema de drenatge de la càrrega Airbus A350 utilitza el material compost de Victrex Peek en lloc de l'aliatge d'alumini, reduint el pes en un 50%. També suporta les fluctuacions de temperatura extrema des de - 50 graus fins a 120 graus i ha superat 100.000 proves de fatiga. El seu fum baix i la seva baixa toxicitat (SDR inferior o igual a 15) compleixen els estàndards de protecció contra incendis de 25.853, convertint-lo en el material preferit per a interiors d’avions de passatgers de propera generació.
Mèdic
Ortopèdia:
El mòdul elàstic de la fibra de carboni - reforçat les gàbies de fusió interbodal reforçada (8-12 GPa) coincideix estretament amb el de l’os cortical humà (10-30 GPa), reduint efectivament el blindatge d’estrès. La FDA dels Estats Units l’ha aprovat per utilitzar -la en més de 20 tipus d’implants, inclosos els de la columna cervical i lumbar.
Instruments electrosúrgics:
La pols de Ketaspire® de Solvay® es ruixa a la superfície de cànnules metàl·liques, aconseguint un gruix de recobriment de només 0,0645 mm. Suporta tensions superiors a 10kV i 1.000 cicles d’esterilització d’òxid d’etilè. Ja s’utilitza en components bàsics del robot quirúrgic da vinci.
Components de maquinària de processament d'aliments
La polietheretherketone (PEEK) és un material resistent a la neteja i la desinfecció (no alliberar substàncies nocives), presenta una baixa resistència a la superfície i resistència a l’abrasió i compleix els estàndards de contacte d’aliments. Les aplicacions típiques inclouen nuclis de vàlvules en línies de producció de lactis, enllaços de cinta transportadora en equips de fleca i marcs de suport de filtres en premses de suc.
Bashings, coixinets, segells i anells de suport
Polyetheretherketone (PEEK) substitueix els plàstics de metall i tradicionals en parts mòbils gràcies als seus avantatges combinats de baixa fricció, alta capacitat de càrrega i resistència a la corrosió.
Bashings and Roding: Fibra de carboni - Peek reforçat té un coeficient de fricció fins a 0,15 (condicions de fricció seca), un 40% inferior als coixinets de bronze. Amb una càrrega de 10 MPa i un entorn de 150 graus, la seva velocitat de desgast és de només 0,001 mm³/(n · m), cosa que la fa adequada per a matolls de bomba química i coixinets de transmissió d'automòbils.
Seals i anells de suport: En l’entorn àcid de l’extracció de cru (que conté h₂s i co₂), peek v - anells ofereixen una vida segellada 10 vegades la de goma de nitril. Un fabricant d’equips hidràulics va utilitzar anells de suport PEEK per superar el problema de fracàs de la fallida dels anells de PTFE tradicionals a una pressió de 30 MPA, ampliant la seva vida útil de 3.000 a 15.000 hores.
Comparació entre material de polietheretona i materials similars
| Indicador de rendiment | Ferk | PTFE | Pei | Pi |
|---|---|---|---|---|
| Long - Temperatura del servei a termini | 260 graus | 250 graus | 210 graus | 300 graus |
| Força a la tracció | 90-100 MPa | 25-35 MPa | 100-110 MPa | 80-100 MPa |
| Coeficient de fricció | 0.35-0.45 | 0.03-0.05 | 0.25-0.35 | 0.2-0.3 |
| Força dielèctrica | 50 kV/mm | 50-150 kV/mm | 30-40 kV/mm | 20-30 kV/mm |
| Cost de processament | Extremadament alt | Moderar -se | Moderar -se | Extremadament alt |
Selecció recomanada:
Per a High - Temperatura i High - Aplicacions de pressió: PEEK (Resistència de calor i hidròlisi) es prefereix.
Per a Ultra - Requisits de fricció baixa: es prefereix PTFE, però la força es veu compromesa.
Per a High - Insulació de freqüència: PEI ofereix una opció efectiva més cost -, però la seva resistència a la temperatura és limitada.
Cap pregunta
P: Es pot reciclar Peek?
R: Actualment, la taxa de reciclatge és inferior al 10%, principalment a causa de l’elevat consum d’energia de processament de temperatura elevat - i una degradació del 30% en les propietats del material reciclat. Victrex està desenvolupant una tecnologia de reciclatge de bucles tancada - que utilitza despolimerització de líquids supercrítics per augmentar la taxa de reciclatge fins al 85%.
P: Com s’enllaça Peek al metall?
R: Es poden utilitzar ancoratges químics (com ara 3M DP460 Epoxy Adhesive) o insercions físiques (insercions de metall modelat). Un fabricant d’automòbils utilitza una unitat de pistons Peek amb una interferència en un cilindre d’alumini d’alumini, que ha funcionat a 200 graus durant 10.000 hores sense afluixar.
P: Quines són les limitacions de Peek a la indústria dels semiconductors?
A: Although it can achieve 99.999% purity, particle release (>0,1μm) ha de ser controlat a<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.
P: El PEEK és adequat per a - terme Ús exterior?
R: PEEK PURE té resistència a la UV i pot patir un guix superficial (aproximadament un 10% degradació al llarg de 5 anys) després de l’exposició prolongada a la llum del sol. Tanmateix, l’addició d’absorbidors de negre o UV pot millorar la resistència al clima per 3 - 5 vegades, fent-lo adequat per a connectors de temperatura alts - en centrals fotovoltaiques i commutadors d’alta tensió a l’aire lliure.
P: Es pot soldar Peek? Quins són alguns mètodes comuns de soldadura?
R: Sí, es pot soldar. Els mètodes comuns inclouen: ① Soldadura de plaques calentes (adequada per a components plans, amb força de soldadura que arriba al 80% del material pare); Soldadura làser (amb precisió de fins a 0,1 mm, adequades per a costures estèrils en dispositius mèdics); i ③ soldadura ultrasònica (altament eficient, utilitzada per a envasos de components electrònics). La temperatura de soldadura s’ha de controlar entre 343-380 graus (per sobre del punt de fusió, però per sota de la temperatura de descomposició).
P: Quina diferència hi ha entre els aliments - de grau i el peek estàndard?
A: Food - grau Peek ha de passar proves de migració estrictes (com la Directiva de la UE 10/2011, que estipula un límit de migració complet de <10mg/dm²). Els catalitzadors de metalls pesants estan prohibits durant la producció i la puresa és més elevada (contingut de cendra <0,01%). És possible que el PEEK ordinari no sigui adequat per a aplicacions de contacte d’aliments a causa dels additius residuals.
P: Es degradarà el rendiment del material PEEK reciclat?
R: La resistència a la tracció de Peek reciclat disminuirà un 15 - 20%, i la seva cristallinitat per 5 - 8%, principalment a causa de la ruptura de la cadena molecular causada per un processament pesat a temperatures altes. Actualment, el material reciclat només s’utilitza en parts estructurals no crítiques (com ara cobertes de protecció i claudàtors). Les aplicacions de gamma alta (com ara la medicina i l'aviació) encara requereixen material verge.