Bland plastmaterial är polyetheretherketon (PEEK) en mycket speciell teknisk plast. Dess höga - temperaturmotstånd, korrosionsmotstånd, slitmotstånd och hydrolysmotstånd gör det mycket eftertraktat inom flyg-, fordon, medicinsk, energi och kraft samt maskiner. Nedan förklarar vi i detalj vad Peek -plast är.
Definition av polyetherketonmaterial
Polyetheretherketon eller Peek är en termoplastisk polymer som endast är delvis kristallin. Den har aromatiska ringar, eterförbindelser och ketongrupper. Det är den mest kommersiellt framgångsrika medlemmen i familjen Polyaryletherketone (PAEK). Ether -bindningarna (- o -) och ketongrupper (- c (o) -) som förbinder dess molekylkedjor bildar en mycket organiserad kristallin struktur som ger den stor mekanisk och termisk stabilitet. VicTrex köpte det relaterade företaget från ICI 1981, vilket gjorde det till den mest populära höga - Performance Engineering Plastic i världen. ICI gjorde det först i Storbritannien 1978.
Fördelar med molekylstruktur
Etherlänken gör molekylen mer flexibel, medan bensenringen gör den mer styv. Ketongruppen gör de intermolekylära krafterna starkare. Dessa tre saker fungerar tillsammans för att hålla Peeks struktur stabil vid en smältpunkt på 343 grader och en lång - term driftstemperatur på upp till 260 grader. Denna ovanliga struktur låter den hålla mer än 90% av sin ursprungliga styrka, även på mycket heta platser som nacellerna i flygmotorer.
Regler för att namnge kemikalier
Det fullständiga namnet "Polyetheretherketone" beskriver molekylkedjestrukturen: poly (polymer) + eter (eter bindning) × 2 + keton (ketongrupp).
Detta namngivningsschema gör det klart vad den kemiska makeupen är, och det är ett vanligt sätt att namnge saker inom materialvetenskap.
Kärnprestationsparametrar för polyethereterketonmaterial
Fysiska och mekaniska egenskaper
| Egendom | Värderingsområde | Teknisk betydelse |
|---|---|---|
| Densitet | 1,3-1,35 g/cm³ | Endast hälften av aluminiumtätheten, vilket minskar utrustningsvikten avsevärt |
| Dragstyrka | 90-100 MPa (ofylld harts) | Jämförbar med aluminiumlegering (6061-T6 har en draghållfasthet på 290 MPa) |
| Böjmodul | 3.6 GPA (ofylld harts) | Kan nå 20 GPA med kolfiberförstärkning och överträffa de flesta tekniska plast |
| Förlängning vid pausen | 30%-150% | Kombinerar styvhet och seghet, kan motstå komplexa spänningar |
Termisk prestanda
Glasövergångstemperatur (TG): 143 grader, högre än vanlig teknikplast (t.ex. POM, som är -60 grader).
Värmeavböjningstemperatur (HDT): 157 grader (under en belastning på 1,8 MPa). Förbättrad kristallinitet efter formsprutning kan pressa HDT över 200 grader.
Temperaturmotstånd: Tål korta - Termtemperaturer på 300 grader och kan fungera kontinuerligt vid 250 grader under 10 000 timmar utan betydande nedbrytning.
Kemisk och miljömotstånd
Korrosionsbeständighet: Helt inert till 98% av organiska lösningsmedel (t.ex. aceton, toluen) och sura och alkaliska lösningar (pH 1-14), utom koncentrerad svavelsyra. Ingen svullnad efter nedsänkning i en 30% KOH -lösning på tre år.
Hydrolysresistens: motstår 3 000 steriliseringscykler vid 134 grader med autoklave ånga, med en viktminskning på <0,1%, vilket överskrider standarden för medicinsk - rostfritt stål.
Flamskyddsegenskaper: Det kan uppnå UL 94 V-0-klassificering utan att lägga till flamskyddsmedel, och mängden rök som släpps vid förbränning är endast 1/5 av den traditionella plasten.
Tillverkning och bearbetningsteknik för polyetherketherketonmaterial
Polymerisationsreaktionsmekanism
En nukleofil substitutionspolykondensationsmetod används med 4,4 '- difluorobenzophenone och natriumbisfenol A som råvaror. Hög - Temperaturpolymerisation utförs i difenylsulfonlösningsmedel under katalysen av vattenfri kaliumkarbonat. Observera att denna reaktion kräver en strikt kontrollerad vattenfri miljö (fuktinnehåll <50 ppm). Mikrovågsugn - Assisterad polymerisation kan förkorta reaktionstiden från 24 timmar i den traditionella refluxmetoden till 3 timmar.
Parametrar för nyckelgjutningsprocess
Formsprutning:
Formtemperatur: 160-190 grader (för att främja kristallisation)
Smälttemperatur: 370-420 grader (för att undvika termisk nedbrytning)
Injektionstryck: 70-140 MPa (för att säkerställa fyllning av komplexa strukturer)
Obs: Krympningen av ofyllda betyg är 1,2 - 2,4%, medan den för kolfiberförstärkta kvaliteter kan reduceras till 0,1-1,1%.
3D -tryckteknik:
Vid användning av FDM bör munstyckstemperaturen styras mellan 360-400 grader och den uppvärmda bädden hölls vid 120 grader för att minimera vridningen.
Användning av polyetherketonmaterial
Flyg-
Airbus A350 Cargo Hold Drainage System använder Victrex Peek Composite Material istället för aluminiumlegering, vilket minskar vikten med 50%. Det tål också extrema temperaturfluktuationer från - 50 grader till 120 grader och har godkänt 100 000 cykeltrötthetstest. Dess låga rök och låg toxicitet (SDR mindre än eller lika med 15) uppfyller FAR 25.853 brandskyddsstandarder, vilket gör det till det föredragna materialet för nästa generations passagerarflygplan.
Medicinsk
Ortopedi:
Den elastiska modulen av kolfiber - förstärkta Peek Interbody-fusionsburar (8-12 GPA) matchar nära den hos humant kortikala ben (10-30 GPA), vilket effektivt reducerar stressskydd. USA: s FDA har godkänt det för användning i över 20 typer av implantat, inklusive de i livmoderhalsen och ryggraden.
Elektrokirurgiska instrument:
Solvays Ketaspire® Peek -pulver sprayas på ytan av metallkanuler, vilket uppnår en beläggningstjocklek på endast 0,0645 mm. Den tål spänningar som överstiger 10kV och 1 000 cykler av etenoxidsterilisering. Det används redan i kärnkomponenter i Da Vinci kirurgiska roboten.
Matbearbetningsmaskinerskomponenter
Polyetheretherketon (PEEK) är ett material som är resistent mot rengöring och desinfektion (frisläppande inga skadliga ämnen), uppvisar låg ytmigration och nötningsmotstånd och uppfyller matkontaktstandarder. Typiska applikationer inkluderar ventilkärnor i mejeriproduktionslinjer, transportbälteslänkar i bageriutrustning och filterstödramar i juicepressar.
Bussningar, lager, tätningar och stödringar
Polyetheretherketone (PEEK) ersätter metall och traditionell plast i rörliga delar tack vare dess kombinerade fördelar med låg friktion, hög belastningskapacitet och korrosionsbeständighet.
Bussningar och lager: Kolfiber - Förstärkta kik har en friktionskoefficient så låg som 0,15 (torra friktionsförhållanden), 40% lägre än bronslager. Vid en belastning på 10 MPa och en miljö på 150 grader är dess slithastighet endast 0,001 mm³/(n · m), vilket gör den lämplig för kemiska pumpbussningar och bilöverföringslager.
Tätningar och stödringar: I den sura miljön med råolja -extraktion (som innehåller H₂S och CO₂) erbjuder Peek V - ringar en tätningsliv 10 gånger den för nitrilgummi. En tillverkare av hydraulisk utrustning använde Peek -stödringar för att övervinna krypfelproblemet med traditionella PTFE -ringar vid 30 MPa -tryck, vilket förlängde sin livslängd från 3 000 timmar till 15 000 timmar.
Jämförelse mellan polyetherketongmaterial och liknande material
| Prestationsindikator | TITT | Ptfe | Pei | PI |
|---|---|---|---|---|
| Lång - term servicetemperatur | 260 graders | 250 graders | 210 graders | 300 graders |
| Dragstyrka | 90-100 MPA | 25-35 MPA | 100-110 MPA | 80-100 MPa |
| Friktionskoefficient | 0.35-0.45 | 0.03-0.05 | 0.25-0.35 | 0.2-0.3 |
| Dielektrisk styrka | 50 kV/mm | 50-150 kV/mm | 30-40 kV/mm | 20-30 kV/mm |
| Bearbetningskostnad | Extremt hög | Måttlig | Måttlig | Extremt hög |
Rekommenderat urval:
För hög - temperatur och hög - Tryckapplikationer: Peek (värme- och hydrolysresistens) föredras.
För Ultra - Låga friktionskrav: PTFE är att föredra, men styrka äventyras.
För hög - Frekvensisolering: PEI erbjuder en mer kostnad - effektivt alternativ, men dess temperaturmotstånd är begränsat.
Vanliga frågor
F: Kan Peek återvinnas?
S: För närvarande är återvinningshastigheten mindre än 10%, främst på grund av den höga energiförbrukningen av hög - temperaturbehandling och en 30% nedbrytning i egenskaperna hos det återvunna materialet. VicTrex utvecklar stängd - Loop Recycling Technology som använder superkritisk vätskedepolymerisation för att öka återvinningshastigheten till 85%.
F: Hur är Peek bunden till metall?
S: Kemiska ankare (såsom 3M DP460 Epoxylim) eller fysiska skär (gjutna metallinsatser) kan användas. En biltillverkare använder en PEEK -kolvenhet med en störning som passar i en aluminiumlegeringscylinder, som har opererat vid 200 grader i 10 000 timmar utan att lossa.
F: Vilka är Peeks begränsningar i halvledarindustrin?
A: Although it can achieve 99.999% purity, particle release (>0,1 um) måste kontrolleras till<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.
F: Är Peek lämplig för lång - Term utomhusanvändning?
S: Pure Peek har genomsnittlig UV -motstånd och kan drabbas av ytkrita (cirka 10% nedbrytning under 5 år) efter långvarig exponering för solljus. Tillsatsen av kolsvart eller UV-absorbenter kan emellertid förbättra vädermotståndet med 3 - 5 gånger, vilket gör det lämpligt för hög - temperaturanslutningar i fotovoltaiska kraftverk och utomhusspänningsswitchar.
F: Kan kik svetsas? Vilka är några vanliga svetsmetoder?
S: Ja, det kan svetsas. Vanliga metoder inkluderar: ① Svetsning av varmplatta (lämplig för plana komponenter, med svetsstyrka som når 80% av modermaterialet); ② Lasersvetsning (med noggrannhet upp till 0,1 mm, lämplig för sterila sömmar i medicintekniska produkter); och ③ ultraljudssvetsning (mycket effektiv, används för elektronisk komponentförpackning). Svetsningstemperaturen måste styras mellan 343-380 grader (ovanför smältpunkten men under nedbrytningstemperaturen).
F: Vad är skillnaden mellan mat - klass kik och standard kik?
A: Mat - klass Peek måste klara stränga migreringstester (som EU -direktiv 10/2011, som föreskriver en fullständig migrationsgräns på <10 mg/dm²). Tungmetallkatalysatorer är förbjudna under produktionen, och renheten är högre (askinnehåll <0,01%). Vanlig titt kanske inte är lämplig för applikationer för livsmedelskontakt på grund av återstående tillsatser.
F: Kommer prestandan för återvunnet Peek -material att brytas ut?
S: Draghållfastheten hos återvunnet PEEK kommer att minska med 15 - 20%, och dess kristallinitet med 5 - 8%, främst på grund av molekylkedjebrott orsakat av tung bearbetning vid höga temperaturer. För närvarande används återvunnet material endast i icke-kritiska strukturella delar (såsom skyddsskydd och konsoler). High-end-applikationer (som medicinsk och luftfart) kräver fortfarande jungfruligt material.