Plastist materjalide hulgas on polüeterheterketon (Peek) väga eriline inseneriplast. Selle kõrge - temperatuurikindlus, korrosioonikindlus, kulumiskindlus ja hüdrolüüsiresistentsus muudavad selle kosmose, autotööstuse, meditsiinilise, energia ja võimsuse, aga ka masinate jaoks väga ihaldatavaks. Allpool selgitame üksikasjalikult, mis on Peek Plast.
Polüeterheterketone materjali määratlus
Polüeterheterketone ehk piilumine on termoplastiline polümeer, mis on ainult osaliselt kristalne. Sellel on aromaatsed rõngad, eetri sidemed ja ketoonirühmad. See on polüarüülüürketi (PAEK) perekonna kõige kaubanduslikult edukam liige. Eeter -sidemed (- o -) ja ketoonirühmad (- c (o) -), mis ühendavad selle molekulaarseid ahelaid, moodustavad väga korraldatud kristalse struktuuri, mis annab sellele suure mehaanilise ja termilise stabiilsuse. Victrex ostis seotud ettevõtte ICI -lt 1981. aastal, muutes selle kõige populaarsemaks - jõudluse tehnilise plastist maailmas. ICI tegi selle esmakordselt Suurbritannias 1978. aastal.
Molekulaarstruktuuri eelised
Eetri lüli muudab molekuli paindlikumaks, samas kui benseenirõngas muudab selle jäigamaks. Ketoonirühm muudab molekulidevahelised jõud tugevamaks. Need kolm asja töötavad koos selleks, et Peeki struktuur püsiks stabiilsena 343 kraadi sulamistemperatuuril ja pikk - terminitemperatuur kuni 260 kraadi. See ebaharilik struktuur võimaldab tal hoida enam kui 90% oma algsest tugevusest, isegi väga kuumades kohtades nagu lennukite mootorite nacelles.
Kemikaalide nimetamise reeglid
Täisnimi "PolyEetherEterketon" kirjeldab molekulaarse ahela struktuuri: polü (polümeer) + eeter (eetri side) × 2 + ketooni (ketoonigrupp).
See nimetamisskeem teeb selgeks, mis on keemiline meik, ja see on tavaline viis materjaliteaduses asjade nimetamiseks.
Polüeterheterketone materjali südamiku jõudluse parameetrid
Füüsilised ja mehaanilised omadused
| Omand | Väärtusvahemik | Tehniline tähendus |
|---|---|---|
| Tihedus | 1,3-1,35 g/cm³ | Ainult pool alumiiniumi tihedusest, vähendades märkimisväärselt seadmete kaalu |
| Tõmbetugevus | 90-100 MPa (täitmata vanus) | Võrreldav alumiiniumisulamiga (6061-T6 tõmbetugevus on 290 MPa) |
| Paindemoodul | 3.6 GPA (täitmata vanus) | Pääseb süsinikkiudude tugevdamisega 20 GPA -ni, edestades enamiku inseneriplasti |
| Pikenemine vaheajal | 30%-150% | Ühendab jäikuse ja sitkuse, mis on võimeline taluma keerulisi pingeid |
Termiline jõudlus
Klaasi üleminekutemperatuur (TG): 143 kraad, kõrgem kui tavaline inseneriplast (nt POM, mis on -60 kraadi).
Soojuse läbipainde temperatuur (HDT): 157 kraadi (koormusega 1,8 MPa). Täiustatud kristallilisus pärast süstimise vormimist võib HDT suruda üle 200 kraadi.
Temperatuuri takistus: talub lühikest - terminitemperatuure 300 kraadi ja võib pidevalt töötada 10 000 tunni jooksul 250 kraadi juures ilma olulise lagunemiseta.
Keemiline ja keskkonnakindlus
Korrosiooniresistentsus: täiesti inertne kuni 98% orgaanilistest lahustitest (nt atsetoon, tolueen) ning happelised ja aluselised lahused (pH 1-14), välja arvatud kontsentreeritud väävelhape. Pärast 30 -aastase KOH lahuse pärast keelekümblust ei toimunud turse.
Hüdrolüüsiresistentsus: talus 3000 steriliseerimistsüklit 134 kraadi juures autoklaavi auruga, kaalukaotus on <0,1%, ületades kaugelt meditsiinilise - standardit roostevabast terasest.
Leegi aeglustuvad omadused: see võib saavutada UL 94 V-0 reitingut ilma leegi aeglustuste lisamata ja põletamise ajal vabastatud suitsu hulk on ainult 1/5 traditsioonilise plasti omast.
Polüeterheterketone materjali tootmis- ja töötlemistehnoloogia
Polümerisatsioonireaktsiooni mehhanism
Kasutatakse nukleofiilse asendamise polükondensatsiooni meetodit, kasutades toorainena 4,4 '- difluorobensofenooni ja naatriumbisfenool A. Kõrge - temperatuuri polümerisatsioon viiakse läbi difenüülsulfooni lahustis veevaba kaaliumkarbonaadi katalüüsimisel. Pange tähele, et see reaktsioon nõuab rangelt kontrollitud veevaba keskkonda (niiskusesisaldus <50 ppm). Mikrolaine - Abistatud polümerisatsioon võib lühendada reaktsiooniaega 24 tunnilt traditsioonilise refluksi meetodil 3 tunnini.
Vormimisprotsessi peamised parameetrid
Süstimisvormimine:
Vormi temperatuur: 160–190 kraadi (kristalliseerumise soodustamiseks)
Sulatemperatuur: 370-420 kraadi (termilise lagunemise vältimiseks)
Süstimisrõhk: 70–140 MPa (keerukate struktuuride täitmise tagamiseks)
MÄRKUS. Täitmata klasside kokkutõmbumine on 1,2 - 2,4%, samas kui süsinikkiust tugevdatud klasside oma võib vähendada 0,1-1,1%-ni.
3D -printimistehnoloogia:
FDM-i kasutamisel tuleks düüsi temperatuuri juhtida vahemikus 360–400 kraadi ja kuumutatud voodi hoitakse kõvendamist 120 kraadi juures.
Polüeterheterketone materjali kasutamine
Kosmose
Airbus A350 lasti Drenaažisüsteem kasutab alumiiniumisulami asemel Victrex Peek komposiitmaterjali, vähendades kaalu 50%. Samuti talub see äärmuslikke temperatuuri kõikumisi - 50 kraadi kuni 120 kraadi ja on läbinud 100 000 tsükli väsimuse testimist. Selle madal suits ja madal toksilisus (SDR, mis on vähem või kui 15) vastavad kaugele 25.853 tulekaitsestandarditele, muutes selle eelistatud materjaliks järgmise põlvkonna reisijate lennukite interjööridele.
Meditsiiniline
Ortopeedia:
Süsinikkiu elastsusmoodul - tugevdatud pilguheite termotuumasünteesi puurid (8-12 GPA) vastab täpselt inimese kortikaalse luu (10-30 GPA) omaga, vähendades tõhusalt stressi varjestust. USA FDA on heaks kiitnud selle kasutamiseks enam kui 20 tüüpi implantaatides, sealhulgas emakakaela ja nimmepiirkonnas.
Elektrokirurgilised instrumendid:
Solvay Ketaspire® Peek pulber pihustatakse metalli kanüülide pinnale, saavutades katte paksuse ainult 0,0645 mm. See talub pingeid, mis ületavad 10kV ja 1000 etüleenoksiidi steriliseerimise tsüklit. Seda kasutatakse juba Da Vinci kirurgilise roboti põhikomponentides.
Toiduainete töötlemise masinate komponendid
Polüeterheterketion (Peek) on puhastus- ja desinfitseerimisele vastupidav materjal (mis ei vabasta kahjulikke aineid), sellel on madal pinna migratsioon ja kulumiskindlus ning see vastab toidukontaktide standarditele. Tüüpiliste rakenduste hulka kuuluvad piimatootmisliinide klap südamikud, pagaritoodete seadme konveierilindid ja filtri tugiraamid mahlapressides.
Puksid, laagrid, hülged ja tugirõngad
Polüeterheterketion (Peek) asendab liikuvate osade metalli ja traditsioonilisi plastid tänu madala hõõrdumise, suure koormuse ja korrosioonikindluse kombineeritud eelistele.
Puksid ja laagrid: süsinikkiud - tugevdatud Peek uhkeldab nii madalale hõõrdetegurile kui 0,15 (kuivad hõõrdetingimused), 40% madalam kui pronkslaagrid. 10 MPa koormuse ja 150 -kraadise keskkonna korral on selle kulumiskiirus ainult 0,001 mm³/(n · m), muutes selle sobivaks keemiliste pumba pukside ja autotööstuse ülekandelaagrite jaoks.
Pihmad ja tugirõngad: toornafta ekstraheerimise happelises keskkonnas (sisaldab H₂ ja CO₂), Peek V - rõngad pakuvad pitserit 10 korda nitriilkummiga. Hüdrauliliste seadmete tootja kasutas PEEK -tugirõngaid, et ületada traditsiooniliste PTFE -rõngaste roomamispuudulikkuse probleem 30 MPa surve juures, pikendades nende kasutusaega 3000 tunnilt 15 000 tunnile.
Polüteraatorimaterjalide ja sarnaste materjalide võrdlus
| Jõudlusnäitaja | Piiluma | Ptfe | Pei | Pi |
|---|---|---|---|---|
| Pikk - terminite temperatuur | 260 kraad | 250 kraad | 210 kraad | 300 kraad |
| Tõmbetugevus | 90-100 MPa | 25-35 MPA | 100-110 MPa | 80-100 MPa |
| Hõõrdekoefitsient | 0.35-0.45 | 0.03-0.05 | 0.25-0.35 | 0.2-0.3 |
| Dielektriline tugevus | 50 kV/mm | 50-150 kV/mm | 30-40 kV/mm | 20-30 kV/mm |
| Töötlemiskulud | Äärmiselt kõrge | Mõõdukas | Mõõdukas | Äärmiselt kõrge |
Soovitatav valik:
Kõrge - temperatuuri ja kõrge - rõhurakendused: Peek (soojus- ja hüdrolüüsi takistus) on eelistatud.
Ultra - madala hõõrdumisnõudete jaoks: eelistatakse PTFE, kuid tugevus on ohustatud.
Kõrge - sagedus isolatsioon: PEI pakub suuremat kulu - tõhusa valiku, kuid selle temperatuuritakistus on piiratud.
KKK
K: Kas Peek saab ringlusse võtta?
V: Praegu on ringlussevõtu kiirus alla 10%, peamiselt temperatuuri kõrge energiatarbimise suure energiatarbimise tõttu ja taaskasutatud materjali omaduste halvenemise 30%. Victrex arendab suletud - silmuse ringlussevõtu tehnoloogia, mis kasutab superkriitilist vedeliku depolümerisatsiooni, et suurendada ringlussevõtu kiirust 85%-ni.
K: Kuidas piilutakse metalliga?
V: kasutada võib kasutada keemilisi ankruid (näiteks 3M DP460 epoksüliimi) või füüsikalisi lisasid (vormitud metalli sisetükke). Autotootja kasutab PEEK -kolvi seadet, mille häired sobivad alumiiniumisulami silindrisse, mis on töötanud 10 000 tundi 200 kraadi juures ilma lõdvenemiseta.
K: Millised on pooljuhtide tööstuses piilumise piirangud?
A: Although it can achieve 99.999% purity, particle release (>0,1 μm) tuleb kontrollida<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.
K: Kas Peek sobib pikaks - terminiks välitingimustes kasutamiseks?
V: Puhas piilumisel on keskmine UV -takistus ja see võib pärast pikaajalist päikesevalgusega kokkupuudet kannatada pinnakriipsuga (umbes 10% lagunemine). Süsiniku mustade või UV-i absorbeerijate lisamine võib aga parandada ilmatakistust 3 - 5 korda, muutes selle sobivaks kõrgeks - temperatuuriühenduseks fotogalvaanilistes elektrijaamades ja välistingimustes kõrgepinge lüliti.
K: Kas Peek saab keevitada? Millised on mõned tavalised keevitusmeetodid?
V: Jah, selle saab keevitada. Ühiste meetodite hulka kuulub: ① kuum plaatide keevitamine (sobib lamedate komponentide jaoks, keevisõmbluse tugevus ulatub 80% -ni lähtematerjalist); ② laserkeevitamine (täpsusega kuni 0,1 mm, sobib meditsiiniseadmete steriilsete õmbluste jaoks); ja ③ ultraheli keevitamine (ülitõhus, kasutatakse komponentide elektroonilise pakendamise jaoks). Keevitustemperatuuri tuleb juhtida vahemikus 343-380 kraadi (sulamistemperatuuri kohal, kuid lagunemise temperatuurist madalam).
K: Mis vahe on toidul - hinne PEEK ja Standard Peek?
V: toit - klass Peek peab läbima ranged migratsioonitestid (näiteks ELi direktiiv 10/2011, mis näeb ette täieliku migratsioonipiiri <10 mg/dm²). Raskemetallide katalüsaatorid on tootmise ajal keelatud ja puhtus on suurem (tuhasisaldus <0,01%). Tavaline piilumine ei pruugi jääk lisandite tõttu toiduga kontaktide rakenduste jaoks sobida.
K: Kas ringlussevõetud piilumismaterjali jõudlus laguneb?
V: ringlussevõetud piilumise tõmbetugevus väheneb 15 - 20%ja selle kristallilisus 5 - 8%, peamiselt tingitud molekulaarse ahela purunemisest, mis on põhjustatud kõrgel temperatuuril raske töötlemise tõttu. Praegu kasutatakse ringlussevõetud materjali ainult mittekriitilistes konstruktsiooniosades (näiteks kaitsekatted ja sulgudes). Tipptasemel rakendused (näiteks meditsiiniline ja lennundus) vajavad endiselt neitsi materjali.