Что такое полиэфиркетон (PEEK)

Полиэфиркетон (PEEK): характеристики, особенности

Пластик на основе полиэфирэфиркетона (PEEK) является востребованным конструкционным материалом благодаря превосходному сочетанию прочности, сопротивления и обрабатываемости.

Пластик PEEK представляет собой полукристаллический инженерный термопластик из семейства полиарилэфиркетонов (PAEK), обладающий устойчивостью к высоким температурам, прочностью и стабильностью в суровых условиях.

Он производится с использованием жестких ароматических звеньев, что способствует его высокой температуре плавления 343 ° C / 649 ° F. PEEK выпускается в различных сортах либо из высокочистого PEEK, либо из армированного углеродным волокном, стеклом или другим конструкционным пластиком.

Пластик PEEK исключительно устойчив к высоким температурам, а также к износу, химическим веществам, усталости и ползучести. Его соотношение прочности к весу достаточно велико, чтобы конкурировать с такими металлами, как алюминий, и он не будет разлагаться в химически или физически агрессивных средах, как это происходит с металлами.

PEEK также обладает уникальными свойствами, такими как полная биосовместимость, устойчивость к ультрафиолетовому излучению, чистая рентгенопрозрачность, устойчивость к гамма-излучению и низкая токсичность или отсутствие токсичности во всех формах.

Эти свойства позволяют использовать пластик PEEK во многих технических приложениях, от деталей автомобильных двигателей до медицинских имплантатов, подшипников, химического оборудования и даже радиоактивных применений.

В этой статье мы подробно расскажем о специфике этого удивительного материала.

Что такое полиэфирэфиркетон (PEEK)?

Полиэфирэфиркетон (также известный как PEEK) представляет собой термопласт с полукристаллическими характеристиками, обладающий высокой термостойкостью, химической стойкостью, износостойкостью и сопротивлением ползучести, а также превосходными прочностными характеристиками.

полиарилэфиркетон (PAEK)

PEEK является частью гораздо более широкого класса полимеров полиарилэфиркетона (PAEK), которые включают полиэфиркетон (PEK), полиэфиркетонкетон (PEEKK), полиэфиркетонкетон (PEKK) и другие. Тем не менее, PEEK является наиболее известным полимером среди вариантов.

Как производится полиэфирэфиркетон (PEEK)?

PEEK может быть получен с использованием различных методов органического синтеза, но стандартный процесс представляет собой ступенчатую полимеризацию, генерируемую диалкилированием солей бисфенолята.

Например, ПЭЭК может быть получен путем нуклеофильного замещения 4,4′-дифторбензофенона гидрохиноном в присутствии безводной карбонатной соли, проводимого в полярном апротонном растворителе с высокой температурой плавления (обычно дифенилсульфоне).

Несмотря на то, что это слишком много, это упрощенная версия полного синтеза, и многие компании используют запатентованные механизмы для улучшения характеристик конкретных материалов для предполагаемых приложений.

Независимо от конкретного механизма, PEEK построен на основе жесткого ароматического полимера, что способствует его высокой термостойкости и износостойкости по сравнению с другими полимерами.

Марки полиэфирэфиркетона (PEEK)

Существуют как общие, так и специальные марки PEEK; однако в отрасли существует четыре основных сорта PEEK:

  1. Ненаполненный ПЭЭК,
  2. 30% наполненный стекловолокном PEEK
  3. 30% углеродный наполнитель PEEK
  4. PEEK для подшипников (также известный как PTFE PEEK, армированный углеродным волокном графит PEEK, Ketron® HPV и т. д.).

Ненаполненный PEEK представляет собой форму пластика PEEK общего назначения и, следовательно, является наиболее распространенным сортом. В отличие от других сортов, ненаполненный PEEK очень чистый и не усилен другими компонентами.

Ненаполненный PEEK имеет самое высокое удлинение, ударную вязкость (не путать с прочностью) и сопротивление усталости среди всех марок PEEK. Ненаполненный PEEK соответствует требованиям FDA и одобрен для многократного контакта с пищевыми продуктами и медицинскими применениями внутри и снаружи тела.

Ненаполненный PEEK поставляется в различных цветовых вариантах, но в основном встречается в белом, светло-коричневом/коричневом и черном цветах.

30% армированный стекловолокном PEEK пропитан на 30% стеклянными волокнами, которые снижают скорость расширения PEEK и увеличивают его модуль упругости при изгибе. В результате PEEK, армированный стекловолокном, является более прочной и жесткой версией ненаполненного сорта, что делает его идеальным для конструкционных применений, требующих стабильности (особенно в условиях высоких температур).

Несмотря на свою прочность, PEEK, армированный стекловолокном, изнашивается сильнее при соединении с другими деталями. 30% армированный стекловолокном PEEK бывает натурального/коричневого или черного цвета.

30% армированный углеродом PEEK пропитан на 30% углеродным волокном, что увеличивает его жесткость и прочность на сжатие и значительно снижает скорость расширения. Наполненный углеродом PEEK имеет оптимальную формулу для обеспечения износостойкости и несущей способности, а также обладает в 3,5 раза большей теплопроводностью, чем PEEK без наполнителя.

Эти свойства позволяют PEEK, армированному углеродом, быть идеальным материалом для пластиковых подшипников. 30% армированный углеродом PEEK имеет черный цвет из-за введения углеродного волокна.

Марка PEEK для подшипников различается у разных производителей, но обычно она на 20% пропитана ПТФЭ и углеродным волокном, армированным графитом.

 Марка PEEK для подшипников имеет самый низкий коэффициент трения и самую высокую обрабатываемость из всех марок PEEK, а также обладает превосходными характеристиками износа при сопряжении, трении, в приложениях, несущих нагрузку и т. д.

По этим причинам эта марка PEEK обозначается как «марка для подшипников». поскольку это идеальный материал для подшипников в различных отраслях промышленности. PEEK для подшипников обычно бывает серого или черного цвета.

Характеристики полиэфирэфиркетона (PEEK)

Характеристики пластика PEEK — это его высокотемпературные характеристики, износостойкость и химическая стойкость, стабильность в среде, связанной с водой, а также выдающиеся свойства прочности / ударной вязкости.

PEEK был изобретен для использования в высокотемпературных средах и, как следствие, может оставаться работоспособным при температурах выше 500 ° F. Даже в расплавленном состоянии PEEK демонстрирует низкий уровень дымовыделения и выделения токсичных газов и не воспламеняется. PEEK имеет исключительное отношение прочности к весу, а также превосходную теплопроводность и смазывающую способность, необходимые для подшипников, по сравнению с другими пластиками.

Он обладает хорошей стойкостью к износу и истиранию, отличной устойчивостью к усталости, растрескиванию под напряжением и УФ-излучению. PEEK является жестким материалом, но все же может проявлять гибкость, сравнимую с другими пластиками (но это будет сильно зависеть от конкретной марки PEEK). PEEK имеет модуль изгиба, наиболее близкий к кортикальной кости человека, и в сочетании с его биосовместимостью делает PEEK идеальным для медицинских имплантатов и устройств.

PEEK обладает чистой рентгенопрозрачностью (его нельзя увидеть на МРТ, КТ или рентгеновских сканерах) и даже устойчив к гамма-излучению. PEEK химически устойчив почти ко всем органическим и неорганическим химическим веществам и устойчив к воздействию растворителей, окислению и кислотам.

В таблице ниже представлены различные свойства ненаполненного пластика PEEK общего назначения. Обратите внимание, что эти значения не относятся к армированным маркам или PEEK, специфичным для производителя, где каждая из этих разновидностей имеет уникальные значения для следующих спецификаций:

ИмуществоМетрикаАнглийский

Плотность

1,30 г/куб.см

0,0470 фунтов/дюйм³

Предел текучести при растяжении

98,0 МПа

14200 фунтов на квадратный дюйм

Прочность на изгиб (при температуре окружающей среды)

165 МПа

23900 фунтов на квадратный дюйм

Модуль растяжения

4,00 ГПа

580 фунтов на квадратный дюйм

Модуль упругости при изгибе

3,80 ГПа

551 фунт/кв. дюйм

Температура плавления

343 °С

649 °F

Теплопроводность (средняя)

0,290 Вт/мК

2,01 БТЕ-дюйм/час-фут²-°F

IZOD Impact, зубчатый (ISO, при температуре окружающей среды)

8,00 кДж/м²

3,81 фут-фунт/дюйм²

Водопоглощение при насыщении (при температуре окружающей среды)

0,45 %

0,45 %

Рейтинг воспламеняемости

УЛ94В-0

УЛ94В-0

Где применяется полиэфирэфиркетона (PEEK)?

Пластик PEEK широко используется в промышленности и находит применение в следующих и не только областях:

  • Шарикоподшипники
  • Компоненты поршня/насоса
  • Изоляция кабеля
  • Крепления для электронных устройств
  • Автомобильные компоненты
  • Медицинские имплантаты и хирургические устройства
  • Оборудование для контакта с пищевыми продуктами, соответствующее требованиям FDA
  • Детали, изготовленные методом литья под давлением
  • Аэрокосмические компоненты
  • Оборудование для производства полупроводников

и другие.

Полиэфиркетон (PEEK)

Преимущества полиэфирэфиркетона (PEEK)?

Преимущества пластика PEEK при литье под давлением заключаются в том, что он является одним из самых прочных и стойких пластиков, которые легко поддаются литью под давлением. Присущая ему самосмазываемость позволяет PEEK легко скользить в формы и помогает уменьшить эффект трения на этапе впрыска.

Он проявляет хорошую текучесть в расплавленном состоянии и позволяет производить детали, которые могут соперничать по прочности с металлическими деталями с половиной (или даже меньше) их веса.

Пластмассы PEEK позволяют очень сложной геометрии литья под давлением соответствовать высокопроизводительным и легким материалам, которых нет во многих (если вообще есть) других доступных пластмассах.

Недостатки полиэфирэфиркетона (PEEK)

Недостатками пластика PEEK при литье под давлением являются его сложные параметры обработки; PEEK требует высоких температур для литья под давлением, но он также подвергается анизотропной усадке во время охлаждения, а это означает, что необходимо активно управлять давлением в форме, иначе может произойти нежелательная усадка.

 Кроме того, хотя PEEK легко обрабатывается, он требует дополнительных этапов настройки и рабочих соображений, как и другие обрабатываемые пластики, чтобы предотвратить повреждение от механических напряжений.

Наконец, для эффективного литья под давлением гранулы PEEK должны быть высушены до содержания влаги <0,02%, так как любая дополнительная влага неблагоприятно повлияет на готовую деталь, полученную литьем под давлением.

Как полиэфирэфиркетон (PEEK) влияет на здоровье человека?

PEEK — это материал, одобренный Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов и медицинских устройств, что означает, что он используется не только для многократного контакта с пищевыми продуктами, но также для внутренних и внешних медицинских имплантатов.

 Воздействие PEEK в любой форме имеет незначительные (если таковые имеются) последствия для здоровья, и даже при нагревании он не выделяет значительных паров или опасного дыма, как другие пластмассы.

Как отмечалось в недавних исследованиях, единственной известной проблемой для здоровья является риск ожогов от горячего или расплавленного PEEK во время обработки, который лечится так же, как и другие термические ожоги (т. е. нет никаких особых соображений в отношении ожогов PEEK, кроме типичного протокола лечения ожогов).

Является ли полиэфирэфиркетон (PEEK) токсичным?

В большинстве паспортов безопасности не указаны физические опасности или опасные состояния со стороны OSHA или других регулирующих органов, а также не указаны какие-либо токсикологические угрозы.

Не было показано, что PEEK выщелачивает вредные химические вещества и вызывает механическое раздражение только при проглатывании, вдыхании или попадании на кожу/глаза (т. е. не оказывает токсикологического воздействия при вдыхании, проглатывании или попадании на кожу/глаза).

Может ли полиэфирэфиркетоновый (PEEK) пластик подвергаться литью под давлением?

Да, PEEK можно лить под давлением на стандартных машинах IM. В зависимости от конкретной марки PEEK операторы должны правильно установить температуру обработки, чтобы учесть высокую температуру плавления PEEK, которая обычно составляет около 350–400 °C (662–752 °F).

Зерна/гранулы PEEK должны быть достаточно сухими перед литьем под давлением из-за их склонности поглощать влагу из атмосферы, где операторы стремятся к содержанию влаги <0,02%.

Также важно убедиться, что никакие остаточные материалы от предыдущих операций литья под давлением не смешаны с PEEK; из-за высокой температуры плавления PEEK любое загрязнение других пластиков быстро разлагается и оставляет неприглядные следы (или, что еще хуже, негативно влияет) на окончательную форму для литья под давлением.

В чем разница между полиэфирэфиркетоном (PEEK) и этанолом?

PEEK — это высокоэффективный инженерный термопласт, а этанол — бесцветная летучая жидкость, используемая в качестве растворителя и источника топлива. В то время как PEEK существует при температуре окружающей среды в виде твердого вещества, этанол представляет собой жидкость при комнатной температуре.

Этанол является основным компонентом алкогольных напитков, где он создается путем анаэробной ферментации сахаров в этанол и CO2. Напротив, PEEK создается с использованием ароматических мономерных звеньев в процессе ступенчатой ​​полимеризации.

В чем разница между полиэфиркетоном (PEEK) и полиэфиркетоном (PEK)?

Пластик PEEK и пластик на основе полиэфиркетона (PEK) относятся к одному и тому же классу полиарилэфиркетоновых (PAEK) полимеров и разработаны таким образом, чтобы выдерживать и работать при повышенных температурах. Несмотря на то, что они во многом похожи, в приведенной ниже таблице сравниваются фундаментальные различия между PEEK и PEK:

PEEKПЭК

Исключительно надежен в широком диапазоне температур.

Имеет более высокую рабочую температуру до 30 ˚C.

Исключительно устойчивы к суровым условиям окружающей среды, сохраняя при этом стабильность размеров, что приводит к лучшим результатам в приложениях с высоким давлением/высокой температурой.

Более высокая прочность и стойкость к термическому разложению приводят к лучшим результатам в приложениях с циклическими/вибрационными нагрузками.

Детали из PEEK, изготовленные методом аддитивного производства, обладают лучшими механическими, химическими и термическими свойствами по сравнению с аморфными пластиками.

Может быть более аморфным, чем PEEK, что обеспечивает лучшее поведение в аддитивном производстве, но в целом менее прочные отпечатки.

В этой статье обобщены характеристики, использование, преимущества, ограничения и токсичность полиэфирэфиркетона (PEEK).
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

четыре − 2 =

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: