Что такое полиэфиркетон (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.

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:

• 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.

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: