ในบรรดาวัสดุพลาสติก Polyetheretherketone (PEEK) เป็นพลาสติกวิศวกรรมที่พิเศษมาก ความต้านทานอุณหภูมิ - สูงความต้านทานการกัดกร่อนความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานการไฮโดรไลซิสทำให้เป็นที่ต้องการอย่างมากในการบินและอวกาศยานยนต์การแพทย์พลังงานและพลังงานรวมถึงเครื่องจักร ด้านล่างเราอธิบายรายละเอียดว่าพลาสติก Peek คืออะไร
คำจำกัดความของวัสดุ polyetheretherketone
Polyetheretherketone หรือ Peek เป็นพอลิเมอร์เทอร์โมพลาสติกที่เป็นผลึกเพียงบางส่วนเท่านั้น มันมีวงแหวนอะโรมาติกการเชื่อมโยงอีเธอร์และกลุ่มคีโตน มันเป็นสมาชิกที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์มากที่สุดของตระกูล Polyarylethetherketone (Paek) พันธบัตรอีเธอร์ (- o -) และกลุ่มคีโตน (- c (o) -) ที่เชื่อมต่อโซ่โมเลกุลของมันเป็นโครงสร้างผลึกที่จัดระเบียบมาก Victrex ซื้อ บริษัท ที่เกี่ยวข้องจาก ICI ในปี 1981 ทำให้เป็นพลาสติกวิศวกรรมสมรรถนะสูงที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในโลก ICI ทำครั้งแรกในสหราชอาณาจักรในปี 1978
ประโยชน์ของโครงสร้างโมเลกุล
ลิงค์อีเธอร์ทำให้โมเลกุลมีความยืดหยุ่นมากขึ้นในขณะที่วงแหวนเบนซีนทำให้แข็งมากขึ้น กลุ่มคีโตนทำให้กองกำลังระหว่างโมเลกุลแข็งแกร่งขึ้น สามสิ่งเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อให้โครงสร้างของ Peek มีความเสถียรที่จุดหลอมเหลว 343 องศาและอุณหภูมิการทำงานของระยะเวลา - ยาวถึง 260 องศา โครงสร้างที่ผิดปกตินี้ช่วยให้มันรักษาความแข็งแรงดั้งเดิมได้มากกว่า 90% แม้ในสถานที่ที่ร้อนมากเช่น Nacelles ของเครื่องยนต์อากาศยาน
กฎสำหรับการตั้งชื่อสารเคมี
ชื่อเต็ม "polyetheretherketone" อธิบายโครงสร้างห่วงโซ่โมเลกุล: โพลี (พอลิเมอร์) + อีเธอร์ (อีเธอร์พันธะ) × 2 + คีโตน (กลุ่มคีโตน)
รูปแบบการตั้งชื่อนี้ทำให้ชัดเจนว่าการแต่งหน้าทางเคมีคืออะไรและเป็นวิธีทั่วไปในการตั้งชื่อสิ่งต่าง ๆ ในวิทยาศาสตร์วัสดุ
พารามิเตอร์ประสิทธิภาพหลักของวัสดุ polyetheretherketone
คุณสมบัติทางกายภาพและเครื่องกล
| คุณสมบัติ | ช่วงค่า | ความสำคัญทางเทคนิค |
|---|---|---|
| ความหนาแน่น | 1.3-1.35 g/cm³ | ความหนาแน่นเพียงครึ่งเดียวของอลูมิเนียมลดน้ำหนักอุปกรณ์ลงอย่างมาก |
| แรงดึง | 90-100 MPa (เรซินที่ไม่ได้สำเร็จ) | เทียบเท่ากับอลูมิเนียมอัลลอยด์ (6061-T6 มีความต้านทานแรงดึง 290 MPa) |
| โมดูลัสโค้งงอ | 3.6 เกรดเฉลี่ย (เรซินที่ไม่สำเร็จ) | สามารถเข้าถึง 20 เกรดเฉลี่ยด้วยการเสริมแรงคาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงกว่าพลาสติกวิศวกรรมส่วนใหญ่ |
| การยืดตัวเมื่อหยุดพัก | 30%-150% | รวมความแข็งแกร่งและความทนทานสามารถทนต่อความเครียดที่ซับซ้อนได้ |
ประสิทธิภาพความร้อน
อุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว (TG): 143 องศาสูงกว่าพลาสติกวิศวกรรมทั่วไป (เช่น POM ซึ่งเป็น -60 องศา)
อุณหภูมิการเบี่ยงเบนความร้อน (HDT): 157 องศา (ภายใต้โหลด 1.8 MPa) ผลึกที่ดีขึ้นหลังจากการฉีดขึ้นรูปสามารถผลัก HDT สูงกว่า 200 องศา
ความต้านทานอุณหภูมิ: ทนต่ออุณหภูมิระยะสั้น - อุณหภูมิ 300 องศาและสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องที่ 250 องศาเป็นเวลา 10,000 ชั่วโมงโดยไม่มีการย่อยสลายอย่างมีนัยสำคัญ
ความต้านทานสารเคมีและสิ่งแวดล้อม
ความต้านทานการกัดกร่อน: เฉื่อยอย่างสมบูรณ์ถึง 98% ของตัวทำละลายอินทรีย์ (เช่นอะซิโตนโทลูอีน) และสารละลายที่เป็นกรดและอัลคาไลน์ (pH 1-14) ยกเว้นกรดซัลฟูริกเข้มข้น ไม่มีอาการบวมหลังจากแช่ในสารละลาย KOH 30% เป็นเวลาสามปี
ความต้านทานการไฮโดรไลซิส: ทน 3,000 รอบการฆ่าเชื้อที่ 134 องศาด้วยไอน้ำหม้อนึ่งความดันโดยมีน้ำหนักลดลง <0.1%ซึ่งเกินมาตรฐานสำหรับการแพทย์ - สแตนเลสเกรด
คุณสมบัติของสารหน่วงไฟ: สามารถให้คะแนน UL 94 V-0 โดยไม่ต้องเพิ่มสารหน่วงไฟและปริมาณควันที่ปล่อยออกมาเมื่อการเผาไหม้เป็นเพียง 1/5 ของพลาสติกแบบดั้งเดิม
เทคโนโลยีการผลิตและการประมวลผลของวัสดุ polyetheretherketone
กลไกการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน
ใช้วิธีการทดแทนนิวคลีโอฟิลิกโดยใช้ 4,4 '- difluorobenzophenone และโซเดียม bisphenol A เป็นวัตถุดิบ สูง - อุณหภูมิพอลิเมอไรเซชั่นดำเนินการในตัวทำละลาย diphenyl sulfone ภายใต้การเร่งปฏิกิริยาของโพแทสเซียมคาร์บอเนตที่ปราศจากน้ำ โปรดทราบว่าปฏิกิริยานี้ต้องการสภาพแวดล้อมที่ไม่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด (ปริมาณความชื้น <50 ppm) ไมโครเวฟ - การให้ความช่วยเหลือพอลิเมอไรเซชันสามารถทำให้เวลาการตอบสนองสั้นลงจาก 24 ชั่วโมงในวิธีการไหลย้อนกลับแบบดั้งเดิมเป็น 3 ชั่วโมง
พารามิเตอร์กระบวนการขึ้นปั้น
การฉีดขึ้นรูป:
อุณหภูมิแม่พิมพ์: 160-190 องศา (เพื่อส่งเสริมการตกผลึก)
อุณหภูมิละลาย: 370-420 องศา (เพื่อหลีกเลี่ยงการสลายตัวด้วยความร้อน)
ความดันฉีด: 70-140 MPa (เพื่อให้แน่ใจว่าการเติมโครงสร้างที่ซับซ้อน)
หมายเหตุ: การหดตัวของเกรดที่ไม่ได้สำเร็จคือ 1.2 - 2.4%ในขณะที่เกรดเสริมคาร์บอนไฟเบอร์เสริมสามารถลดลงเหลือ 0.1-1.1%
เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ:
เมื่อใช้ FDM ควรควบคุมอุณหภูมิหัวฉีดระหว่าง 360-400 องศาและเตียงอุ่นที่เก็บรักษาไว้ที่ 120 องศาเพื่อลดการแปรปรวน
การใช้วัสดุ polyetheretherketone
การบินและอวกาศ
ระบบระบายน้ำของ Airbus A350 Hold Welting ใช้วัสดุคอมโพสิต Victrex Peek แทนโลหะผสมอลูมิเนียมลดน้ำหนักลง 50% นอกจากนี้ยังทนต่อความผันผวนของอุณหภูมิที่รุนแรงจาก - 50 องศาถึง 120 องศาและผ่านการทดสอบความเหนื่อยล้ารอบ 100,000 รอบ ควันต่ำและความเป็นพิษต่ำ (SDR น้อยกว่าหรือเท่ากับ 15) เป็นไปตามมาตรฐานการป้องกันอัคคีภัย 25.853 ทำให้เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับการตกแต่งภายในของเครื่องบินผู้โดยสารรุ่นต่อไป
ทางการแพทย์
ศัลยกรรมกระดูก:
โมดูลัสที่ยืดหยุ่นของคาร์บอนไฟเบอร์ - กรงฟิวชั่น interbody เสริม (8-12 GPA) ตรงกับกระดูกเยื่อหุ้มสมองของมนุษย์ (10-30 GPA) ลดการป้องกันความเครียดได้อย่างมีประสิทธิภาพ องค์การอาหารและยาของสหรัฐอเมริกาได้อนุมัติให้ใช้ในการปลูกถ่ายมากกว่า 20 ประเภทรวมถึงในกระดูกสันหลังส่วนคอและกระดูกสันหลังส่วนเอว
เครื่องมือทางไฟฟ้า:
ผง Peek Ketaspire®ของ Solvay ถูกพ่นลงบนพื้นผิวของ cannulas โลหะทำให้เกิดความหนาของการเคลือบเพียง 0.0645 มม. มันทนต่อแรงดันไฟฟ้าเกิน 10kV และ 1,000 รอบการฆ่าเชื้อเอทิลีนออกไซด์ มันถูกใช้ไปแล้วในองค์ประกอบหลักของหุ่นยนต์ผ่าตัด DA Vinci
ส่วนประกอบเครื่องจักรแปรรูปอาหาร
Polyetheretherketone (PEEK) เป็นวัสดุที่ทนต่อการทำความสะอาดและฆ่าเชื้อ (ปล่อยสารที่ไม่เป็นอันตราย) แสดงการย้ายถิ่นของพื้นผิวต่ำและความต้านทานต่อการเสียดสีและสอดคล้องกับมาตรฐานการสัมผัสอาหาร แอพพลิเคชั่นทั่วไปรวมถึงแกนวาล์วในสายการผลิตนมการเชื่อมโยงสายพานลำเลียงในอุปกรณ์เบเกอรี่และเฟรมรองรับตัวกรองในเครื่องกดน้ำผลไม้
บูชแบริ่ง, แมวน้ำและแหวนสนับสนุน
Polyetheretherketone (PEEK) กำลังแทนที่โลหะและพลาสติกแบบดั้งเดิมในชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ด้วยข้อได้เปรียบรวมของแรงเสียดทานต่ำความสามารถในการโหลดสูงและความต้านทานการกัดกร่อน
บูชและแบริ่ง: คาร์บอนไฟเบอร์ - PEEK เสริมกำลังมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำถึง 0.15 (สภาวะแรงเสียดทานแห้ง) ต่ำกว่าตลับลูกปืนสีบรอนซ์ 40% ที่โหลด 10 MPa และสภาพแวดล้อม 150 องศาอัตราการสึกหรอของมันอยู่ที่ 0.001 mm³/(n · m) ทำให้เหมาะสำหรับบูชปั๊มเคมีและแบริ่งเกียร์ยานยนต์
แมวน้ำและแหวนสนับสนุน: ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดของการสกัดน้ำมันดิบ (มีH₂sและco₂), peek v - แหวนนำเสนอชีวิตปิดผนึก 10 เท่าของยางไนไตรล์ ผู้ผลิตอุปกรณ์ไฮดรอลิกใช้แหวนสนับสนุน PEEK เพื่อเอาชนะปัญหาความล้มเหลวของการคืบของแหวน PTFE แบบดั้งเดิมที่แรงดัน 30 MPa ซึ่งยืดอายุการใช้งานจาก 3,000 ชั่วโมงเป็น 15,000 ชั่วโมง
การเปรียบเทียบระหว่างวัสดุ polyetheretherketone และวัสดุที่คล้ายกัน
| ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพ | มองดู | ptfe | Pei | PI |
|---|---|---|---|---|
| ยาว - อุณหภูมิบริการระยะ | 260 องศา | 250 องศา | 210 องศา | 300 องศา |
| แรงดึง | 90-100 MPa | 25-35 MPa | 100-110 MPa | 80-100 MPa |
| ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน | 0.35-0.45 | 0.03-0.05 | 0.25-0.35 | 0.2-0.3 |
| ความแข็งแรงของอิเล็กทริก | 50 kV/mm | 50-150 kV/mm | 30-40 kV/mm | 20-30 kV/mm |
| ต้นทุนการประมวลผล | สูงมาก | ปานกลาง | ปานกลาง | สูงมาก |
การเลือกที่แนะนำ:
สำหรับอุณหภูมิสูง - และสูง - การใช้งานแรงดัน: PEEK (ความต้านทานความร้อนและการไฮโดรไลซิส) เป็นที่ต้องการ
สำหรับ Ultra - ข้อกำหนดแรงเสียดทานต่ำ: PTFE เป็นที่ต้องการ แต่ความแข็งแรงจะถูกบุกรุก
สำหรับฉนวนความถี่สูง -: PEI เสนอตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น - ตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพ แต่ความต้านทานอุณหภูมินั้นมี จำกัด
คำถามที่พบบ่อย
ถาม: Peek สามารถรีไซเคิลได้หรือไม่?
ตอบ: ปัจจุบันอัตราการรีไซเคิลน้อยกว่า 10% เนื่องจากการใช้พลังงานสูงของการประมวลผลอุณหภูมิสูง - สูงและการย่อยสลาย 30% ในคุณสมบัติของวัสดุรีไซเคิล Victrex กำลังพัฒนาปิด - เทคโนโลยีการรีไซเคิลลูปที่ใช้การลดระดับของของเหลวที่สำคัญยิ่งขึ้นเพื่อเพิ่มอัตราการรีไซเคิลเป็น 85%
ถาม: Peek ถูกผูกมัดกับโลหะอย่างไร?
ตอบ: แองเคอร์เคมี (เช่น 3M DP460 Epoxy Adhesive) หรือเม็ดมีดทางกายภาพ (เม็ดมีดโลหะหล่อ) สามารถใช้งานได้ ผู้ผลิตยานยนต์ใช้หน่วยลูกสูบ Peek ที่มีสัญญาณรบกวนพอดีในกระบอกโลหะผสมอลูมิเนียมซึ่งทำงานที่ 200 องศาเป็นเวลา 10,000 ชั่วโมงโดยไม่คลาย
ถาม: อะไรคือข้อ จำกัด ของ Peek ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์?
A: Although it can achieve 99.999% purity, particle release (>0.1μm) จะต้องควบคุม<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.
ถาม: Peek เหมาะสำหรับความยาว - คำศัพท์กลางแจ้งหรือไม่?
ตอบ: Pure Peek มีความต้านทานต่อรังสียูวีโดยเฉลี่ยและอาจประสบกับการชอล์กพื้นผิว (การย่อยสลายประมาณ 10% ในช่วง 5 ปี) หลังจากได้รับแสงแดดเป็นเวลานาน อย่างไรก็ตามการเพิ่มคาร์บอนแบล็กหรือดูดซับ UV สามารถปรับปรุงความต้านทานสภาพอากาศได้ 3 - 5 ครั้งทำให้เหมาะสำหรับตัวเชื่อมต่ออุณหภูมิสูง - สูงในโรงไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์และสวิตช์แรงดันสูงกลางแจ้ง
ถาม: สามารถแอบดูได้หรือไม่? วิธีการเชื่อมทั่วไปมีอะไรบ้าง?
ตอบ: ใช่มันสามารถเชื่อมได้ วิธีการทั่วไป ได้แก่ : ①การเชื่อมแผ่นร้อน (เหมาะสำหรับส่วนประกอบแบนโดยมีความแข็งแรงของการเชื่อมถึง 80% ของวัสดุหลัก); ②การเชื่อมด้วยเลเซอร์ (มีความแม่นยำสูงถึง 0.1 มม. เหมาะสำหรับตะเข็บที่ผ่านการฆ่าเชื้อในอุปกรณ์การแพทย์); และการเชื่อมอัลตราโซนิก (มีประสิทธิภาพสูงใช้สำหรับบรรจุภัณฑ์ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์) อุณหภูมิการเชื่อมจะต้องควบคุมระหว่าง 343-380 องศา (เหนือจุดหลอมเหลว แต่ต่ำกว่าอุณหภูมิการสลายตัว)
ถาม: อะไรคือความแตกต่างระหว่างอาหาร - เกรด PEEK และ PEEK มาตรฐาน?
ตอบ: อาหาร - เกรด PEEK ต้องผ่านการทดสอบการย้ายถิ่นที่เข้มงวด (เช่น EU Directive 10/2011 ซึ่งกำหนดขีด จำกัด การย้ายข้อมูลเต็มรูปแบบที่ <10 มก./dM²) ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะหนักถูกห้ามในระหว่างการผลิตและความบริสุทธิ์สูงกว่า (ปริมาณเถ้า <0.01%) Peek ธรรมดาอาจไม่เหมาะสำหรับการใช้งานการติดต่อกับอาหารเนื่องจากสารเติมแต่งที่เหลือ
ถาม: ประสิทธิภาพของวัสดุ PEEK รีไซเคิลจะลดลงหรือไม่?
ตอบ: ความต้านทานแรงดึงของ PEEK รีไซเคิลจะลดลง 15 - 20%และผลึกของมัน 5 - 8%ส่วนใหญ่เกิดจากการแตกของโซ่โมเลกุลที่เกิดจากการประมวลผลหนักที่อุณหภูมิสูง ปัจจุบันวัสดุรีไซเคิลใช้ในชิ้นส่วนโครงสร้างที่ไม่สำคัญเท่านั้น (เช่นฝาครอบป้องกันและวงเล็บ) แอปพลิเคชันระดับสูง (เช่นการแพทย์และการบิน) ยังคงต้องใช้วัสดุบริสุทธิ์