Onder plastic materialen is polyetheretheeton (PEEK) een zeer speciaal engineeringplastic. De hoge {- temperatuurweerstand, corrosiebestendigheid, slijtvastheid en hydrolyse -resistentie maken het zeer gewild in ruimtevaart, automotive, medische, energie en kracht, evenals machines. Hieronder leggen we in detail uit wat Peek Plastic is.
Definitie van polyetheretheketon -materiaal
Polyether -keton, of PEEK, is een thermoplastisch polymeer dat slechts gedeeltelijk kristallijn is. Het heeft aromatische ringen, etherverbanden en ketongroepen. Het is het meest commercieel succesvolle lid van de familie PolyaryLetherketone (Paek). De ether bindt (- o -) en ketone groepen (- c (o) -) die de moleculaire ketens verbinden, vormen een zeer georganiseerde kristallijne structuur die het een grote mechanische en thermische stabiliteit geeft. VicTrex kocht het gerelateerde bedrijf van ICI in 1981, waardoor het de meest populaire hoge - prestatie -engineering plastic ter wereld is. ICI haalde het voor het eerst in het VK in 1978.
Voordelen van moleculaire structuur
De ether -link maakt het molecuul flexibeler, terwijl de benzeenring het stijf maakt. De ketongroep maakt de intermoleculaire krachten sterker. Deze drie dingen werken samen om de structuur van Peek stabiel te houden op een smeltpunt van 343 graden en een lange - term bedrijfstemperatuur van maximaal 260 graden. Met deze ongewone structuur kan het meer dan 90% van zijn oorspronkelijke sterkte houden, zelfs op zeer hete plaatsen zoals de Nacelles van vliegtuigmotoren.
Regels voor het benoemen van chemicaliën
De volledige naam "Polyether -ketone" beschrijft de moleculaire ketenstructuur: poly (polymeer) + ether (ether binding) × 2 + keton (ketongroep).
Dit naamgevingsschema maakt duidelijk wat de chemische make -up is en het is een veel voorkomende manier om dingen in de materialenwetenschap te noemen.
Kernprestatieparameters van polyetheretheketon -materiaal
Fysieke en mechanische eigenschappen
| Eigendom | Waardebereik | Technische betekenis |
|---|---|---|
| Dikte | 1.3-1.35 g/cm³ | Slechts de helft van de aluminiumdichtheid, het gewicht van de apparatuur aanzienlijk vermindert |
| Treksterkte | 90-100 MPa (niet-gevulde hars) | Vergelijkbaar met aluminiumlegering (6061-T6 heeft een treksterkte van 290 MPa) |
| Buigmodulus | 3.6 GPA (niet -gevulde hars) | Kan 20 GPA bereiken met koolstofvezelversterking, beter presteren dan de meeste technische kunststoffen |
| Rek bij pauze | 30%-150% | Combineert stijfheid en taaiheid, in staat tot complexe spanningen |
Thermische prestaties
Glasovergangstemperatuur (TG): 143 graden, hoger dan gemeenschappelijke technische kunststoffen (bijv. POM, die -60 graden is).
Warmteafbuiging temperatuur (HDT): 157 graden (onder een belasting van 1,8 MPa). Verbeterde kristalliniteit na spuitgieten kan de HDT boven de 200 graden duwen.
Temperatuurweerstand: bestand tegen korte - term temperaturen van 300 graden en kunnen continu werken op 250 graden gedurende 10.000 uur zonder significante afbraak.
Chemische en omgevingsweerstand
Corrosieweerstand: volledig inert tot 98% van de organische oplosmiddelen (bijv. Aceton, tolueen) en zure en alkalische oplossingen (pH 1-14), behalve geconcentreerd zwavelzuur. Geen zwelling na onderdompeling in een KOH -oplossing van 30% gedurende drie jaar.
Hydrolysebestendigheid: doorstond 3000 sterilisatiecycli op 134 graden met autoclaaf -stoom, met een gewichtsverlies van <0,1%, veel groter dan de standaard voor medisch - grade roestvrij staal.
Vlamvertragende eigenschappen: het kan UL 94 V-0-beoordeling bereiken zonder vlamvertragers toe te voegen, en de hoeveelheid rook die wordt vrijgegeven tijdens het verbranden is slechts 1/5 van die van traditionele kunststoffen.
Productie- en verwerkingstechnologie van polyetheretheeton -materiaal
Polymerisatiereactiemechanisme
Een nucleofiele substitutie polycondensatiemethode wordt gebruikt, met behulp van 4,4 '- difluorobenzofenon en natriumbisfenol A als grondstoffen. Hoge - Temperatuurpolymerisatie wordt uitgevoerd in difenylsulfonoplosmiddel onder de katalyse van watervrij kaliumcarbonaat. Merk op dat deze reactie een strikt gecontroleerde watervrije omgeving vereist (vochtgehalte <50 ppm). Microwave - Assisted polymerisatie kan de reactietijd verkorten van 24 uur in de traditionele refluxmethode tot 3 uur.
Sleutelvormingsprocesparameters
Spuitgieten:
Schimmeltemperatuur: 160-190 graden (om kristallisatie te bevorderen)
Smelttemperatuur: 370-420 graden (om thermische ontleding te voorkomen)
Injectiedruk: 70-140 MPa (om te zorgen voor het vullen van complexe structuren)
Opmerking: de krimp van niet-gevulde cijfers is 1,2 - 2,4%, terwijl die van koolstofvezelversterkte kwaliteiten kan worden verminderd tot 0,1-1,1%.
3D -printtechnologie:
Bij gebruik van FDM moet de mondstuktemperatuur worden geregeld tussen 360-400 graden en het verwarmde bed dat op 120 graden wordt gehandhaafd om kromtrekken te minimaliseren.
Het gebruik van polyetheretherketon -materiaal
Ruimtevaart
Het Airbus A350 -vrachtvervoersysteem maakt gebruik van Victrex Peek Composite Material in plaats van aluminiumlegering, waardoor het gewicht met 50%wordt verminderd. Het is ook bestand tegen extreme temperatuurschommelingen van - 50 graden tot 120 graden en heeft 100.000 cyclusvermoeidheidstests doorgegeven. De lage rook en lage toxiciteit (SDR minder dan of gelijk aan 15) voldoen aan FAR 25.853 brandbeveiligingsnormen, waardoor het het voorkeursmateriaal is voor de volgende generatie passagiersvliegtuigen.
Medisch
Orthopedie:
De elastische modulus van koolstofvezel - Versterkte Peek Interbody Fusion Cages (8-12 GPA) komt nauw overeen met die van menselijk corticaal bot (10-30 GPa), waardoor de stressafscherming effectief wordt verminderd. De Amerikaanse FDA heeft het goedgekeurd voor gebruik in meer dan 20 soorten implantaten, waaronder die in de cervicale en lumbale wervelkolom.
Elektrochirurgische instrumenten:
Solvay's Ketaspire® Peek -poeder wordt gespoten op het oppervlak van metalen canules, waardoor een coatingdikte van slechts 0,0645 mm wordt bereikt. Het is bestand tegen spanningen van meer dan 10 kV en 1.000 cycli ethyleenoxide -sterilisatie. Het wordt al gebruikt in kerncomponenten van de chirurgische robot van Da Vinci.
Componenten voor voedselverwerking machines
Polyetheetoneton (PEEK) is een materiaal dat bestand is tegen reiniging en desinfectie (het vrijgeven van geen schadelijke stoffen), vertoont lage oppervlaktemigratie en slijtvastheid en voldoet aan de contactsnormen van voedselcontact. Typische toepassingen omvatten klepkernen in zuivelproductielijnen, transportbandverbindingen in bakkerijapparatuur en filterondersteuningsframes in sappersen.
Bussen, lagers, afdichtingen en steunringen
Polyether -ketone (PEEK) vervangt metaal en traditionele kunststoffen in bewegende delen dankzij de gecombineerde voordelen van lage wrijving, hoge belastingscapaciteit en corrosieweerstand.
Bussen en lagers: Koolstofvezel - Versterkte Peek heeft een wrijvingscoëfficiënt zo laag als 0,15 (droge wrijvingsomstandigheden), 40% lager dan bronzen lagers. Bij een belasting van 10 MPa en een omgeving van 150 graden is de slijtagesnelheid slechts 0,001 mm³/(n · m), waardoor het geschikt is voor chemische pompbussen en automotive transmissielagers.
Afdichtingen en ondersteuningsringen: in de zure omgeving van ruwe olie -extractie (met H₂s en Co₂) bieden Peek V - ringen een afdichtingsleven 10 keer die van nitrilrubber. Een fabrikant van hydraulische apparatuur gebruikte PEEK -ondersteuningsringen om het kruipfoutprobleem van traditionele PTFE -ringen te overwinnen met 30 MPa -druk, waardoor hun levensduur van 3000 uur tot 15.000 uur werd verlengd.
Vergelijking tussen polyetheretheeton -materiaal en vergelijkbare materialen
| Prestatie -indicator | KIJKJE | PTFE | Pei | PI |
|---|---|---|---|---|
| Lang {- term servicetemperatuur | 260 graden | 250 graden | 210 graden | 300 graden |
| Treksterkte | 90-100 MPa | 25-35 MPA | 100-110 MPA | 80-100 MPa |
| Wrijvingscoëfficiënt | 0.35-0.45 | 0.03-0.05 | 0.25-0.35 | 0.2-0.3 |
| Diëlektrische sterkte | 50 kV/mm | 50-150 kV/mm | 30-40 kV/mm | 20-30 kV/mm |
| Verwerkingskosten | Extreem hoog | Gematigd | Gematigd | Extreem hoog |
Aanbevolen selectie:
Voor hoge - temperatuur en hoge - druktoepassingen: peek (warmte- en hydrolysebestendigheid) heeft de voorkeur.
Voor ultra - Lage wrijvingsvereisten: PTFE heeft de voorkeur, maar sterkte wordt aangetast.
Voor hoge - frequentie -isolatie: PEI biedt een meer kosten - effectieve optie, maar de temperatuurweerstand is beperkt.
FAQ
Vraag: Kan Peek worden gerecycled?
A: Momenteel is de recyclingsnelheid minder dan 10%, voornamelijk als gevolg van het hoge energieverbruik van hoge - temperatuurverwerking en een afbraak van 30% in de eigenschappen van het gerecycled materiaal. VicTrex ontwikkelt gesloten - lusrecyclingtechnologie die superkritische vloeistofdepolymerisatie gebruikt om de recyclingsnelheid te verhogen tot 85%.
Vraag: Hoe wordt Peek gebonden aan metaal?
A: Chemische ankers (zoals 3M DP460 epoxy -lijm) of fysische inzetstukken (gevormde metaalinzetstukken) kunnen worden gebruikt. Een autofabrikant gebruikt een PEEK -zuigereenheid met een interferentie die past in een aluminiumlegeringscilinder, die al 10.000 uur op 200 graden werkt zonder los te maken.
Vraag: Wat zijn de beperkingen van PEEK in de halfgeleiderindustrie?
A: Although it can achieve 99.999% purity, particle release (>0,1 μm) moet worden geregeld tot<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.
V: Is Peek geschikt voor lang - Term Outdoor Use?
A: Pure PEEK heeft een gemiddelde UV -weerstand en kan last hebben van oppervlakte -krijt (ongeveer 10% afbraak gedurende 5 jaar) na langdurige blootstelling aan zonlicht. De toevoeging van koolstofzwarte of UV-absorbers kan echter 5 keer de weerweerstand verbeteren met 3 -, waardoor het geschikt is voor hoge - temperatuurconnectoren in fotovoltaïsche elektriciteitsplanten en buitenspanningsschakelaar buiten.
Vraag: Kan Peek worden gelast? Wat zijn enkele veel voorkomende lasmethoden?
A: Ja, het kan worden gelast. Gemeenschappelijke methoden omvatten: ① Hotplaatlassen (geschikt voor platte componenten, waarbij lassterkte 80% van het moedermateriaal bereikt); ② laserslassen (met nauwkeurigheid tot 0,1 mm, geschikt voor steriele naden in medische hulpmiddelen); en ③ ultrasoon lassen (zeer efficiënt, gebruikt voor elektronische componentenverpakkingen). De lastemperatuur moet worden geregeld tussen 343-380 graden (boven het smeltpunt maar onder de ontledingstemperatuur).
V: Wat is het verschil tussen voedsel - Grade Peek en Standard Peek?
A: Food - Grade Peek MOETEN STIEKTE Migratietests doorstaan (zoals EU -richtlijn 10/2011, die een volledige migratielimiet van <10 mg/dm² bepaalt). Katalysatoren van zware metalen zijn verboden tijdens de productie en de zuiverheid is hoger (asgehalte <0,01%). Gewone Peek is mogelijk niet geschikt voor aanvragen voor voedselcontact vanwege resterende additieven.
Vraag: Zullen de prestaties van gerecycled PEEK -materiaal degraderen?
A: De treksterkte van gerecyclede Peek zal afnemen met 15 - 20%en de kristalliniteit ervan met 5 - 8%, voornamelijk als gevolg van moleculaire kettingbreuk veroorzaakt door zware verwerking bij hoge temperaturen. Momenteel wordt gerecycled materiaal alleen gebruikt in niet-kritische structurele delen (zoals beschermende deksels en haakjes). High-end toepassingen (zoals medische en luchtvaart) vereisen nog steeds maagdelijk materiaal.