Пластик PEEK 101｜ Технические свойства, изготовление, применение

ПЭЭК — это высокопроизводительный специальный инженерный пластик, известный как материал, «стоящий на вершине пирамиды». Благодаря таким характеристикам, как высокая термостойкость, прочность, лёгкость и биосовместимость, он находит применение во многих отраслях промышленности. В этой статье мы рассмотрим его, его свойства, методы производства и области применения.

Что такое ПИК?

Полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) — это высокоэффективный полукристаллический ароматический полимер. Его фундаментальная химическая структура состоит из чередующихся эфирных и кетонных связей, включающих бензольные кольца в основную молекулярную цепь. Будучи флагманским материалом семейства полиарилэфиркетонов, ПЭЭК занимает вершину иерархии полимерных свойств, часто называемый «королем смол». Это идеальный материал для замены металлов, отличающийся выдающимися механическими свойствами, стабильными термохимическими характеристиками, лёгкостью и исключительной биосовместимостью.

Типы материалов PEEK

ПЭЭК классифицируется на основе своих свойств и методов обработки на несколько основных видов:

• Высокотемпературный ПЭЭК: характеризуется превосходной термической стабильностью, сохраняет отличную механическую целостность и химическую стабильность даже в условиях высоких температур.
• ПЭЭК, армированный углеродным волокном: усилен углеродным волокном для значительного повышения механической прочности, жесткости и износостойкости.
• ПЭЭК, армированный стекловолокном: улучшен стекловолокном для улучшения механических характеристик и размерной стабильности.
• Проводящий ПЭЭК: модифицирован проводящими наполнителями (например, углеродными нанотрубками или металлическими порошками) для придания желаемой электропроводности.
• Медицинский ПЭЭК: специально обработан и очищен в соответствии со строгими требованиями к медицинским изделиям. Медицинский ПЭЭК обладает превосходной биосовместимостью, коррозионной стойкостью и зачастую обладает антимикробными свойствами.

Свойства ПЭЭК

ПЭЭК — это специальный инженерный пластик с оптимальными эксплуатационными характеристиками. Он обладает превосходной термостойкостью, стойкостью к горячей воде и пару, стойкостью к растворителям, превосходной электроизоляцией и высокой усталостной прочностью.

В следующей таблице приведены основные физические, термические и электрические свойства неармированного ПЭЭК и его трех основных армированных вариантов:

Механические характеристики

ПЭЭК характеризуется высокой прочностью и высоким модулем упругости. Его предел прочности на растяжение может превышать 90 МПа, а прочность на изгиб и модуль упругости также впечатляют. ПЭЭК также обладает хорошей ударной вязкостью и стойкостью к ударным нагрузкам. Такое сочетание жёсткости и гибкости гарантирует, что компоненты из ПЭЭК устойчивы к хрупкому разрушению при воздействии сложных напряжений.

Электрические свойства

ПЭЭК обладает превосходными электроизоляционными свойствами. Объёмное сопротивление смолы ПЭЭК обычно превышает 10 Ом.¹⁶ Ом · см.

Химическая устойчивость

ПЭЭК обладает хорошей стойкостью практически ко всем химическим веществам, за исключением концентрированной серной кислоты. Он сохраняет свою химическую стабильность даже при повышенных температурах. По сравнению с другими конструкционными полимерами, такими как поликарбонат, модифицированный полифениленэфир и полисульфон, ПЭЭК значительно превосходит другие технические полимеры по стойкости к химическому растрескиванию под напряжением.

Однако, если ПЭЭК недостаточно кристаллизован, погружение в некоторые химические вещества, такие как ацетон, может вызвать растрескивание под напряжением. Эту уязвимость можно устранить, проведя отжиг (например, 1 час при 200 °C), чтобы максимально повысить степень кристалличности и стойкость к растрескиванию под воздействием окружающей среды.

Тепловое сопротивление

ПЭЭК обладает превосходной термической стабильностью, выдерживая непрерывную рабочую температуру до 240 °C. Термогравиметрический анализ подтверждает эту стабильность: ПЭЭК демонстрирует нулевую потерю массы при 400 °C и всего 2.5% потерю массы при 500 °C.

Гидролиз и устойчивость к пару

Стойкость ПЭЭК к горячей воде и пару — одна из его важнейших характеристик. После погружения в горячую воду при температуре 800 °C прочность на разрыв и относительное удлинение материала практически не изменяются. Даже при воздействии пара температурой 200 °C прочность на разрыв, масса и внешний вид материала не изменяются существенно, что позволяет использовать его в паровой среде в течение длительного времени. Среди всех основных инженерных пластиков ПЭЭК обладает самой высокой стойкостью к пару и гидролизу.

Обработка и изготовление ПЭЭК

Литье под давлением

ПЭЭК имеет высокую температуру плавления и относительно высокую вязкость расплава по сравнению с другими конструкционными пластиками, что требует высоких температур переработки. Температура в цилиндре поддерживается в диапазоне от 350 до 400 °C. Перед формованием материал необходимо предварительно высушить, обычно при температуре 150 °C в течение 3 часов.

Будучи кристаллической смолой, ПЭЭК должен достичь достаточной кристаллизации во время формования, чтобы продемонстрировать свои превосходные свойства.

• Температура формы от 150 °C до 160 °C позволяет получать непрозрачные, высококристаллические детали, хотя поверхностный слой может оставаться прозрачным и иметь низкую степень кристалличности.
• Использование температуры формы 180 °C позволяет получать изделия с более высокой общей степенью кристалличности.

Если на начальном этапе формования невозможно использовать высокие температуры пресс-формы, необходимо провести последующую обработку (отжиг) для повышения конечной кристалличности детали. ПЭЭК можно обрабатывать на стандартном оборудовании для литья под давлением, хотя для крупногабаритных, тонкостенных или сложных деталей могут потребоваться шнеки с высоким соотношением длины к диаметру и короткой зоной сжатия.

Формование ламината

ПЭЭК используется в качестве матричного материала со стекловолокном, углеродным волокном или гибридным армированием для производства высокопроизводительных композитных ламинатов. Эти композитные пластины сохраняют высокий уровень модуля упругости при изгибе в широком диапазоне температур ниже 300 °C.

Механическая обработка и вторичная обработка

Материалы PEEK демонстрируют отличную обрабатываемость, что позволяет изготавливать высокоточные компоненты с помощью традиционных методов обработки, таких как точение, фрезерование и сверление. Прецизионная обработка с ЧПУ можно достичь допусков размеров до 0.01 мм.

Вторичная обработка включает механическую обработку, ультразвуковую сварку, гальванопокрытиеи напыление. Склеивание может осуществляться с помощью таких клеев, как эпоксидная смола, полиуретан или силикон. Для повышения прочности соединения поверхность ПЭЭК может потребовать предварительной обработки, например, травления хромовой кислотой.

Применение ПЭЭК

PEEK — это специализированный конструкционный пластик, сочетающий в себе отличную стойкость к воздействию тепла, радиации и химических веществ, а также превосходные механические и электрические свойства, что делает его высоко ценимым во многих отраслях промышленности.

Аэрокосмическая промышленность и авиация

Такие особенности PEEK, как термостойкость, внутренняя огнестойкость, стойкость к воздействию топлива, высокая прочность и жесткость, используются во многих деталях самолетов, изготавливаемых методом литья под давлением.

• Компоненты из ПЭЭК, такие как детали радаров и обтекатели антенн, демонстрируют превосходную стойкость к атмосферным воздействиям.
• Детали двигателя, изготовленные из ПЭЭК, выдерживают длительную эксплуатацию при температурах свыше 200 °C.
• Используется для различных герметизирующих материалов в самолетах.
• ПЭЭК, армированный углеродным или стекловолокном, используется для изготовления дверных ручек, панелей кабины, рычагов управления и хвостовых винтов вертолетов.

Современные композиты, такие как APC-2 (матрица ПЭЭК) компании ICI, обладают прочностью, более чем в десять раз превышающей прочность обычных композитов на основе эпоксидной смолы. Это позволяет композитам ПЭЭК заменять эпоксидную смолу в крупногабаритных конструкциях, таких как компоненты космических станций, крылья самолетов и другие ответственные приложения. Заметным примером экономичного применения является литье под давлением трубок зажигания ракет из армированного стекловолокном ПЭЭК, заменяющего традиционные металлические детали и сохраняющего целостность при высоких нагрузках, возникающих при воспламенении и старте.

Автомобильная промышленность:

В автомобильной промышленности ПЭЭК используется в основном для деталей, подверженных высоким нагрузкам, износу и высоким температурам.

• Юбки поршней и кольца
• Кронштейны и подшипники ротора
• Фиксаторы подшипников
• Рабочие колеса турбинной нагрузки
• Прокладки и опорные седла шестерен
• Корпуса датчиков давления в шинах

Механическое и промышленное оборудование

В механическом оборудовании и офисной технике ПЭЭК широко используется для изготовления шестерен, подшипников, седел клапанов, поршневых колец, муфт, моечных приспособлений и захватов копировальных аппаратов.

Подшипники и сепараторы: специализированные самосмазывающиеся марки PEEK обладают высокой прочностью, превосходной износостойкостью, низким коэффициентом трения и хорошей ударной вязкостью, что делает их идеальными для изготовления сепараторов шарикоподшипников и упорных подшипников.

Поршневые кольца для дизельных двигателей: ПЭЭК заменил металл в поршневых кольцах дизельных двигателей благодаря своим превосходным теплоизоляционным и смазочным свойствам. Кольца из ПЭЭК сохраняют свои эксплуатационные характеристики в масле при температуре 160 °C, обладают превосходной усталостной прочностью и создают значительно меньше шума, чем их металлические аналоги во время работы.

Болты и крепежные детали: Высокая прочность, жесткость и превосходная химическая стойкость ПЭЭК делают болты из ПЭЭК широко используемыми в требовательном механическом и химическом обрабатывающем оборудовании.

Трубы и соединения: исключительная стойкость ПЭЭК к воздействию воды, горячей воды и пара в сочетании с высокой прочностью, хорошей усталостной прочностью и минимальным выщелачиванием примесей обуславливают его широкое применение в компонентах систем транспортировки жидкостей.

Детали центрифуг: ПЭЭК можно наносить на металлические поверхности методом электростатического нанесения или погружения в псевдоожиженный слой для создания импеллеров и других компонентов центрифуг, используя его химическую стойкость, термостойкость и отличную адгезию к металлам.

Датчики обнаружения: компоненты из ПЭЭК, изготовленные методом литья под давлением, используются в датчиках электропроводности для котлов и других систем. В этом применении используются превосходная стойкость ПЭЭК к горячей воде и пару, отличная размерная стабильность и эффективная электроизоляция.

О Getzshape

Компания Getzshape — опытный производитель пластиковых деталей на станках с ЧПУ. Мы изготовили множество пластиковых деталей, включая высококачественные детали из ПЭЭК. Если вам нужны качественные крепежные элементы, подшипники, поршни или другие компоненты из ПЭЭК, изготовленные на заказ, обращайтесь к нам. Свяжитесь с нами.