در میان مواد پلاستیکی ، پلی اتترکتون (PEEK) یک پلاستیک مهندسی بسیار ویژه است. مقاومت در برابر دما {1} بالا ، مقاومت در برابر خوردگی ، مقاومت در برابر سایش و مقاومت هیدرولیز باعث می شود که در هوافضا ، خودرو ، پزشکی ، انرژی و قدرت و همچنین ماشین آلات مورد توجه قرار گیرد. در زیر ، ما به تفصیل توضیح می دهیم که پلاستیک Peek چیست.
تعریف مواد پلی اتر اتاکتون
پلی آترکتون یا PEEK یک پلیمر ترموپلاستیک است که فقط تا حدی کریستالی است. دارای حلقه های معطر ، پیوندهای اتر و گروه های کتون است. این عضو موفق ترین عضو خانواده Polyaryletherketone (PAEK) است. اوراق قرضه اتر (- o-) و گروه های کتون ({5}} c (o) {6}) که به زنجیرهای مولکولی آن متصل می شوند ، یک ساختار کریستالی بسیار سازمان یافته تشکیل می دهند که به آن ثبات مکانیکی و حرارتی عالی می بخشد. Victrex این شرکت مرتبط را از ICI در سال 1981 خریداری کرد و آن را به محبوب ترین پلاستیک مهندسی عملکرد 9- در جهان تبدیل کرد. ICI برای اولین بار در سال 1978 آن را در انگلستان ساخت.
مزایای ساختار مولکولی
پیوند اتر باعث می شود مولکول انعطاف پذیر تر شود ، در حالی که حلقه بنزن آن را سفت تر می کند. گروه کتون نیروهای بین مولکولی را قوی تر می کند. این سه چیز با هم کار می کنند تا ساختار Peek را در یک نقطه ذوب 343 درجه و دمای کار طولانی مدت- دمای تا 260 درجه پایدار نگه دارد. این ساختار غیرمعمول به آن اجازه می دهد تا بیش از 90 ٪ از قدرت اصلی خود را حتی در مکان های بسیار گرم مانند Nacelles موتورهای هواپیما حفظ کند.
قوانینی برای نامگذاری مواد شیمیایی
نام کامل "پلی اتاترکتون" ساختار زنجیره مولکولی را توصیف می کند: پلی (پلیمر) + اتر (پیوند اتر) ×2 + کتون (گروه کتون).
این طرح نامگذاری روشن می کند که آرایش شیمیایی چیست و این یک روش متداول برای نامگذاری موارد در علم مواد است.
پارامترهای عملکرد اصلی مواد پلی اترکتون
خصوصیات فیزیکی و مکانیکی
| دارایی | دامنه ارزش | اهمیت فنی |
|---|---|---|
| تراکم | 1.3-1.35 گرم در سانتی متر مربع | فقط نیمی از چگالی آلومینیوم ، به طور قابل توجهی وزن تجهیزات را کاهش می دهد |
| استحکام کششی | 90-100 MPa (رزین پر نشده) | قابل مقایسه با آلیاژ آلومینیوم (6061-T6 قدرت کششی 290 مگاپاسکال دارد) |
| مدول انعطافی | 3.6 GPA (رزین پر نشده) | می تواند با تقویت فیبر کربن به 20 GPA برسد ، و از بیشتر پلاستیک های مهندسی استفاده می کند |
| کشیدگی در زمان استراحت | 30%-150% | استحکام و چقرمگی را ترکیب می کند ، قادر به تحمل فشارهای پیچیده است |
عملکرد حرارتی
دمای انتقال شیشه (TG): 143 درجه ، بالاتر از پلاستیک های مهندسی مشترک (به عنوان مثال ، POM ، که -60 درجه است).
دمای انحراف گرما (HDT): 157 درجه (تحت بار 1.8 مگاپاسکال). بهبود تبلور پس از قالب تزریق می تواند HDT را بالاتر از 200 درجه فشار دهد.
مقاومت در برابر دما: در برابر دمای مدت 300 درجه {{0} مقاومت می کند و می تواند به طور مداوم در 250 درجه به مدت 10،000 ساعت بدون تخریب قابل توجه عمل کند.
مقاومت شیمیایی و محیطی
مقاومت در برابر خوردگی: به طور کامل به 98 ٪ از حلال های آلی (به عنوان مثال ، استون ، تولوئن) و محلول های اسیدی و قلیایی (pH 1-14) ، به جز اسید سولفوریک غلیظ. بدون تورم پس از غوطه وری در محلول 30 ٪ KOH به مدت سه سال.
مقاومت در برابر هیدرولیز: در برابر 3000 چرخه عقیم سازی در 134 درجه با بخار اتوکلاو ، با کاهش وزن <0.1 ٪ ، در برابر استاندارد برای فولاد ضد زنگ درجه- بسیار زیاد است.
خواص عقب ماندگی شعله: می تواند بدون اضافه کردن عقب ماندگی شعله ، به رتبه UL 94 V-0 برسد ، و میزان دود آزاد شده هنگام سوزاندن تنها 1/5 از پلاستیک های سنتی است.
فناوری تولید و پردازش مواد پلی اتترکتون
مکانیسم واکنش پلیمریزاسیون
از روش پلی تراش جایگزینی هسته ای استفاده می شود ، با استفاده از 4،4 '{2}}} difluorobenzophenone و بیسفنول سدیم A به عنوان مواد اولیه. پلیمریزاسیون دما 4 {4} بالا در حلال دیفنیل سولفون تحت کاتالیز کربنات پتاسیم بی آب انجام می شود. توجه داشته باشید که این واکنش به یک محیط بی آب کاملاً کنترل شده (میزان رطوبت <50 ppm) نیاز دارد. مایکروویو-} پلیمریزاسیون کمک شده می تواند زمان واکنش را از 24 ساعت در روش ریفلاکس سنتی به 3 ساعت کوتاه کند.
پارامترهای فرآیند قالب بندی کلیدی
قالب تزریق:
دمای قالب: 160-190 درجه (برای ارتقاء تبلور)
دمای ذوب: 370-420 درجه (برای جلوگیری از تجزیه حرارتی)
فشار تزریق: 70-140 MPa (برای اطمینان از پر کردن ساختارهای پیچیده)
توجه: انقباض نمرات پر نشده 1.2 {1} 2.4} 2.4} ، در حالی که درجه های تقویت شده با فیبر کربن می تواند به 0.1-1.1 ٪ کاهش یابد.
فناوری چاپ سه بعدی:
هنگام استفاده از FDM ، دمای نازل باید بین 360-400 درجه کنترل شود و بستر گرم شده در 120 درجه حفظ شود تا به حداقل برسد.
استفاده از مواد پلی اتر اتتریکتون
هوا و فضا
سیستم زهکشی محموله Airbus A350 از مواد کامپوزیت Victrex Peek به جای آلیاژ آلومینیوم استفاده می کند و وزن آن را 50 ٪ کاهش می دهد. همچنین در برابر نوسانات دما شدید از- 50 درجه تا 120 درجه مقاومت می کند و از 100000 آزمایش خستگی چرخه عبور کرده است. دود کم و سمیت کم آن (SDR کمتر از 15 یا مساوی با 15) مطابق با استانداردهای حفاظت از آتش سوزی 25.853 است و آن را به عنوان ماده ترجیحی برای فضای داخلی هواپیماهای مسافربری نسل بعدی تبدیل می کند.
پزشکی
ارتوپدی:
مدول الاستیک فیبر کربن -} تقویت شده قفس فیوژن PEEK تقویت شده (8-12 GPA) از نزدیک با استخوان قشر مغز انسان (10-30 GPa) مطابقت دارد ، و به طور موثری محافظ استرس را کاهش می دهد. FDA ایالات متحده آن را برای استفاده در بیش از 20 نوع ایمپلنت ، از جمله موارد موجود در ستون فقرات گردن رحم و کمر ، تأیید کرده است.
ابزارهای الکترواستاری:
پودر Peek Solvay's Ketaspire® بر روی سطح کانول های فلزی پاشیده می شود و به ضخامت پوشش تنها 0.0645 میلی متر می رسد. این ولتاژ بیش از 10 کیلو ولت و 1000 چرخه استریلیزاسیون اتیلن اکسید را تحمل می کند. قبلاً در اجزای اصلی ربات جراحی داوینچی استفاده شده است.
اجزای ماشین آلات پردازش مواد غذایی
پلی اتتركتون (PEEK) ماده ای است كه در برابر تمیز كردن و ضد عفونی مقاوم است (آزاد نمی شود هیچ ماده مضر) ، مهاجرت سطح پایین و مقاومت در برابر سایش را نشان می دهد و مطابق با استانداردهای تماس غذایی است. برنامه های معمولی شامل هسته های دریچه در خطوط تولید لبنیات ، پیوندهای کمربند نقاله در تجهیزات نانوایی و قاب های پشتیبانی فیلتر در مطبوعات آب میوه است.
بوش ، یاتاقان ، مهر و موم و حلقه های پشتیبانی
Polyetheretherketone (PEEK) به لطف مزایای ترکیبی از اصطکاک کم ، ظرفیت بار بالا و مقاومت در برابر خوردگی ، جایگزین پلاستیک های فلزی و سنتی در قطعات متحرک است.
بوش و یاتاقان ها: فیبر کربن- peek تقویت شده دارای ضریب اصطکاک به حداقل 0.15 (شرایط اصطکاک خشک) ، 40 ٪ پایین تر از یاتاقان های برنز است. با بار 10 مگاپاسکال و محیط 150 درجه ، میزان سایش آن تنها 0.001 میلی متر در/(N · M) است که آن را برای بوش های پمپ شیمیایی و یاطاقان انتقال خودرو مناسب می کند.
مهر و موم و حلقه های پشتیبانی: در محیط اسیدی استخراج روغن خام (حاوی H₂s و Co₂) ، حلقه های Peek V-}}}} 10 برابر لاستیک نیتریل زندگی آب بندی را ارائه می دهد. یک تولید کننده تجهیزات هیدرولیک برای غلبه بر مشکل خرابی خزش حلقه های سنتی PTFE با فشار 30 مگاپاسکال ، از حلقه های پشتیبانی PEEK استفاده کرد و عمر خدمات خود را از 3000 ساعت به 15،000 ساعت تمدید کرد.
مقایسه بین مواد پلی اتر اتاکتون و مواد مشابه
| شاخص عملکرد | نگاه داشتن | PTFE | پیت | پيشگاه |
|---|---|---|---|---|
| دمای خدمات طولانی - | 260 درجه | 250 درجه | 210 درجه | 300 درجه |
| استحکام کششی | 90-100 MPa | 25-35 MPa | 100-110 MPa | 80-100 MPa |
| ضریب اصطکاک | 0.35-0.45 | 0.03-0.05 | 0.25-0.35 | 0.2-0.3 |
| قدرت دی الکتریک | 50 کیلو ولت در میلی متر | 50-150 کیلو ولت در میلی متر | 30-40 کیلو ولت در میلی متر | 20-30 کیلو ولت در میلی متر |
| هزینه پردازش | بسیار زیاد | معتاد | معتاد | بسیار زیاد |
انتخاب توصیه شده:
برای دمای بالا - و بالا {{1} برنامه های فشار: PEEK (گرما و مقاومت هیدرولیز) ترجیح داده می شود.
برای Ultra - الزامات اصطکاک کم: PTFE ترجیح داده می شود ، اما قدرت به خطر می افتد.
برای عایق فرکانس بالا -: PEI گزینه ای را ارائه می دهد-}} مؤثر ، اما مقاومت در برابر دمای آن محدود است.
پرسش
س: آیا می توان PEEK را بازیافت کرد؟
پاسخ: در حال حاضر ، نرخ بازیافت کمتر از 10 ٪ است ، در درجه اول به دلیل مصرف زیاد انرژی پردازش دما بالا {1} و تخریب 30 ٪ در خواص مواد بازیافتی. Victrex در حال توسعه فن آوری بازیافت حلقه 4 {4} است که از دپلیمریزاسیون مایع فوق بحرانی استفاده می کند تا نرخ بازیافت را به 85 ٪ افزایش دهد.
س: چگونه Peek به فلز پیوند می یابد؟
پاسخ: از لنگرگاههای شیمیایی (مانند چسب 3M DP460 اپوکسی) یا درج فیزیکی (درج فلزی قالب) استفاده می شود. یک سازنده خودرو از یک واحد پیستون PEEK با تداخل در یک سیلندر آلیاژ آلومینیوم استفاده می کند ، که بدون شل شدن در 200 هزار ساعت کار کرده است.
س: محدودیت های PEEK در صنعت نیمه هادی چیست؟
A: Although it can achieve 99.999% purity, particle release (>0.1μm) باید کنترل شود<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.
س: آیا Peek برای استفاده طولانی مدت- استفاده در فضای باز مناسب است؟
پاسخ: Pure Peek دارای میانگین مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش است و ممکن است پس از قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در معرض نور خورشید ، از گچ کاری سطح (تقریباً 10 ٪ تخریب در طی 5 سال) رنج ببرد. با این حال ، افزودن جاذب های کربن سیاه یا UV می تواند مقاومت در برابر آب و هوا را با 3- 5 بار بهبود بخشد ، و آن را برای اتصالات درجه حرارت بالا- در نیروگاه های فتوولتائیک و سوئیچ ولتاژ بالا در فضای باز مناسب می کند.
س: آیا می توان Peek را جوش داد؟ برخی از روشهای رایج جوش چیست؟
پاسخ: بله ، می توان آن را جوش داد. روشهای متداول عبارتند از:: جوشکاری صفحه داغ (مناسب برای اجزای مسطح ، با قدرت جوش به 80 ٪ از مواد والدین می رسد). ② جوش لیزر (با دقت حداکثر 0.1 میلی متر ، مناسب برای درزهای استریل در وسایل پزشکی). و ③ جوش اولتراسونیک (بسیار کارآمد ، برای بسته بندی مؤلفه های الکترونیکی استفاده می شود). دمای جوش باید بین 343-380 درجه (بالاتر از نقطه ذوب اما زیر دمای تجزیه) کنترل شود.
س: تفاوت بین غذا - درجه یک نگاه و نگاه استاندارد چیست؟
پاسخ: مواد غذایی - درجه یک باید تست های مهاجرتی دقیق را پشت سر بگذارد (مانند دستورالعمل اتحادیه اروپا 10/2011 ، که محدودیت کامل مهاجرت <10mg/dm² را تصریح می کند). کاتالیزورهای فلزات سنگین در طول تولید ممنوع است و خلوص بیشتر است (محتوای خاکستر <0.01 ٪). Peek معمولی ممکن است به دلیل مواد افزودنی باقیمانده برای برنامه های تماس با مواد غذایی مناسب نباشد.
س: آیا عملکرد مواد PEEK بازیافت شده کاهش می یابد؟
پاسخ: استحکام کششی PEEK بازیافت شده توسط 15- 20 ٪ کاهش می یابد ، و تبلور آن توسط 5- 8 ٪ ، در درجه اول به دلیل شکستن زنجیره مولکولی ناشی از پردازش سنگین در دماهای بالا. در حال حاضر ، مواد بازیافت شده فقط در قسمت های ساختاری غیر بحرانی (مانند پوشش های محافظ و براکت) استفاده می شود. برنامه های سطح بالا (مانند پزشکی و حمل و نقل هوایی) هنوز به مواد باکره احتیاج دارند.