Ymhlith deunyddiau plastig, mae polyetheretherketone (PEEK) yn blastig peirianneg arbennig iawn. Mae ei ymwrthedd tymheredd - uchel, ymwrthedd cyrydiad, ymwrthedd gwisgo, a gwrthiant hydrolysis yn ei wneud y mae galw mawr amdano mewn awyrofod, modurol, meddygol, egni a phwer, yn ogystal â pheiriannau. Isod, rydym yn egluro'n fanwl beth yw plastig peek.
Diffiniad o ddeunydd polyetheretherketone
Mae polyetheretherketone, neu peek, yn bolymer thermoplastig sydd ddim ond yn rhannol grisialog. Mae ganddo gylchoedd aromatig, cysylltiadau ether, a grwpiau ceton. Dyma'r aelod mwyaf llwyddiannus yn fasnachol o deulu Polyaryletherketone (PAEK). Mae'r bondiau ether (- o -) a grwpiau ceton (- c (o) -) sy'n cysylltu ei gadwyni moleciwlaidd yn ffurfio strwythur crisialog trefnus iawn sy'n rhoi sefydlogrwydd mecanyddol a thermol gwych iddo. Prynodd Victrex y cwmni cysylltiedig o ICI ym 1981, gan ei wneud y plastig peirianneg perfformiad - mwyaf poblogaidd yn y byd. Fe wnaeth ICI ei wneud gyntaf yn y DU ym 1978.
Buddion strwythur moleciwlaidd
Mae'r cyswllt ether yn gwneud y moleciwl yn fwy hyblyg, tra bod y cylch bensen yn ei gwneud yn fwy stiff. Mae'r grŵp ceton yn gwneud y grymoedd rhyngfoleciwlaidd yn gryfach. Mae'r tri pheth hyn yn gweithio gyda'i gilydd i gadw strwythur Peek yn sefydlog ar bwynt toddi o 343 gradd a thymheredd gweithredu hir - o hyd at 260 gradd. Mae'r strwythur anarferol hwn yn caniatáu iddo gadw mwy na 90% o'i gryfder gwreiddiol, hyd yn oed mewn lleoedd poeth iawn fel nacElles peiriannau awyrennau.
Rheolau ar gyfer Enwi Cemegau
Mae'r enw llawn "polyetheretherketone" yn disgrifio strwythur y gadwyn foleciwlaidd: poly (polymer) + ether (bond ether) × 2 + ceton (grŵp ceton).
Mae'r cynllun enwi hwn yn ei gwneud hi'n glir beth yw'r colur cemegol, ac mae'n ffordd gyffredin i enwi pethau mewn gwyddoniaeth deunyddiau.
Paramedrau perfformiad craidd deunydd polyetheretherketone
Priodweddau ffisegol a mecanyddol
| Eiddo | Ystod gwerth | Arwyddocâd technegol |
|---|---|---|
| Ddwysedd | 1.3-1.35 g/cm³ | Dim ond hanner dwysedd alwminiwm, gan leihau pwysau offer yn sylweddol |
| Cryfder tynnol | 90-100 MPa (resin heb ei lenwi) | Yn debyg i aloi alwminiwm (mae gan 6061-T6 gryfder tynnol o 290 MPa) |
| Modwlws Flexural | 3.6 GPA (resin heb ei lenwi) | Yn gallu cyrraedd 20 GPA gydag atgyfnerthu ffibr carbon, gan berfformio'n well na'r mwyafrif o blastigau peirianneg |
| Elongation ar yr egwyl | 30%-150% | Yn cyfuno anhyblygedd a chaledwch, yn gallu gwrthsefyll straen cymhleth |
Perfformiad Thermol
Tymheredd Pontio Gwydr (TG): 143 gradd, yn uwch na phlastigau peirianneg cyffredin (ee, POM, sef -60 gradd).
Tymheredd gwyro gwres (HDT): 157 gradd (o dan lwyth o 1.8 MPa). Gall gwell crisialogrwydd ar ôl mowldio chwistrelliad wthio'r HDT dros 200 gradd.
Gwrthiant tymheredd: Yn gwrthsefyll tymereddau tymor byr - o 300 gradd a gallant weithredu'n barhaus ar 250 gradd am 10,000 awr heb ddiraddiad sylweddol.
Gwrthiant cemegol ac amgylcheddol
Gwrthiant cyrydiad: Yn hollol anadweithiol i 98% o doddyddion organig (ee, aseton, tolwen) ac hydoddiannau asidig ac alcalïaidd (pH 1-14), ac eithrio asid sylffwrig crynodedig. Dim chwydd ar ôl trochi mewn toddiant KOH o 30% am dair blynedd.
Gwrthiant hydrolysis: gwrthsefyll 3,000 o gylchoedd sterileiddio ar 134 gradd gyda stêm awtoclaf, gyda cholli pwysau o <0.1%, yn llawer uwch na'r safon ar gyfer dur gwrthstaen gradd - gradd.
Priodweddau gwrth-fflam: Gall gyflawni sgôr UL 94 V-0 heb ychwanegu gwrth-fflamau, ac mae faint o fwg sy'n cael ei ryddhau wrth losgi yn ddim ond 1/5 o blastigau traddodiadol.
Technoleg gweithgynhyrchu a phrosesu deunydd polyetheretherketone
Mecanwaith adweithio polymerization
Defnyddir dull polycondensation amnewid niwcleoffilig, gan ddefnyddio 4,4 '- difluorobenzophenone a sodiwm bisphenol A fel deunyddiau crai. Mae polymerization tymheredd - yn cael ei wneud mewn toddydd sulfone diphenyl o dan gatalysis potasiwm carbonad anhydrus. Sylwch fod yr adwaith hwn yn gofyn am amgylchedd anhydrus a reolir yn llym (cynnwys lleithder <50 ppm). Gall polymerization â chymorth microdon - fyrhau'r amser ymateb o 24 awr yn y dull adlif traddodiadol i 3 awr.
Paramedrau Proses Mowldio Allweddol
Mowldio chwistrelliad:
Tymheredd yr Wyddgrug: 160-190 gradd (i hyrwyddo crisialu)
Tymheredd Toddi: 370-420 gradd (i osgoi dadelfennu thermol)
Pwysedd Chwistrellu: 70-140 MPa (i sicrhau bod strwythurau cymhleth yn llenwi)
Nodyn: Crebachu graddau heb eu llenwi yw 1.2 - 2.4%, tra gellir lleihau graddau carbon-atgyfnerthu ffibr carbon i 0.1-1.1%.
Technoleg Argraffu 3D:
Wrth ddefnyddio FDM, dylid rheoli tymheredd y ffroenell rhwng 360-400 gradd, a'r gwely wedi'i gynhesu a gynhelir ar 120 gradd i leihau warping.
Defnyddio deunydd polyetheretherketone
Awyrofod
Mae system ddraenio cargo Airbus A350 yn defnyddio deunydd cyfansawdd Victrex Peek yn lle aloi alwminiwm, gan leihau pwysau 50%. Mae hefyd yn gwrthsefyll amrywiadau tymheredd eithafol o - 50 gradd i 120 gradd ac wedi pasio 100,000 o brofion blinder beiciau. Mae ei fwg isel a'i wenwyndra isel (SDR sy'n llai na neu'n hafal i 15) yn cwrdd ymhell 25.853 safonau amddiffyn rhag tân, gan ei wneud y deunydd a ffefrir ar gyfer tu mewn awyrennau teithwyr y genhedlaeth nesaf.
Meddygol
Orthopaedeg:
Mae modwlws elastig ffibr carbon - cewyll ymasiad rhyng-bersonol wedi'i atgyfnerthu (8-12 GPa) yn cyd-fynd yn agos ag asgwrn cortical dynol (10-30 GPa), gan leihau cysgodi straen i bob pwrpas. Mae FDA yr UD wedi ei gymeradwyo i'w ddefnyddio mewn dros 20 math o fewnblaniadau, gan gynnwys y rhai yn asgwrn cefn ceg y groth a meingefnol.
Offerynnau electrosurgical:
Mae powdr Peek Ketaspire® Solvay yn cael ei chwistrellu ar wyneb canwla metel, gan gyflawni trwch cotio o ddim ond 0.0645mm. Mae'n gwrthsefyll folteddau sy'n fwy na 10kV a 1,000 cylch o sterileiddio ethylen ocsid. Mae eisoes yn cael ei ddefnyddio mewn cydrannau craidd y robot llawfeddygol da vinci.
Cydrannau peiriannau prosesu bwyd
Mae Polyetheretherketone (PEEK) yn ddeunydd sy'n gwrthsefyll glanhau a diheintio (heb ryddhau unrhyw sylweddau niweidiol), yn arddangos mudo arwyneb isel ac ymwrthedd crafiad, ac mae'n cydymffurfio â safonau cyswllt bwyd. Mae cymwysiadau nodweddiadol yn cynnwys creiddiau falf mewn llinellau cynhyrchu llaeth, cysylltiadau gwregysau cludo mewn offer becws, a fframiau cymorth hidlo mewn gweisg sudd.
Bushings, Bearings, Morloi a Modrwyau Cefnogi
Mae Polyetheretherketone (PEEK) yn disodli plastigau metel a thraddodiadol mewn rhannau symudol diolch i'w fanteision cyfun ffrithiant isel, capasiti llwyth uchel, ac ymwrthedd cyrydiad.
Bushings a Bearings: Mae gan ffibr carbon - PEEK wedi'i atgyfnerthu gyfernod ffrithiant mor isel â 0.15 (amodau ffrithiant sych), 40% yn is na chyfeiriadau efydd. Ar lwyth o 10 MPa ac amgylchedd o 150 gradd, dim ond 0.001 mm³/(n · m) yw ei gyfradd gwisgo, gan ei gwneud yn addas ar gyfer bushings pwmp cemegol a chyfeiriadau trosglwyddo modurol.
Modrwyau morloi a chefnogaeth: Yn amgylchedd asidig echdynnu olew crai (sy'n cynnwys H₂s a Co₂), mae cylchoedd PEEK V - yn cynnig bywyd selio 10 gwaith yn fwy na rwber nitrile. Cyflogodd gwneuthurwr offer hydrolig fodrwyau cymorth PEEK i oresgyn problem methiant ymgripiol cylchoedd PTFE traddodiadol ar bwysau 30 MPa, gan ymestyn eu hoes gwasanaeth o 3,000 awr i 15,000 awr.
Cymhariaeth rhwng deunydd polyetheretherketone a deunyddiau tebyg
| Dangosydd Perfformiad | Mheek | Ptfe | Pei | DP |
|---|---|---|---|---|
| Tymheredd gwasanaeth tymor hir - | 260 gradd | 250 gradd | 210 gradd | 300 gradd |
| Cryfder tynnol | 90-100 MPa | 25-35 MPa | 100-110 MPa | 80-100 MPa |
| Cyfernod ffrithiant | 0.35-0.45 | 0.03-0.05 | 0.25-0.35 | 0.2-0.3 |
| Cryfder dielectrig | 50 kv/mm | 50-150 kV/mm | 30-40 kV/mm | 20-30 kV/mm |
| Cost Prosesu | Hynod o Uchel | Cymedrola ’ | Cymedrola ’ | Hynod o Uchel |
Dewis a Argymhellir:
Ar gyfer tymheredd - uchel a chymwysiadau pwysau - uchel: mae peek (gwrthiant gwres a hydrolysis) yn cael ei ffafrio.
Ar gyfer Ultra - gofynion ffrithiant isel: mae'n well gan PTFE, ond mae'r cryfder yn cael ei gyfaddawdu.
Ar gyfer inswleiddio amledd uchel -: mae PEI yn cynnig opsiwn effeithiol mwy cost -, ond mae ei wrthwynebiad tymheredd yn gyfyngedig.
Cwestiynau Cyffredin
C: A ellir ailgylchu peek?
A: Ar hyn o bryd, mae'r gyfradd ailgylchu yn llai na 10%, yn bennaf oherwydd y defnydd o ynni uchel o brosesu tymheredd - uchel a diraddiad o 30% yn eiddo'r deunydd wedi'i ailgylchu. Mae Victrex yn datblygu technoleg ailgylchu dolen - sy'n defnyddio depolymerization hylif supercritical i gynyddu'r gyfradd ailgylchu i 85%.
C: Sut mae peek yn cael ei fondio â metel?
A: Gellir defnyddio angorau cemegol (fel glud epocsi 3M DP460) neu fewnosodiadau corfforol (mewnosodiadau metel wedi'u mowldio). Mae gwneuthurwr modurol yn defnyddio uned piston peek gydag ymyrraeth yn ffitio mewn silindr aloi alwminiwm, sydd wedi gweithredu ar 200 gradd am 10,000 awr heb lacio.
C: Beth yw cyfyngiadau cipolwg yn y diwydiant lled -ddargludyddion?
A: Although it can achieve 99.999% purity, particle release (>Rhaid rheoli 0.1μm) i<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.
C: A yw Peek yn addas ar gyfer defnydd hir - Tymor yn yr awyr agored?
A: Mae gan PEEK pur wrthwynebiad UV ar gyfartaledd a gall ddioddef o sialc arwyneb (tua 10% o ddiraddiad dros 5 mlynedd) ar ôl dod i gysylltiad hir â golau haul. Fodd bynnag, gall ychwanegu amsugyddion carbon du neu UV wella ymwrthedd y tywydd 3 - 5 gwaith, gan ei wneud yn addas ar gyfer cysylltwyr tymheredd - uchel mewn gweithfeydd pŵer ffotofoltäig a switshys foltedd uchel awyr agored.
C: A ellir weldio peek? Beth yw rhai dulliau weldio cyffredin?
A: Oes, gellir ei weldio. Ymhlith y dulliau cyffredin mae: ① Weldio plât poeth (sy'n addas ar gyfer cydrannau gwastad, gyda chryfder weldio yn cyrraedd 80% o'r rhiant -ddeunydd); ② weldio laser (gyda chywirdeb hyd at 0.1mm, yn addas ar gyfer gwythiennau di -haint mewn dyfeisiau meddygol); a ③ Weldio Ultrasonic (effeithlon iawn, a ddefnyddir ar gyfer pecynnu cydrannau electronig). Rhaid rheoli'r tymheredd weldio rhwng 343-380 gradd (uwchlaw'r pwynt toddi ond yn is na'r tymheredd dadelfennu).
C: Beth yw'r gwahaniaeth rhwng bwyd - PEEK gradd a PEEK safonol?
A: Bwyd - Rhaid i PEEK gradd basio profion mudo llym (megis Cyfarwyddeb yr UE 10/2011, sy'n nodi terfyn mudo llawn o <10mg/dm²). Gwaherddir catalyddion metel trwm yn ystod y cynhyrchiad, ac mae'r purdeb yn uwch (cynnwys lludw <0.01%). Efallai na fydd Peek cyffredin yn addas ar gyfer cymwysiadau cyswllt bwyd oherwydd ychwanegion gweddilliol.
C: A fydd perfformiad deunydd PEEK wedi'i ailgylchu yn diraddio?
A: Bydd cryfder tynnol PEEK wedi'i ailgylchu yn gostwng 15 - 20%, a'i grisialogrwydd o 5 - 8%, yn bennaf oherwydd toriad cadwyn foleciwlaidd a achosir gan brosesu trwm ar dymheredd uchel. Ar hyn o bryd, dim ond mewn rhannau strwythurol nad ydynt yn feirniadol y defnyddir deunydd wedi'i ailgylchu (megis gorchuddion amddiffynnol a cromfachau). Mae angen deunydd gwyryf ar gymwysiadau pen uchel (fel meddygol a hedfan).