Как выбрать подходящий сорт полиэфирэфиркетона (PEEK)

Полиэфирэфиркетон (PEEK) — высокотемпературный полимер, известный своими выдающимися механическими, термическими и химическими свойствами. Он широко используется в аэрокосмической, автомобильной, медицинской и электронной промышленности.

Но чем PEEK отличается от других высокоэффективных пластмасс? Почему инженеры выбирают PEEK вместо альтернативных материалов?

В этом руководстве мы объясним, как производится PEEK и какова его молекулярная структура, а также поможем вам выбрать идеальный сорт PEEK для ваших задач.

Что такое пластик PEEK?

PEEK относится к семейству полиарилетеркетонов (PAEK), в которое входят PEK, PEEK, PEEKK, PEKK и PEKEKK. Среди них PEEK является наиболее широко используемым и производимым в больших масштабах.

Сокращение ПИК раскрывает свою химическую основу:

• Поли: много повторяющихся звеньев (полимер)
• Эфир: кислородная связь в цепи
• Эфир: еще одна кислородная связь
• Кетоны: связь карбонильной группы (C=O)

Именно такая особая структура придает PEEK его исключительные свойства. С момента начала коммерциализации в начале 1980-х годов компанией Imperial Chemical Industries (ICI, ныне входящей в состав Victrex PLC) PEEK полностью пригоден для вторичной переработки.

Сравнение характеристик с другими высокотемпературными полимерами

Физические свойства

• Полукристаллический высокоэффективный конструкционный термопластик
• Превосходная устойчивость к жидкостям и усталости.
• Нерастворим в обычных растворителях и устойчив к гидролизу.
• Выдерживает воздействие пара или воды под высоким давлением в течение 1000 часов без ухудшения характеристик.
• Высокая стабильность размеров, присущая чистота и биосовместимость.

Механические свойства

• Превосходная прочность на растяжение, ударная вязкость и сопротивление ползучести.
• Сбалансированные характеристики изгиба и растяжения для применения в условиях высоких нагрузок и высоких температур.
• Сохраняет модуль упругости при изгибе при очень высоких температурах.
• Легкие компоненты, подходящие для работы в суровых условиях.

Тепловые свойства

• Высокая температура плавления (Tm): 343 °C
• Высокая температура стеклования (Tg): 143 °C
• Температура непрерывного использования: до 260°C

Электрические свойства

• Высокое объемное и поверхностное сопротивление
• Превосходные теплоизоляционные характеристики в широком диапазоне температур.

Воспламеняемость

• Класс огнестойкости V0 при толщине 1,45 мм
• Ограничивающий кислородный индекс (LOI): 35%
• Низкий уровень выбросов дыма и токсичных газов.

Армированные материалы

• Стекловолокно или углеродное волокно улучшают модуль упругости при изгибе, сопротивление ползучести, теплопроводность и температуру тепловой деформации.
• Углеродсодержащий армированный полиэфиркетон (PEEK) сохраняет свои характеристики при температуре 299°C, достигая предела прочности на растяжение до 29 000 фунтов на квадратный дюйм (~200 МПа).

PEEK против других высокотемпературных полимеров

• Фторполимеры: Полиэфирэфиркетон (PEEK) превосходит другие материалы по прочности на разрыв, температуре тепловой деформации, рабочей температуре, адгезии, технологичности и выбросам токсичных газов; однако несколько уступает им по химической стойкости, стоимости, ударной вязкости и устойчивости к УФ-излучению.
• Полифениленсульфид (ППС): Полиэфирэфиркетон (PEEK) обладает превосходной термостойкостью, прочностью и способностью к контролю образования конденсата.
• Полиэфирсульфон (PES): PEEK обеспечивает лучшие температурные характеристики, износостойкость, химическую стойкость и устойчивость к усталости.

Полиэфирэфиркетон (PEEK) обычно не смешивают с другими полимерами, но он может образовывать смешиваемые смеси с другими полиэфирэфиркетонами (PAEK) и полиэтеримидами (PEI).

• Смеси PEEK/PEI: более высокий уровень Тг
• Сочетания с PES и PPS: высокая совместимость

Ограничения применения PEEK

• Высокая стоимость – лучший вариант для высокопроизводительных приложений.
• Требуется высокотемпературная обработка.
• Уязвим к воздействию концентрированных серной, азотной и хромовой кислот.
• Чувствителен к галогенам и натрию.
• Низкая устойчивость к УФ-излучению

Применение полиэфирэфиркетона (PEEK)

Полиэфирэфиркетон (PEEK) используется в аэрокосмической, автомобильной, электротехнической, медицинской, химической и машиностроительной отраслях. Типичные компоненты включают подшипники, детали поршней, насосы, колонки для ВЭЖХ, клапаны компрессоров и изоляцию кабелей.

Автомобильная промышленность

• Легкая, шумопоглощающая и функционально интегрированная альтернатива металлам.
• Превосходное взаимодействие с сухой и смазанной поверхностями, механические характеристики, устойчивость к усталости.
• Области применения: уплотнения поршневых узлов, прокладки, подшипники и движущиеся части в трансмиссиях, тормозных системах и системах кондиционирования воздуха.

Аэрокосмическая отрасль

• Замена алюминия и других металлов
• Крупные высокоточные детали можно эффективно формовать без сборки.
• Приложения:
  • Компоненты двигателя: выдерживают высокие температуры и трение.
  • Внешние части: устойчивость к эрозии под воздействием дождя.
  • Внутренние компоненты: огнестойкость, низкое дымообразование/токсичность.
  • Электрические системы: защита проводов и волокон

Медицина и здравоохранение

• Высокая износостойкость, термостойкость, химическая стойкость и электроизоляция.
• Области применения: стоматологические инструменты, эндоскопы, оборудование для диализа.
• Примеры:
  • Рукоятки для стоматологических шприцев и стерильные коробки заменяют алюминиевые.
  • Выдерживает до 3000 циклов стерилизации под высоким давлением при температуре около 134 °C.
  • Сохраняет механическую прочность и гидролитическую стабильность.
  • Улучшенная биосовместимость имплантатов

Электротехника и электроника

• Превосходный изолятор, обеспечивающий высокую надежность при изменении температуры, давления и частоты.
• Минимизирует загрязнение при обработке кремниевых пластин.
• Приложения:
  • Коаксиальные разъемы
  • Поверхностно-монтируемые микрорегулируемые потенциометры (SMD)
  • Изоляторы для подводного оборудования для контроля микроклимата

Другие ключевые рынки

• Превосходит металлы в компонентах промышленного, химического и перерабатывающего назначения.
• Полиэфирэфиркетон (PEEK), одобренный FDA, для применения в контакте с пищевыми продуктами.
• Примеры:
  • Замена рабочих колес из нержавеющей стали в регенеративных насосах
  • Соединители для труб и шлангов, рассчитанные на давление до 25 000 фунтов на квадратный дюйм и температуру до 260 °C.