Полиэтерэтеркетон (PEEK): руководство по высокопроизводительным применениям

PEEK был впервые разработан в 1978 году — относительно недавно по меркам производства — как высокотемпературно устойчивый материал для изоляции кабелей. За последние 50 лет PEEK превратился в один из наиболее широко используемых материалов для высокопроизводительных применений.

Фактически, PEEK — один из наиболее часто производимых полиарилетеркетонов (PAEK) для крупносерийных производств. Чтобы максимально использовать этот универсальный и адаптивный материал, инженерам и командам продуктов следует ознакомиться со свойствами, характеристиками и ограничениями PEEK.

Что такое PEEK?

PEEK — полимер, создаваемый ступенчатой полимеризацией, при которой полимерная цепь удваивается на каждом шаге. Этот материал обладает невероятным электрическим сопротивлением наряду с теплостойкостью, износостойкостью и усталостной прочностью. PEEK также устойчив к ползучести, то есть сохраняет форму в агрессивных средах, высоких температурах и под механическими нагрузками. Наряду с прочностью, PEEK легок и легко обрабатывается.

Поскольку PEEK физически легок, но высоко устоен к коррозионным веществам, он отлично подходит для различных производственных методов. PEEK можно обрабатывать литьем под давлением или аддитивным производством, где его высокая температура плавления позволяет более быстрые скорости подачи. PEEK также можно обрабатывать ЧПУ-обработкой. Для всех методов PEEK обеспечивает повторяемость и точность компонент к компоненту и может производить детали с тесными допусками.

Чистый, незаполненный PEEK довольно долговечен сам по себе, но PEEK часто усиливается углеродными или стекловолоконными волокнами, чтобы стать менее хрупким. Стекло-наполненный PEEK предлагает большую жесткость, чем незаполненный, и часто используется в нефтегазовой отрасли для защиты от негативных реакций на пар, химикаты и высокие температуры.

Недостаток стекло-наполненного PEEK — его склонность изнашивать сопряженные детали. Углерод-наполненный PEEK имеет увеличенную прочность на сжатие, что драматически снижает его коэффициент расширения и поддерживает лучшую износостойкость и несущую способность. Углерод-наполненный PEEK также имеет более высокую теплопроводность, увеличивая срок службы и производительность детали.

Свойства и механические характеристики PEEK

PEEK был разработан как высокотемпературно устойчивый пластик и плавится только при экстремально высокой температуре. PEEK также выделяет очень мало дыма и токсичных газов при воздействии огня, снижая опасность при работе с пламенем или экстремальным теплом. Это делает PEEK отличным выбором для производственных методов, требующих нагревания и плавления, как литье под давлением.

Некоторые другие механические спецификации для чистого, незаполненного PEEK включают:

Прочность на растяжение: 14 000 psi
Модуль упругости на растяжение: 590 000 psi
Впитывание воды: 0,50% за 24 часа
Температура плавления: 343 °C (почти 650 °F)
Класс горючести UL 94 V-0: (толщина 0,059 дюйма)

PEEK также высоко химически стойок и абразивностойок, и может сохранять форму при непрерывном воздействии горячей воды или пара. PEEK также устоен к биодеградации и может выживать в экстремальных природных условиях, как интенсивные среды и температуры.

Ключевые соображения для производства с PEEK

PEEK — очень адаптивный материал, но есть несколько инженерных соображений для наилучших результатов. Например, хотя PEEK очень теплостоен, он плохо рассеивает тепло и должен охлаждаться при обработке, чтобы предотвратить поломку или деформацию. Это можно достичь стандартными жидкостными охлаждающими жидкостями, но это может повлиять на биосовместимость. В случаях, когда изделия из PEEK требуют прямого контакта с человеком, прессованный воздух — лучшая альтернатива для охлаждения PEEK.

Рекомендуемая температура формы 160–190 °C (320–374 °F) при использовании PEEK, так как это поможет минимизировать деформацию и даст оптимальную кристаллизацию. При использовании PEEK для аддитивного производства температура печатающей головки должна быть 360–400 °C (680–752 °F) с нагретой платформой 120 °C (248 °F).

Другие соображения включают:

Меньшее удлинение: Поскольку PEEK имеет меньшее удлинение, чем другие пластики, он может трескаться при глубоком сверлении. Специальная обработка часто требуется для минимизации тепловых трещин и других внутренних напряжений.

Склонность к трещинам: Отжиг также необходим при использовании PEEK. Этот процесс помогает снизить вероятность напряженных поверхностных трещин и деформаций, к которым PEEK склонен при обработке. В зависимости от объема обработки PEEK, может потребоваться несколько стадий отжига.
Выбор инструмента: Часто PEEK можно обрабатывать режущими инструментами из карбида кремния. Алмазные инструменты могут потребоваться при использовании углерод-наполненного PEEK или при попытке достичь тесных допусков. Также убедитесь, что ваши режущие инструменты не использовались ранее на металлах, чтобы избежать загрязнения.

Почему выбирают PEEK?

PEEK может быть расплавлен без создания коррозионных газов, что делает его крайне безопасным и эффективным для использования с литьем под давлением и аддитивным производством. Высокая температура плавления PEEK также открывает возможности для ЧПУ-обработки, так как быстро движущиеся инструменты могут резать PEEK без плавления.

Производство PEEK любым из этих методов дает хорошую механическую производительность и согласованность между деталями. PEEK также поддерживает сложные дизайны и геометрии с аддитивным производством — фактически, PEEK предлагает значительно более высокую прочность на растяжение и модуль упругости, чем полиэтерсульфон (PES), основной конкурент-материал.

PEEK более теплостоен, чем PES и полифениленсульфид (PPS), другой материал, который команды часто заменяют на PEEK. В то время как PES можно использовать до 220 °C, а PPS выдерживает непрерывное использование до 250 °C, PEEK даже не начинает плавиться при этих температурах. PEEK предлагает аналогичную водную и химическую стойкость, как PPS, но с повышенным температурным контролем, что приводит к полному превосходству в высокотемпературных применениях.

Начало работы с PEEK

PEEK — относительно новый полимер, предлагающий невероятную теплостойкость, электрическое сопротивление и коррозионную стойкость. Наряду с долговечностью, PEEK легок и невероятно технологичен, позволяя точным и согласованным производственным циклам даже при тесных допусках. Командам продуктов нужно провести собственное исследование, чтобы определить, подходит ли PEEK для конкретной детали, но принятие таких решений намного проще с помощью надежного производителя.

В Fast Radius мы преданы помощи в достижении ваших производственных целей. Наша экспертная производственная команда имеет опыт с широким спектром типов материалов и производственных методов. Если вы считаете, что PEEK — правильный материал для вашего предстоящего проекта, мы проведем вас через весь производственный процесс от выбора материала до запуска. Свяжитесь с нами сегодня.

Загляните в центр ресурсов Fast Radius, чтобы получить больше страниц «Знай свои материалы», включая сравнение материалов.