پیشرفت کاربرد پلاستیک های مهندسی ویژه پلی اتر اتر کتون (PEEK)

کتون پلی اتر اتر (PEEK) برای اولین بار توسط Imperial Chemical (ICI) در سال 1977 توسعه یافت و در سال 1982 به طور رسمی به عنوان VICTREX®PEEK فروخته شد. در سال 1993، VICTREX کارخانه تولید ICI را خریداری کرد و به یک شرکت مستقل تبدیل شد. Weigas دارای گسترده ترین طیف محصولات پلی (اتر کتون) در بازار است که ظرفیت فعلی آن 4250 تن در سال است. علاوه بر این، سومین کارخانه پلی (اتر کتون) VICTREX® با ظرفیت سالانه 2900 تن در اوایل سال 2015 با ظرفیت بیش از 7000 تن در ساعت راه اندازی خواهد شد.

Ⅰ. مقدمه ای بر عملکرد 

PEEK به عنوان مهم ترین محصول پلی (آریل اتر کتون، ساختار مولکولی ویژه آن به پلیمر مقاومت در برابر دمای بالا، عملکرد مکانیکی خوب، خود روانکاری، پردازش آسان، مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی، بازدارنده شعله، مقاومت در برابر سلب، مقاومت در برابر تشعشع، پایداری عایق، می دهد. مقاومت در برابر هیدرولیز و پردازش آسان، مانند عملکرد عالی، اکنون به عنوان بهترین پلاستیک مهندسی گرمانرم شناخته می شود. 

1 مقاومت در برابر دمای بالا

پلیمرها و مخلوط‌های VICTREX PEEK معمولاً دمای انتقال شیشه‌ای 143 درجه سانتی‌گراد، نقطه ذوب 343 درجه سانتی‌گراد، دمای دناتوره شدن حرارتی تا 335 درجه سانتی‌گراد (ISO75Af، پر از فیبر کربن) و دمای سرویس مداوم 260 درجه دارند. C (UL746B، بدون پر کردن). 

2. مقاومت در برابر سایش

مواد پلیمری VICTREX PEEK مقاومت عالی در برابر اصطکاک و سایش، به ویژه در درجه های اصطکاک اصلاح شده مقاوم در برابر سایش، در طیف وسیعی از فشارها، سرعت ها، دماها و زبری سطح تماس را ارائه می دهند. 

3. مقاومت شیمیایی

VICTREX PEEK مشابه فولاد نیکل است و در اکثر محیط های شیمیایی حتی در دماهای بالا مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی ایجاد می کند.

4. آتش دود سبک و غیر سمی

مواد پلیمری VICTREX PEEK بسیار پایدار است، نمونه 1.5 میلی متری، درجه ul94-V0 بدون بازدارنده شعله. ترکیب و خلوص ذاتی این ماده باعث می شود در صورت آتش سوزی دود و گاز بسیار کمی تولید کند.

5. مقاومت در برابر هیدرولیز

پلیمرها و مخلوط های VICTREX PEEK در برابر حمله شیمیایی توسط آب یا بخار فشار قوی مقاوم هستند. قطعات ساخته شده از این ماده در صورت استفاده مداوم در آب در دما و فشار بالا می توانند سطوح بالایی از خواص مکانیکی را حفظ کنند.

6. خواص الکتریکی عالی

VICTREX PEEK عملکرد الکتریکی عالی را در طیف وسیعی از فرکانس ها و دماها ارائه می دهد.

علاوه بر این، مواد پلیمری VICTREX PEEK همچنین دارای خلوص بالا، حفاظت از محیط زیست، پردازش آسان و سایر مشخصات است.

Ⅱ. تحقیق در مورد وضعیت تولید

از زمان توسعه موفقیت آمیز PEEK، با عملکرد عالی خود، به طور گسترده مورد علاقه مردم قرار گرفت و به سرعت به یک مرکز تحقیقاتی جدید تبدیل شد. یک سری اصلاحات شیمیایی و فیزیکی و بهبود PEEK زمینه کاربرد PEEK را بیشتر گسترش داده است.

1. اصلاح شیمیایی

اصلاح شیمیایی عبارت است از تغییر ساختار مولکولی و نظم پلیمر با معرفی گروه های عاملی خاص یا مولکول های کوچک مانند: تغییر نسبت گروه های اتر کتون در زنجیره اصلی یا معرفی گروه های دیگر، اتصال عرضی انشعاب، گروه های زنجیره جانبی، کوپلیمریزاسیون بلوکی. و کوپلیمریزاسیون تصادفی روی زنجیره اصلی برای تغییر خواص حرارتی آن.

VICTREX®HT™ و VICTREX®ST™ به ترتیب PEK و PEKEKK هستند. نسبت E/K VICTREX®HT™ و VICTREX®ST™ برای بهبود مقاومت دمایی بالای پلیمر استفاده می شود.

2. اصلاح فیزیکی

در مقایسه با اصلاح شیمیایی، اصلاح فیزیکی به طور گسترده‌تری در عمل مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله افزایش پر کردن، اصلاح مخلوط و اصلاح سطح.

1) افزایش پد

رایج ترین تقویت کننده پرکننده، تقویت فیبر، از جمله الیاف شیشه، تقویت کننده فیبر کربن و تقویت فیبر آرلن است. نتایج تجربی نشان می‌دهد که الیاف شیشه، فیبر کربن و الیاف آرامید میل خوبی با PEEK دارند، بنابراین اغلب به عنوان پرکننده برای افزایش PEEK، ساخت مواد کامپوزیتی با کارایی بالا و بهبود استحکام و دمای کارکرد رزین PEEK انتخاب می‌شوند. Hmf-grades یک کامپوزیت جدید پر شده از فیبر کربن از VICTREX است که مقاومت در برابر خستگی، ماشین کاری و خواص مکانیکی عالی را در مقایسه با سری VICTREX PEEK با فیبر کربن با استحکام بالا ارائه می دهد.

به منظور کاهش اصطکاک و سایش، PTFE، گرافیت و سایر ذرات کوچک اغلب برای بهبود تقویت اضافه می شوند. درجه های سایش به طور ویژه توسط VICTREX برای استفاده در محیط های با سایش بالا مانند یاتاقان ها اصلاح و تقویت شده اند.

2) اصلاح ترکیبی

PEEK با مواد پلیمری آلی با دمای انتقال شیشه ای بالا ترکیب می شود که نه تنها می تواند خواص حرارتی کامپوزیت ها را بهبود بخشد و هزینه تولید را کاهش دهد، بلکه تأثیر زیادی بر خواص مکانیکی دارد.

VICTREX®MAX-Series™ ترکیبی از مواد پلیمری VICTREX PEEK و رزین پلی آمید ترموپلاستیک (TPI) معتبر EXTEM®UH بر پایه پلاستیک های نوآورانه SABIC است. مواد پلیمری با عملکرد بالا MAX Series™ با مقاومت حرارتی عالی برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برای مواد پلیمری PEEK مقاوم در برابر دمای بالا طراحی شده‌اند.

سری VICTREX® T یک ترکیب اختراع شده بر اساس مواد پلیمری VICTREX PEEK و Celazole® polybenzimidazole (PBI) است. این می تواند ذوب شود و می تواند استحکام عالی، مقاومت در برابر سایش، سختی، خزش و خواص حرارتی مورد نیاز را در شرایط دمایی بالا برآورده کند.

3) اصلاح سطح

تحقیقات VICTREX، که با همکاری Wacker، تولید کننده پیشرو سیلیکون مایع انجام شد، نشان داد که پلیمر VICTREX PEEK قدرت سیلیکون سخت و انعطاف پذیر را با خواص چسبندگی سایر پلاستیک های مهندسی شده ترکیب می کند. جزء PEEK به عنوان درج، پوشش داده شده با لاستیک سیلیکون مایع، یا فناوری قالب گیری تزریقی دو جزء، می تواند چسبندگی عالی به دست آورد. دمای قالب تزریق VICTREX PEEK 180 درجه سانتیگراد است. گرمای نهان آن باعث پخت سریع لاستیک سیلیکون می شود و در نتیجه چرخه کلی تزریق را کاهش می دهد. این مزیت فناوری قالب گیری تزریقی دو جزئی است.

3. دیگری

1) پوشش های VICOTE™

VICTREX یک پوشش مبتنی بر PEEK، VICOTE™ را برای رفع شکاف های عملکردی در بسیاری از فناوری های پوشش امروزی معرفی کرده است. پوشش‌های VICOTE در دمای بالا، مقاومت در برابر سایش، استحکام، دوام و مقاومت در برابر خراش و همچنین طیف گسترده‌ای از مزایای عملکرد بالا برای کاربردهایی که در معرض شرایط شدید مانند دمای بالا، خوردگی شیمیایی و سایش هستند، چه در صنعت، چه در خودرو، فرآوری مواد غذایی، نیمه هادی، الکترونیک یا قطعات دارویی. پوشش‌های VICOTE عمر مفید طولانی‌تر، عملکرد و عملکرد بهبود یافته، کاهش هزینه کلی سیستم و افزایش آزادی طراحی برای دستیابی به تمایز محصول را ارائه می‌کنند.

2) فیلم های APTIV™

فیلم‌های APTIV ترکیبی منحصربه‌فرد از خواص و ویژگی‌های ذاتی پلیمرهای VICTREX PEEK را ارائه می‌دهند و آن‌ها را به یکی از همه‌کاره‌ترین محصولات فیلم با کارایی بالا تبدیل می‌کنند. فیلم های جدید APTIV همه کاره و مناسب برای کاربردهای مختلف هستند، از جمله فیلم های لرزشی برای بلندگوهای تلفن همراه و بلندگوهای مصرف کننده، عایق سیم و کابل و ژاکت های سیم پیچ، مبدل های فشار و دیافراگم های سنسور، سطوح مقاوم در برابر سایش برای محصولات صنعتی و الکترونیکی، زیرلایه های الکتریکی. و نمد عایق هوانوردی.

Ⅲ، فیلد برنامه

PEEK از زمان راه اندازی خود به طور گسترده در زمینه های هوافضا، خودرو، الکترونیک، انرژی، صنعتی، نیمه هادی ها و پزشکی استفاده شده است.

1. هوافضا

هوافضا اولین زمینه کاربردی PEEK است. ویژگی های هوافضا نیازمند پردازش انعطاف پذیر، هزینه پردازش کم و مواد سبک وزن است که بتوانند در برابر محیط های خشن مقاومت کنند. PEEK می تواند جایگزین آلومینیوم و سایر فلزات در قطعات هواپیما شود، زیرا بسیار قوی، از نظر شیمیایی بی اثر و مقاوم در برابر شعله است و به راحتی می توان آن را به قطعاتی با تلرانس بسیار کوچک تبدیل کرد.

در داخل هواپیما موارد موفقی از گیره مهار سیم و گیره لوله، تیغه پروانه، دستگیره درب موتورخانه، فیلم پوشش عایق، بست کامپوزیت، تسمه سیم کشی، دسته سیم، آستین موجدار و غیره وجود داشته است. رادوم خارجی، توپی ارابه فرود پوشش، پوشش منهول، براکت فیرینگ و غیره.

رزین PEEK همچنین می تواند برای ساخت باتری های موشک، پیچ، مهره و قطعات موتورهای موشک استفاده شود.

2. تشک هوشمند

در حال حاضر، صنعت خودرو به طور فزاینده ای نیاز به عملکرد دوگانه وزن خودرو، به حداقل رساندن هزینه و به حداکثر رساندن عملکرد محصول، به ویژه پیگیری مردم برای راحتی و ثبات خودرو، وزن تهویه مطبوع مربوطه، ویندوز برقی، کیسه هوا و تجهیزات سیستم ترمز ABS نیز دارد. افزایش می یابد. از مزایای رزین PEEK مانند عملکرد ترمودینامیکی خوب، مقاومت در برابر اصطکاک، چگالی کم و پردازش آسان، برای ساخت قطعات خودرو استفاده می شود. در حالی که هزینه پردازش تا حد زیادی کاهش می یابد، نه تنها وزن را می توان تا 90٪ کاهش داد، بلکه عمر مفید را نیز می توان برای مدت طولانی تضمین کرد. بنابراین از PEEK به عنوان جایگزین فولاد ضد زنگ و تیتانیوم برای ساخت مواد پوشش داخلی موتور استفاده می شود. ساخت بلبرینگ خودرو، واشر، مهر و موم، حلقه کلاچ و سایر اجزاء، علاوه بر گیربکس، ترمز و سیستم تهویه مطبوع نیز کاربردهای زیادی دارد.

3. الکترونیک

VICTREX PEEK دارای ویژگی های مقاومت در برابر درجه حرارت بالا، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی، فراریت کم، استخراج کم، جذب رطوبت کم، حفاظت از محیط زیست و مقاوم در برابر شعله، پایداری اندازه، پردازش انعطاف پذیر و غیره است. بردهای مدار، چاپگرها، دیودهای ساطع کننده نور، باتری ها، سوئیچ ها، کانکتورها، هارد دیسک و سایر دستگاه های الکترونیکی.

4. صنعت انرژی

انتخاب مواد مناسب اغلب به‌عنوان یکی از عوامل کلیدی برای توسعه موفقیت‌آمیز در صنعت انرژی در نظر گرفته می‌شود و در سال‌های اخیر VICTREX PEEK به منظور بهبود عملکرد عملیاتی و کاهش خطر خرابی مرتبط با خرابی قطعات، به طور فزاینده‌ای در صنعت انرژی محبوب شده است.

VICTREX PEEK به طور فزاینده ای توسط صنعت انرژی برای مقاومت در برابر حرارت بالا، مقاومت در برابر تشعشع، مقاومت در برابر هیدرولیز، خود روانکاری، مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی و عملکرد الکتریکی عالی، مانند خطوط لوله مهار سیم یکپارچه زیر دریا، سیم ها و کابل ها، اتصالات الکتریکی، سنسورهای چاله استفاده می شود. ، یاتاقان ها، بوش ها، چرخ دنده ها، حلقه های پشتیبانی و سایر محصولات. در نفت و گاز، انرژی آبی، زمین گرمایی، نیروی باد، انرژی هسته ای، انرژی خورشیدی استفاده می شود.

فیلم‌های APTIV™ و پوشش‌های VICOTE™ نیز به طور گسترده در صنعت استفاده می‌شوند.

5. دیگر

در صنعت مکانیک، رزین PEEK معمولاً برای ساخت شیرهای کمپرسور، رینگ پیستون، آب بندی و بدنه پمپ های شیمیایی مختلف و قطعات شیر ​​استفاده می شود. استفاده از این رزین به جای فولاد ضد زنگ برای ساخت پروانه پمپ گردابی به وضوح می تواند درجه سایش و سطح صدا را کاهش داده و عمر مفید آن را افزایش دهد. علاوه بر این، کانکتورهای مدرن یکی دیگر از بازارهای بالقوه است زیرا PEEK مشخصات مواد مونتاژ لوله را برآورده می کند و می تواند در دماهای بالا با استفاده از انواع چسب ها متصل شود.

صنعت نیمه هادی به سمت ویفرهای بزرگتر، تراشه های کوچکتر، خطوط باریک تر و اندازه های عرض خط و غیره در حال توسعه است. مواد پلیمری VI CTREx PEEK دارای مزایای آشکاری در تولید ویفر، پردازش جلویی، پردازش و بازرسی، و پردازش پشتی هستند.

در صنعت پزشکی، رزین PEEK می تواند تا 3000 سیکل اتوکلاو در دمای 134 درجه سانتی گراد را تحمل کند، که آن را برای ساخت تجهیزات جراحی و دندانپزشکی با نیاز به استریلیزاسیون بالا که نیاز به استفاده مکرر دارند، مناسب می کند. رزین PEEK می تواند استحکام مکانیکی بالا، مقاومت در برابر تنش خوب و پایداری هیدرولیز را در آب گرم، بخار، حلال ها و معرف های شیمیایی و غیره نشان دهد. می توان از آن برای ساخت انواع دستگاه های پزشکی که نیاز به ضدعفونی با بخار دمای بالا دارند استفاده کرد. PEEK نه تنها دارای مزایای وزن سبک، غیر سمی و مقاومت در برابر خوردگی است، بلکه نزدیک ترین ماده به اسکلت انسان است که می تواند به صورت ارگانیک با بدن ترکیب شود. بنابراین استفاده از رزین PEK برای ساخت اسکلت انسان به جای فلز یکی دیگر از کاربردهای مهم PEEK در زمینه پزشکی است.

Ⅳ، چشم انداز

همراه با توسعه علم و فناوری، مردم بیشتر و بیشتر به مواد مورد نیاز خواهند بود، به خصوص در کمبود انرژی فعلی، نویسندگان کاهش وزن این است که هر شرکتی باید این سوال را در نظر بگیرد، با پلاستیک به جای فولاد روند اجتناب ناپذیر است. از توسعه مواد برای پلاستیک های مهندسی ویژه PEEK تقاضای "جهانی" بیشتر و بیشتر خواهد شد، همچنین زمینه کاربرد بیشتر و گسترده تر خواهد شد.