Il polietere etere chetone (PEEK) è un altro materiale termoplastico ad alte prestazioni che presenta buone caratteristiche meccaniche e di resistenza chimica e termica. Lo stampaggio a iniezione del PEEK è una tecnica di iniezione del materiale PEEK nella forma desiderata ed è di natura altamente tecnica, utilizzata ampiamente nell'industria aerospaziale, nel settore medico, nel settore automobilistico e nel settore elettronico. In questo articolo, le proprietà del materiale PEEK e il suo processo di stampaggio, la progettazione dello stampo, le specifiche dei parametri e i problemi con le relative soluzioni. Stampaggio a iniezione di PEEK saranno descritti.

Proprietà del materiale PEEK

Proprietà meccaniche

Il PEEK ha eccellenti proprietà meccaniche; questo materiale ha un'elevata resistenza, un'alta rigidità e un'eccellente resistenza alla fatica, per cui è adatto a condizioni di carico e stress elevati. La sua resistenza alla trazione è di 90-100 Mpa e la resistenza alla flessione è di 150-200 Mpa. Inoltre, il PEEK ha un basso tasso di usura e un basso coefficiente di attrito, per cui può essere utilizzato in cuscinetti, ingranaggi e guarnizioni in cui è richiesta la resistenza all'usura.

Resistenza chimica

Il PEEK ha un elevato livello di resistenza chimica a una vasta gamma di sostanze chimiche, tra cui i comuni acidi forti, alcali, sali e solventi organici. Questo lo rende molto prezioso nelle apparecchiature chimiche e nei dispositivi medici. Il PEEK non si degrada e non cambia la sua chimica alle alte temperature, quindi resiste a lungo in condizioni difficili e severe.

Proprietà termiche

Con una temperatura di transizione vetrosa di 143°C e un punto di fusione di 343°C, il PEEK può essere utilizzato ininterrottamente a 250°C senza perdere le sue proprietà meccaniche e la stabilità dimensionale. Inoltre, grazie al basso coefficiente di espansione termica, il PEEK mantiene una buona stabilità dimensionale anche quando le condizioni cambiano.

Proprietà elettriche

Una proprietà unica del PEEK è rappresentata dalle sue eccellenti proprietà di isolamento elettrico. Il PEEK ha un'elevata rigidità dielettrica, una bassa costante dielettrica e una bassa perdita dielettrica. Il materiale può essere utilizzato nei settori dell'energia e dell'elettronica. La stabilità termica, l'elevata rigidità dielettrica e la bassa perdita dielettrica ne fanno un materiale ideale per l'isolamento elettrico ad alte prestazioni. È molto adatto all'uso come isolante elettrico ad alte prestazioni in un'ampia gamma di temperature e frequenze operative.

Biocompatibilità

Grazie alla sua elevata biocompatibilità, il PEEK è il materiale preferito per la produzione di dispositivi medici e impianti. Il PEEK può rimanere a lungo nell'ambiente in vivo senza causare reazioni immunitarie o tossiche. L'inerzia biologica e chimica del PEEK gli conferisce proprietà stabili sia in vivo che in vitro, che possono essere utilizzate per produrre impianti ortopedici, materiali per restauri dentali e strumenti chirurgici.

Processo di stampaggio a iniezione del PEEK

Gestione delle materie prime

Non è possibile stampare il materiale plastico PEEK senza prima rimuovere l'umidità dal materiale. La temperatura di essiccazione consigliata è di 150°C per almeno 3 ore, mentre l'umidità relativa deve essere mantenuta al di sotto di 0. 02%. Se non si procede a un'adeguata essiccazione, è possibile che si formino delle bolle nella massa fusa, che influiscono sulle proprietà meccaniche e sulla finitura superficiale del prodotto.

Selezione della macchina per lo stampaggio a iniezione

Il PEEK ha un punto di fusione elevato e un'alta viscosità di fusione, per cui la macchina per lo stampaggio a iniezione deve avere caratteristiche di resistenza alle alte temperature, alta pressione e buone prestazioni di controllo della temperatura. Si raccomanda l'uso di prodotti standard stampaggio a iniezione macchine con un sistema di preplastificazione della massa e di iniezione ad alta pressione. Il cilindro e la vite devono essere realizzati con materiali resistenti alle alte temperature e all'usura, per garantire un funzionamento stabile a lungo termine della macchina di stampaggio a iniezione.

Progettazione di stampi

1. Materiale dello stampo: Il materiale dello stampo deve essere molto resistente e duro e deve essere in grado di sopportare un calore elevato. Alcuni dei materiali per stampi più noti sono l'acciaio per lavorazioni a caldo, l'acciaio H13 e gli acciai inossidabili. La superficie dello stampo deve essere progressivamente indurita e lucidata nel tentativo di aumentare la durata dello stampo e la superficie del prodotto.

2. Design del corridore: Il design del canale di colata deve inoltre facilitare un flusso uniforme della massa fusa nella cavità, senza che la massa fusa tenda a ristagnare in alcune parti mentre altre impiegano più tempo a raffreddarsi. La sezione trasversale del canale può essere circolare o trapezoidale; il diametro del canale viene determinato in base alle dimensioni del prodotto e ai parametri della macchina. Inoltre, elimina la resistenza al flusso del fuso e la caduta di pressione per migliorare l'uniformità del riempimento del design del canale.

3. Design dello sfiato: Un buon sistema di sfiato è essenziale per evitare che i gas e i volatili presenti nella massa fusa rimangano intrappolati nella cavità dello stampo, causando la formazione di irregolarità superficiali e, di conseguenza, scarse prestazioni del prodotto. Gli sfiati del fluido devono essere posizionati alla fine del canale di colata o in aree soggette ad accumulo di gas, con una profondità di scarico normalmente compresa tra 0,02 e 0,04 mm. Una buona progettazione degli sfiati aiuta anche a ridurre al minimo difetti quali bolle e la presenza di striature argentate.

Parametri del processo di stampaggio a iniezione

1. Temperatura di iniezione: La temperatura di fusione dei materiali PEEK è relativamente elevata e la temperatura di iniezione consigliata è di 350-400℃. Una temperatura troppo bassa causerà un flusso di fusione insufficiente e un riempimento incompleto, mentre una temperatura troppo alta causerà la degradazione del materiale. Si consiglia di controllare la temperatura di iniezione in base allo spessore del prodotto (pareti spesse o sottili) o alla sua forma.

2. Temperatura dello stampo: La temperatura dello stampo influisce notevolmente sulla cristallinità del prodotto e sulla finitura superficiale del pezzo. La temperatura di stampo consigliata è di 160-200°C, a seconda dello spessore e della forma del prodotto. Quando la temperatura dello stampo è bassa, la finitura superficiale è scarsa e la struttura interna della colata è poco sviluppata. Quando le temperature sono elevate, si verificano deformazioni, soprattutto deformazioni, e uno scarso controllo dimensionale.

3. Pressione di iniezione: Il polimero PEEK ha una pressione di iniezione relativamente alta per lo stampaggio, la pressione migliore consigliata è 100-150MPa. Una pressione inferiore può causare problemi come il riempimento insufficiente e la qualità della superficie, mentre una pressione maggiore può causare problemi come il danneggiamento dello stampo e la deformazione del prodotto. Per quanto riguarda i parametri dipendenti, la pressione di iniezione deve essere modificata in base al flusso di fusione e al design dello stampo.

4. Pressione e tempo di mantenimento: La pressione di mantenimento dovrebbe essere leggermente inferiore alla pressione di iniezione, circa 80-100MPa, mentre il tempo di mantenimento dipende dallo spessore degli articoli e dalla forma, circa 30-60 secondi. Ciò significa che la pressione e il tempo influiscono sulla struttura interna e sulla qualità della superficie del prodotto e la scelta corretta di questi parametri richiede una certa sperimentazione.

5. Tempo di raffreddamento: Il tempo di raffreddamento ha un impatto diretto sulla natura e sulle dimensioni complessive dei cristalli del prodotto. Il tempo di raffreddamento previsto è compreso tra 2 e 5 minuti, a seconda del tipo di prodotto, del suo spessore e della temperatura degli stampi. Un tempo di raffreddamento breve provoca stress e deformazioni interne, mentre un tempo di raffreddamento lungo influisce sull'efficienza della produzione.

Ottimizzazione del processo

1. Analisi del flusso dello stampo: L'analisi del flusso dello stampo è uno dei processi più importanti durante lo stampaggio a iniezione, in cui è possibile simulare il flusso della massa fusa all'interno della cavità dello stampo e prevedere alcuni tipi di difetti, nonché ottimizzare alcuni parametri del processo. Conducendo l'analisi del flusso dello stampo, è possibile ottimizzare il design del canale, la posizione del gate e i parametri di iniezione per migliorare la qualità del prodotto e l'efficienza della produzione.

2. Disegno sperimentale: La progettazione sperimentale è un metodo sistematico per studiare e ottimizzare il processo di stampaggio a iniezione. Questo metodo può anche determinare gli effetti di altri parametri di processo sulla qualità del prodotto e determinare la migliore combinazione di parametri. Diversi metodi di progettazione sperimentale comuni sono gli esperimenti fattoriali completi, gli esperimenti fattoriali parziali e l'analisi della superficie di risposta.

3. Miglioramento continuo: La realizzazione della soluzione ottimale nello stampaggio a iniezione dipende dall'ottimizzazione continua del processo di stampaggio. processo di stampaggio a iniezione. Il monitoraggio e l'analisi regolari dei dati nel processo di produzione per determinare la correlazione tra la qualità del prodotto e i parametri del processo, e la conseguente regolazione e miglioramento del processo, possono migliorare la qualità del prodotto e l'efficienza della produzione.

Problemi e soluzioni comuni nello stampaggio a iniezione del PEEK

Riempimento incompleto

Il riempimento insufficiente è un problema comune in Stampaggio a iniezione di PEEK. Il problema è causato dalla bassa temperatura di iniezione, dalla pressione o dalla temperatura dello stampo, con conseguente presenza di PEEK non riempito nello stampo o nella macchina di stampaggio a iniezione. Le soluzioni possono includere l'aumento della temperatura di iniezione, della pressione di iniezione, della temperatura dello stampo e del sistema di canali. Inoltre, anche le porte sono un fattore importante. Maggiore è il numero di gate e migliori sono le variazioni di posizione del gate, migliore è l'effetto di riempimento.

Difetti di superficie

La combustione in superficie e la formazione di fenomeni quali striature argentate, bolle, ecc. sono associati a gas e volatili presenti nella massa fusa. Le possibili cause sono da ricercare nell'essiccazione della materia prima, negli sfiati, nella velocità di iniezione, nella pressione e nella temperatura dello stampo. Grazie a una corretta progettazione degli sfiati dello stampo e a buoni parametri utilizzati nel processo di iniezione, i difetti superficiali possono essere facilmente ridotti al minimo.

Prodotto Warpage

Le cause più comuni della deformazione del prodotto sono un raffreddamento non uniforme del materiale e un mantenimento della pressione non corretto. Le soluzioni comprendono un raffreddamento uniforme, l'ottimizzazione dei parametri di mantenimento della pressione, una progettazione ragionevole del sistema di raffreddamento dello stampo e l'ottimizzazione della struttura del prodotto. Un tempo e una velocità di raffreddamento adeguati possono ridurre le sollecitazioni interne e le deformazioni.

Difetti interni

I problemi, tra cui vuoti, linee di saldatura e delaminazione, che si verificano all'interno del materiale sono per lo più dovuti a un flusso insufficiente della massa fusa e a un raffreddamento differenziale. Le soluzioni proposte sono: migliorare la progettazione dello stampo, la temperatura di iniezione, la pressione di iniezione e i parametri di mantenimento, rispettivamente. È emerso che l'analisi del flusso dello stampo e l'ottimizzazione degli esperimenti possono ridurre notevolmente i difetti interni e migliorare le proprietà meccaniche e l'affidabilità.

Precisione dimensionale

L'accuratezza dimensionale è influenzata da una progettazione impropria dello stampo e dall'instabilità dei parametri tecnologici del processo di iniezione. I probabili rimedi sono: l'ottimizzazione dello stampo, la titolazione delle condizioni di iniezione e l'applicazione di attrezzature di iniezione ad alta precisione. Le idee della progettazione sperimentale e, più in particolare, il miglioramento continuo dei processi produttivi consentono di migliorare l'accuratezza e l'uniformità delle dimensioni del prodotto.

Controllo qualità

Controllo qualità delle materie prime

Nell'approvvigionamento delle materie prime PEEK, è necessario scegliere materie prime di alta qualità, in modo che l'umidità o le impurità durante il processo di utilizzo non influiscano sulle prestazioni del prodotto. L'analisi della composizione delle materie prime e il test delle proprietà fisiche delle materie prime sono la garanzia della qualità e dell'uniformità delle materie prime.

Controllo di qualità del processo

L'utilizzo di macchine e stampi avanzati per lo stampaggio a iniezione e il controllo rigoroso dei parametri del processo di iniezione garantiscono la coerenza e la stabilità del prodotto. I sistemi di monitoraggio e raccolta dati online possono essere utilizzati per misurare la temperatura, la pressione, il tempo e altri aspetti durante il processo di produzione e qualsiasi problema viene corretto immediatamente.

Ispezione della qualità dei prodotti

Ispezione delle caratteristiche meccaniche mediante prove di trazione, flessione e impatto e osservazione della microstruttura e della finitura superficiale mediante microscopi ottici e SEM. L'esecuzione di controlli di qualità approfonditi garantisce la qualità e la durata del prodotto.

Sistema di gestione della qualità

L'istituzione e l'implementazione di ISO 9001 e ISO 13485 come sistema di gestione della qualità possono garantire e monitorare la qualità del processo di stampaggio a iniezione attraverso una gestione efficace.

Applicazioni dello stampaggio a iniezione di PEEK

Aerospaziale

Il PEEK ha una moltitudine di impieghi nelle applicazioni aerospaziali, dove viene applicato per la fabbricazione di elementi e sottoinsiemi leggeri e ad alta resistenza per sovrastrutture, sedili, accessori elettronici, coperture e alloggiamenti, tra gli altri. Il PEEK non si degrada alle alte temperature, è resistente agli agenti chimici e ha proprietà meccaniche superiori che lo rendono molto importante nell'ingegneria aerospaziale.

Dispositivi medici

Il PEEK è ideale per la fabbricazione di impianti, strumenti chirurgici e articoli dentali, grazie alla sua compatibilità con il corpo e alla resistenza alla sterilizzazione. Grazie alla sua inerzia chimica e alla resistenza alla degradazione negli ambienti corporei, il PEEK è considerato fondamentale nella produzione di dispositivi medici.

Produzione automobilistica

Il PEEK viene utilizzato per produrre parti di motori ad alta temperatura e ad alte prestazioni, ingranaggi con elevata resistenza all'usura e sistemi di scarico con resistenza chimica. Poiché il PEEK è molto leggero e molto resistente, queste sue proprietà migliorano anche l'efficienza dei consumi e le prestazioni dei veicoli.

Elettronica ed elettricità

Il PEEK viene applicato nei settori dell'elettronica e dell'elettricità, poiché possiede buone proprietà elettriche e stabilità al calore, per produrre connettori ad alto isolamento, involucri per sensori e guaine per cavi. Grazie alla sua resistenza alle alte temperature e agli agenti chimici, il PEEK è consigliato per le applicazioni elettroniche ed elettriche.

Apparecchiature industriali

Alcune delle parti e dei componenti realizzati in PEEK per uso industriale sono applicazioni resistenti all'usura, alle alte temperature e alla chimica, come pompe, valvole e guarnizioni. Grazie alle elevate prestazioni, il PEEK mantiene stabilità e affidabilità anche quando viene utilizzato in condizioni non favorevoli.

Altre applicazioni

Il PEEK trova applicazione anche in altri campi: è utilizzato in articoli sportivi, elettrodomestici ed elettronica. Grazie alle sue elevate prestazioni e alla sua versatilità, il PEEK mostra un grande potenziale in nuovi mercati.

Conclusione

Grazie alle sue proprietà caratteristiche, la resina PEEK è molto richiesta in numerosi settori industriali come materiale plastico tecnico ad alte prestazioni. Utilizzando lo stampaggio a iniezione come metodo scientifico di produzione, insieme a rigide garanzie di qualità, è possibile produrre parti in PEEK di alta qualità. I destinatari di questo articolo sono i tecnici impegnati nel processo di stampaggio a iniezione del PEEK, che potranno beneficiare dei riferimenti e delle raccomandazioni fornite. Grazie alle continue innovazioni tecnologiche e al potenziale di crescita del mercato, l'applicazione del PEEK è diventata sempre più diffusa. Tecnologia di stampaggio a iniezione del PEEK avrà una prospettiva promettente in futuro.