ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）は、優れた機械的特性、耐薬品性、耐熱性を持つもう一つの高性能熱可塑性プラスチック材料です。PEEK射出成形は、所望の形状にPEEK材料を注入する技術であり、航空宇宙産業ビジネス、医療分野、自動車分野、エレクトロニクス分野で広く使用される本質的に高度な技術です。この記事では、PEEK材料の特性とその成形プロセス、金型設計、パラメータの仕様と問題点の解決策を示します。 PEEK射出成形 が説明される。

PEEK材料特性

機械的特性

PEEKは優れた機械的特性を持ち、高強度、高剛性、耐疲労性に優れているため、高荷重、高応力条件に適している。引張強度は90-100Mpa、曲げ強度は150-200Mpaである。また、PEEKは低摩耗率、低摩擦係数であるため、耐摩耗性が要求されるベアリング、ギア、シールなどに使用できる。

耐薬品性

PEEKは、一般的な強酸、アルカリ、食塩水、有機溶媒を含む膨大な量の化学薬品に対して高い耐薬品性を持っています。そのため、化学機器や医療機器において高い価値を発揮します。PEEKは高温でも劣化せず、化学変化を起こさないため、長期間にわたり厳しい条件下での使用に耐えることができます。

熱特性

143℃のガラス転移温度と343℃の融点を持つPEEKは、機械的特性と寸法安定性を失うことなく、250℃での連続使用が可能です。さらに、PEEKは熱膨張係数が低いため、条件が変わっても寸法安定性に優れています。

電気的特性

PEEKのユニークな特性は、その優れた電気絶縁特性です。PEEKは高い絶縁耐力、低い誘電率、低い誘電損失を有しています。この材料は、電力および電子産業で使用することができます。この材料の温度安定性、高い絶縁耐力、低い誘電損失は、理想的な高性能電気絶縁材料です。広い動作温度範囲と周波数範囲において、高性能電気絶縁体としての使用に非常に適しています。

生体適合性

その高い生体適合性により、PEEKは医療機器やインプラントの製造に最適な材料です。PEEKは、免疫反応や毒性反応を引き起こすことなく、生体内環境に長くとどまることができます。PEEKの生物学的および化学的不活性は、生体内および生体外の環境の両方で安定した特性を与え、整形外科用インプラント、歯科修復材料、および外科用器具の製造に使用することができます。

PEEK射出成形プロセス

原材料の取り扱い

PEEK樹脂を成形するためには、まず水分を除去する必要があります。推奨される乾燥温度は150℃で少なくとも3時間、相対湿度は0.02%以下に保つ必要があります。適切な乾燥が行われないと、溶融物に気泡が発生し、製品の機械的特性や表面仕上げに影響を与えることがあります。

射出成形機の選択

PEEKは融点が高く、溶融粘度が高いため、射出成形機には耐熱性、高圧性、温度制御性能が要求される。標準的な 射出成形 溶融予備可塑化と高圧射出システムを備えた射出成形機。バレルとスクリューは、射出成形機の長期安定運転を確保するために、高温耐性と耐摩耗性の材料で作られている必要があります。

金型設計

1.型の材料： 金型材料は、高強度、高硬度で、高熱に耐えられるものでなければならない。よく知られている金型材料には、ステンレス鋼のほか、熱間加工鋼やH13鋼がある。金型表面は、金型寿命と製品表面を向上させるため、徐々に硬化させ、研磨することが期待される。

2.ランナーデザイン： ランナーの設計はまた、溶融物がある部分で滞留し、他の部分で冷却に時間がかかる傾向がないように、キャビティー内への溶融物の均一な流れを促進するものでなければならない。ランナー断面は円形または台形で、ランナー直径は製品サイズと機械のパラメーターを参照して決定される。また、ランナー設計の充填の均一性を高めるために、溶融物の流動抵抗と圧力損失を排除します。

3.通気設計： 溶融物中のガスや揮発性物質が金型キャビティ内に閉じ込められ、表面に凹凸が形成され、その結果、製品の性能が低下するのを避けるためには、優れた通気システムが不可欠である。流体ベントは、ランナーの端部やガスが溜まりやすい場所に設置し、排出深さは通常0.02～0.04mmとします。良好なベント設計は、気泡やシルバーストリークなどの欠陥を最小限に抑えるのにも役立ちます。

射出成形プロセスパラメータ

1.射出温度： PEEK材料の溶融温度は比較的高く、推奨射出温度は350～400℃である。温度が低すぎるとメルトフローが悪くなり充填が不完全になり、高すぎると材料劣化の原因になります。製品の厚み（厚肉、薄肉）や形状によって射出温度をコントロールすることをお勧めします。

2.金型温度： 金型温度は、製品の結晶性や部品の表面仕上げに大きく影響する。推奨される金型温度は、製品の厚みや形状にもよりますが、160～200℃です。金型温度が低いと、表面仕上げが悪く、鋳物の内部組織の発達が悪くなる。高温になると、変形、特に反りが生じ、寸法管理が悪くなる。

3.射出圧力： PEEKポリマーの射出圧力は比較的高く、100～150MPaが最適です。射出圧力が低いと、充填不足や表面品質などの問題が発生し、圧力が高いと、金型の破損や製品の変形などの問題が発生します。また、射出圧力はメルトフローや金型設計に応じて変更する必要があります。

4.保持圧力と時間： 保持圧力は射出圧力よりやや低く、80～100MPa程度とし、保持時間は成形品の厚みや形状によって異なるが、30～60秒程度とする。これは、圧力と時間が製品の内部構造と表面品質に影響を与えることを意味し、これらのパラメータを適切に選択するには、いくつかの実験が必要です。

5.冷却時間： 冷却時間は、製品の結晶の性質と全体の大きさに直接影響します。製品の種類や厚み、金型の温度にもよりますが、最適な冷却時間は2～5分です。冷却時間が短いと内部応力や変形が生じ、逆に長いと生産効率に影響します。

プロセスの最適化

1.金型流動解析： 金型流動解析は射出成形における重要なプロセスの一つで、金型キャビティ内の溶融物の流れをシミュレーションし、ある種の欠陥を予測したり、プロセスのパラメーターを最適化したりすることができます。金型流動解析を行うことで、ランナー設計、ゲート位置、射出パラメーターを最適化し、製品の品質と生産効率を向上させることができます。

2.実験デザイン： 実験計画法は、射出成形プロセスを研究し最適化するための体系的な方法である。この方法は、他の工程パラメータが製品品質に及ぼす影響を調べ、最適なパラメータの組み合わせを決定することもできる。一般的な実験計画法には、完全要因実験、部分要因実験、応答曲面分析などがある。

3.継続的改善： 射出成形における最適解の実現は、成形条件の継続的な最適化にかかっている。 射出成形プロセス.生産工程のデータを定期的に監視・分析し、製品の品質と工程パラメータの相関関係を明らかにし、その後の工程の調整と改善を行うことで、製品の品質と生産効率を向上させることができる。

PEEK射出成形における一般的な問題と解決策

不完全充填

過少充填は、次のような一般的な問題である。 PEEK射出成形.射出温度、射出圧力、金型温度が低いため、金型や射出成形機内でPEEKが未充填になることが原因です。解決策としては、射出温度、射出圧力、金型温度、ランナーシステムを上げることが考えられます。さらに、ゲートも重要な要素です。ゲートの数が多ければ多いほど、またゲートの位置が変化すればするほど、充填効果は向上します。

表面欠陥

表面での燃焼やシルバーストリーク、気泡などの現象は、溶融物中のガスや揮発性物質と関連している。原因として考えられるのは、原料の乾燥問題、ベント、射出速度、圧力、金型温度などです。適切な金型ベント設計、射出工程で使用される良好なパラメータを通じて、表面欠陥は容易に最小限に抑えることができます。

製品の反り

製品の反りの一般的な原因は、材料の不均一な冷却と不適切な保圧です。解決策としては、均一冷却、保圧パラメータの最適化、金型冷却システムの合理的設計、製品構造の最適化などが挙げられます。適切な冷却時間と冷却速度は、内部応力と反りを低減することができます。

内部欠陥

ボイド、ウエルドライン、層間剥離など、材料内部で発生する犯罪は、ほとんどが溶融物の流れの悪さと冷却の差に起因する。金型設計、射出温度、射出圧力、保圧パラメータをそれぞれ改善することができる。金型の流動解析と実験の最適化により、内部欠陥を大幅に減少させ、機械的特性と信頼性を向上させることができることが明らかになった。

寸法精度

寸法精度は、金型の不適切な設計や射出工程の技術パラメータの不安定さによって影響を受ける。改善策として考えられるのは、金型の最適化、射出条件の調整、高精度射出装置の適用などである。実験設計の考え方、さらに言えば、生産工程の継続的な改善により、製品寸法の精度と均一性を向上させることが可能になります。

品質管理

原材料の品質管理

PEEK原料の調達では、使用工程中の水分や不純物が製品の性能に影響を与えないよう、高品質の原料を選択する必要がある。原材料の組成を分析し、原材料の物理的特性をテストすることは、原材料の品質と均一性を保証するものです。

プロセス品質管理

先進的な射出成形機と金型を使用し、射出工程のパラメーターを厳密に管理することで、製品の一貫性と安定性を確保している。オンライン、モニタリング、データ収集システムにより、生産工程中の温度、圧力、時間などを測定し、問題があれば直ちに修正する。

製品品質検査

引張、曲げ、衝撃試験による機械的特性の検査、光学顕微鏡やSEMを使用した微細構造や表面仕上げの観察。広範囲な品質チェックの結果、製品の品質と耐久性が向上する。

品質マネジメントシステム

品質マネジメントシステムとしてISO9001とISO13485を確立し、実施することで、効果的な管理を通じて射出成形工程の品質を確保し、監視することができる。

PEEK射出成形の用途

航空宇宙

PEEKは、航空宇宙用途で多くの用途があり、特に上部構造、座席シート、電子付属品、カバー、ハウジングなどの高強度かつ軽量な要素やサブアセンブリの製造に適用されています。PEEKは高温でも劣化せず、化学薬品に耐性があり、優れた機械的特性を持っているため、航空宇宙工学において非常に重要です。

医療機器

PEEKは、身体との適合性と滅菌に対する耐性から、インプラント、手術器具、歯科用品の製造に理想的です。化学的に不活性で、体内環境での劣化に強いため、PEEKは医療機器の製造に不可欠と考えられている。

自動車製造

PEEKは、高温・高性能エンジン部品、耐摩耗性に優れたギア、耐薬品性に優れた排気システムの製造に使用されている。PEEKは非常に軽く、非常に強いため、PEEKのこれらの特性は自動車の燃費と性能も向上させます。

電子・電気

PEEKは優れた電気特性と熱安定性を持つため、電子・電気分野に応用され、高絶縁コネクタ、センサーのケーシング、ケーブルのジャケットなどを製造しています。耐熱性と耐薬品性に優れているため、PEEKは電子・電気用途に推奨されています。

産業機器

工業用として使用されるPEEK製の部品やコンポーネントには、耐摩耗性、高温性、耐薬品性に優れたポンプ、バルブ、シーリングなどの用途がある。高性能のため、PEEKは友好的でない条件で使用された場合、安定性と信頼性を保持します。

その他の用途

PEEKは他の分野でも応用されており、スポーツ用品、家電製品、電子機器などに使用されている。PEEKは、その高い性能と汎用性により、新しい市場で大きな可能性を示しています。

結論

その特性から、PEEK樹脂は高性能エンジニアリングプラスチックとして、多くの産業分野で大きな需要があります。射出成形を科学的な製造方法として使用し、厳格な品質保証を行うことで、高品質のPEEK部品を製造することができます。この記事の対象読者は、PEEKの射出成形プロセスに携わる技術者であり、与えられた参考文献や推奨事項から利益を得ることができる。技術革新が進み、市場の可能性が高まっているため、PEEK射出成形の応用はますます広がっている。 PEEK射出成形技術 は将来的に有望である。