Polyether ether ketone (PEEK) is een ander goed presterend thermoplastisch materiaal met goede mechanische eigenschappen en chemische en hittebestendigheid. PEEK spuitgieten is een techniek om PEEK materiaal in de gewenste vorm te spuiten en is zeer technisch van aard en wordt veel gebruikt in de luchtvaartindustrie, de medische sector, de automobielsector en de elektronicasector. In dit artikel worden de eigenschappen van PEEK materiaal en het spuitgietproces, matrijsontwerp, specificaties van parameters en problemen met oplossingen van PEEK spuitgieten worden beschreven.

GLUUR Materiaaleigenschappen

Mechanische eigenschappen

PEEK heeft uitstekende mechanische eigenschappen, dit materiaal heeft een hoge sterkte, hoge stijfheid en uitstekende weerstand tegen vermoeidheid, dus dit materiaal is geschikt voor hoge belasting en hoge spanning. De treksterkte is 90-100 Mpa en de buigsterkte is 150-200 Mpa. Ook heeft PEEK een lage slijtage en een lage wrijvingscoëfficiënt, waardoor het kan worden gebruikt in lagers, tandwielen en afdichtingen waar slijtvastheid vereist is.

Chemische weerstand

PEEK is chemisch zeer bestendig tegen een groot aantal chemicaliën, waaronder gangbare sterke zuren, basen, zouten en organische oplosmiddelen. Dit maakt het zeer waardevol in chemische apparatuur en medische apparatuur. PEEK breekt niet af en verandert niet van chemie bij hoge temperaturen, zodat het lang bestand is tegen uitdagende en zware omstandigheden.

Thermische eigenschappen

Met een glasovergangstemperatuur van 143 °C en een smeltpunt van 343 °C kan PEEK continu bij 250 °C worden gebruikt zonder zijn mechanische eigenschappen en maatvastheid te verliezen. Bovendien zorgt de lage thermische uitzettingscoëfficiënt van PEEK ervoor dat het bij veranderende omstandigheden nog steeds goed dimensionaal stabiel is.

Elektrische eigenschappen

Een unieke eigenschap van PEEK zijn de uitstekende elektrische isolatie-eigenschappen. PEEK heeft een hoge diëlektrische sterkte, een lage diëlektrische constante en een laag diëlektrisch verlies. Het materiaal kan worden gebruikt in de energie- en elektronica-industrie. De temperatuurstabiliteit van het materiaal, de hoge diëlektrische sterkte en het lage diëlektrische verlies maken het tot een ideaal hoogwaardig elektrisch isolatiemateriaal. Het is zeer geschikt voor gebruik als hoogwaardige elektrische isolatie over een breed bereik van bedrijfstemperaturen en frequenties.

Biocompatibiliteit

Vanwege zijn hoge biocompatibiliteit is PEEK het materiaal bij uitstek voor de productie van medische hulpmiddelen en implantaten. PEEK kan langere tijd in het in vivo milieu blijven zonder immuunreacties of toxische reacties te veroorzaken. De biologische en chemische inertheid van PEEK geeft het stabiele eigenschappen in zowel in vivo als in vitro omgevingen, die kunnen worden gebruikt voor de productie van orthopedische implantaten, tandheelkundige restauratiematerialen en chirurgische instrumenten.

PEEK spuitgietproces

Behandeling van grondstoffen

Het is niet mogelijk om kunststof van PEEK te gieten zonder eerst het vocht uit het materiaal te verwijderen. De aanbevolen droogtemperatuur is 150°C gedurende minstens 3 uur en de relatieve vochtigheid moet onder 0,02% worden gehouden. Als het materiaal niet goed wordt gedroogd, kunnen er luchtbellen in de smelt ontstaan, wat invloed heeft op sommige mechanische eigenschappen en de oppervlakteafwerking van het product.

Spuitgietmachines kiezen

PEEK heeft een hoog smeltpunt en een hoge smeltviscositeit, waardoor de spuitgietmachine bestand moet zijn tegen hoge temperaturen, onder hoge druk moet werken en een goede temperatuurregeling moet hebben. Het wordt aanbevolen om standaard spuitgieten machines met een smeltpre-plasticisatie- en hogedrukinjectiesysteem. Het vat en de schroef moeten gemaakt zijn van materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen en slijtage om de stabiele werking van de spuitgietmachine op lange termijn te garanderen.

Vormontwerp

1. Materiaal schimmel: Het matrijsmateriaal moet zeer sterk en hard zijn en bestand zijn tegen grote hitte. Enkele bekende matrijsmaterialen zijn warmwerkstaal, H13 staal en roestvast staal. Het oppervlak van de matrijs moet geleidelijk worden gehard en gepolijst om de levensduur van de matrijs en het productoppervlak te verlengen.

2. Loperontwerp: Het loopvlakontwerp moet ook een gelijkmatige stroom van de smelt in de holte mogelijk maken zonder dat de smelt in sommige delen stagneert terwijl andere delen langer nodig hebben om af te koelen. De doorsnede van de runner kan cirkelvormig of trapeziumvormig zijn, de diameter van de runner wordt bepaald op basis van de productgrootte en de parameters van de machine. Het elimineert ook de smeltstroomweerstand en de drukval om de uniformiteit van het vullen van het runnerontwerp te verbeteren.

3. Ontluchtingsontwerp: Een goed ontluchtingssysteem is essentieel om te voorkomen dat gas en vluchtige stoffen in de smelt vast komen te zitten in de matrijsholte, wat kan leiden tot onregelmatigheden in het oppervlak en dus tot slechte prestaties van het product. Ontluchtingsopeningen moeten zich aan het einde van de runner bevinden, of op plaatsen waar zich gas kan ophopen, met een ontluchtingsdiepte die gewoonlijk varieert van 0,02-0,04 mm. Een goed ontwerp van de ontluchting helpt ook bij het minimaliseren van defecten zoals bellen en zilverstrepen.

Procesparameters voor spuitgieten

1. Injectietemperatuur: De smelttemperatuur van PEEK materialen is relatief hoog en de aanbevolen injectietemperatuur is 350-400℃. Een te lage temperatuur veroorzaakt een slechte smeltstroom en onvolledige vulling, terwijl een te hoge temperatuur materiaaldegradatie veroorzaakt. Het wordt aanbevolen om de injectietemperatuur te regelen op basis van de dikte (dikke of dunne wanden) of vorm van het product.

2. Vormtemperatuur: De matrijstemperatuur heeft een grote invloed op de kristalliniteit van het product en de oppervlakteafwerking van het onderdeel. De aanbevolen matrijstemperatuur is 160-200°C, afhankelijk van de dikte en vorm van het product. Als de matrijstemperatuur laag is, is de oppervlakteafwerking slecht en is de interne structuur van het gietstuk slecht ontwikkeld. Bij hogere temperaturen treedt vervorming op, vooral kromtrekken, en een slechte dimensionale controle.

3. Injectiedruk: PEEK polymeer heeft een relatief hoge injectiedruk voor het spuitgieten, de beste aanbevolen druk is 100-150MPa. Minder druk kan leiden tot problemen als onvoldoende vulling en oppervlaktekwaliteit, terwijl meer druk kan leiden tot problemen als schimmelbeschadiging en productvervorming. Wat betreft de afhankelijke parameters, moet de injectiedruk worden gewijzigd met betrekking tot de smeltstroom en matrijsontwerp.

4. Houddruk en tijd: De houddruk moet iets lager zijn dan de injectiedruk, ongeveer 80-100MPa met een houdtijd die afhankelijk is van de dikte van de artikelen en de vorm, ongeveer 30-60 seconden. Dit betekent dat druk en tijd van invloed zijn op de interne structuur en oppervlaktekwaliteit van het product en dat de juiste selectie van deze parameters wat experimenteren vereist.

5. Koeltijd: De koeltijd heeft een directe invloed op de aard en de totale grootte van de kristallen van het product. De aanbevolen koeltijd is 2 tot 5 minuten, afhankelijk van het type product, de dikte en de temperatuur van de mallen. Een korte koeltijd leidt tot inwendige stress en vervorming, terwijl een lange koeltijd de productie-efficiëntie beïnvloedt.

Procesoptimalisatie

1. Analyse van de vormstroom: Analyse van de matrijsstroming is een van de belangrijkste processen tijdens het spuitgieten, waarbij je de stroming van de smelt in de matrijsholte kunt simuleren, bepaalde defecten kunt voorspellen en bepaalde procesparameters kunt optimaliseren. Door de matrijsstroming te analyseren, kunt u het runnerontwerp, de positie van de gate en de injectieparameters optimaliseren om de productkwaliteit en de productie-efficiëntie te verbeteren.

2. Experimenteel ontwerp: Experimenteel ontwerp is een systematische methode om het spuitgietproces te bestuderen en te optimaliseren. Deze methode kan ook de effecten van andere procesparameters op de productkwaliteit bepalen en de beste parametercombinatie bepalen. Verschillende veelgebruikte experimentele ontwerpmethodes zijn volledige factorial experimenten, gedeeltelijke factorial experimenten en responsoppervlakteanalyse.

3. Continue verbetering: De realisatie van de optimale oplossing bij spuitgieten hangt af van de voortdurende optimalisatie van de spuitgietproces. Het regelmatig controleren en analyseren van de gegevens in het productieproces om de correlatie tussen productkwaliteit en procesparameters te bepalen, en de daaropvolgende aanpassing en verbetering van het proces, kan de productkwaliteit en de productie-efficiëntie verbeteren.

Veelvoorkomende problemen en oplossingen bij PEEK spuitgieten

Onvolledig vullen

Ondervulling is een veelvoorkomend probleem in PEEK spuitgieten. Dit wordt veroorzaakt door een lage injectietemperatuur, -druk of matrijstemperatuur, wat resulteert in ongevuld PEEK in de matrijs of spuitgietmachine. Oplossingen zijn onder andere het verhogen van de injectietemperatuur, de injectiedruk, de matrijstemperatuur en het runnersysteem. Daarnaast zijn poorten ook een belangrijke factor. Hoe meer poorten er zijn en hoe beter de positie van de poorten verandert, hoe beter het vuleffect.

Oppervlakte Defecten

Branden aan het oppervlak en de vorming van verschijnselen als zilverstrepen, bellen enz. worden in verband gebracht met gassen en vluchtige stoffen in de smelt. Mogelijke oorzaken zijn het drogen van de grondstoffen, de ontluchtingsopeningen, de injectiesnelheid, de druk en de matrijstemperatuur. Door een goed ontwerp van de ontluchting van de matrijs en goede parameters in het injectieproces, kunnen de oppervlaktedefecten gemakkelijk worden geminimaliseerd.

Product Vervorming

Veel voorkomende oorzaken van productvervorming zijn ongelijkmatige koeling van het materiaal en onjuiste drukhouding. Oplossingen zijn onder meer gelijkmatig koelen, de drukhoudparameters optimaliseren, het koelsysteem van de matrijs redelijk ontwerpen en de productstructuur optimaliseren. De juiste koeltijd en koelsnelheid kunnen interne spanning en vervorming verminderen.

Interne defecten

Beschadigingen zoals holtes, lasnaden en delaminatie die in het materiaal ontstaan, zijn meestal het gevolg van een slechte doorstroming van de smelt en differentiële koeling. Ze worden respectievelijk geleverd als het verbeteren van het matrijsontwerp, de injectietemperatuur, de injectiedruk en de houdparameters. Hieruit blijkt dat de analyse van de matrijsstroming en de optimalisatie van het experiment de interne defecten sterk kunnen verminderen en de mechanische eigenschappen en betrouwbaarheid kunnen verbeteren.

Dimensionale nauwkeurigheid

De maatnauwkeurigheid wordt beïnvloed door een verkeerd ontwerp van de matrijs en instabiliteit van de technologische parameters van het injectieproces. Mogelijke oplossingen zijn: optimalisatie van de matrijs, het titreren van de injectieomstandigheden en het toepassen van zeer nauwkeurige injectieapparatuur. De ideeën van experimenteel ontwerp en, meer specifiek, de voortdurende verbetering van productieprocessen maken het mogelijk om de nauwkeurigheid en uniformiteit van de productafmetingen te verbeteren.

Kwaliteitscontrole

Kwaliteitscontrole van grondstoffen

Bij de inkoop van PEEK grondstoffen is het noodzakelijk om hoogwaardige grondstoffen te kiezen zodat vocht of onzuiverheden tijdens het gebruiksproces geen invloed hebben op de prestaties van het product. Het analyseren van de samenstelling van grondstoffen en het testen van de fysische eigenschappen van grondstoffen zijn een garantie voor de kwaliteit en uniformiteit van grondstoffen.

Proceskwaliteitscontrole

Het gebruik van geavanceerde spuitgietmachines en matrijzen en de strenge controle van de parameters van het injectieproces garanderen productconsistentie en stabiliteit. Online systemen voor bewaking en gegevensverzameling kunnen worden gebruikt om temperatuur, druk, tijd en andere aspecten tijdens het productieproces te meten en elk probleem wordt onmiddellijk gecorrigeerd.

Inspectie van productkwaliteit

Het inspecteren van de mechanische eigenschappen door trek-, buig- en botsproeven en het observeren van de microstructuur en oppervlakteafwerking met optische microscopen en SEM. Het uitvoeren van uitgebreide kwaliteitscontroles resulteert in productkwaliteit en duurzaamheid.

Kwaliteitsmanagementsysteem

Het opstellen en implementeren van ISO 9001 en ISO 13485 als kwaliteitsmanagementsysteem kan de kwaliteit van het spuitgietproces garanderen en bewaken door middel van effectief management.

Toepassingen van PEEK Spuitgieten

Ruimtevaart

PEEK kent een veelheid aan toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, waar het wordt toegepast bij de vervaardiging van zeer sterke en lichtgewicht elementen en subassemblages voor onder meer superstructuren, zitsapasS, elektronische aanbouwdelen of afdekkingen en behuizingen. PEEK breekt niet af bij hoge temperaturen, is bestand tegen chemicaliën en heeft superieure mechanische eigenschappen, waardoor het zeer belangrijk is in de lucht- en ruimtevaarttechniek.

Medische apparaten

PEEK is ideaal voor de vervaardiging van implantaten, chirurgisch gereedschap en tandheelkundige artikelen vanwege de compatibiliteit met het lichaam en de bestendigheid tegen sterilisatie. Vanwege zijn chemische inertie en weerstand tegen degradatie in lichaamsomgevingen wordt PEEK beschouwd als onmisbaar bij de productie van medische hulpmiddelen.

Autoproductie

PEEK wordt gebruikt voor de productie van motoronderdelen met hoge temperaturen en hoge prestaties, tandwielen met hoge slijtvastheid en uitlaatsystemen met chemische weerstand. Omdat PEEK zeer licht en zeer sterk is, verbeteren deze eigenschappen van PEEK ook de brandstofefficiëntie en de prestaties van voertuigen.

Elektronica en elektronica

PEEK wordt toegepast in de elektronica en elektrotechniek omdat het goede elektrische eigenschappen en hittebestendigheid heeft, voor de productie van sterk isolerende connectoren, omhulsels voor sensoren en kabelmantels. Vanwege de hoge temperatuur en chemische resistentie wordt PEEK aanbevolen voor elektronische en elektrische toepassingen.

Industriële apparatuur

Sommige onderdelen en componenten van PEEK voor industrieel gebruik zijn slijtvast, bestand tegen hoge temperaturen en chemisch bestendig, zoals pompen, kleppen en afdichtingen. Dankzij de hoge prestaties is PEEK stabiel en betrouwbaar bij gebruik onder omstandigheden die niet vriendelijk zijn.

Andere toepassingen

PEEK vindt ook toepassingen op andere gebieden, zoals in sportartikelen, huishoudelijke apparaten en elektronica. Door zijn hoge prestaties en veelzijdigheid heeft PEEK een groot potentieel op nieuwe markten.

Conclusie

Vanwege zijn karakteristieke eigenschappen is PEEK-hars als hoogwaardige technische kunststof veelgevraagd in tal van takken van industrie. Door spuitgieten te gebruiken als wetenschappelijke productiemethode in combinatie met strikte kwaliteitswaarborgen is het mogelijk om hoogwaardige PEEK onderdelen te vervaardigen. Dit artikel is bedoeld voor technici die zich bezighouden met het spuitgieten van PEEK, zodat ze hun voordeel kunnen doen met de gegeven referenties en aanbevelingen. Vanwege de voortdurende innovatie van de technologie en het stijgende marktpotentieel is de toepassing van PEEK-spuitgiettechnologie zal een veelbelovend vooruitzicht hebben in de toekomst.