Polieteroeteroketon (PEEK) to kolejny wysokowydajny materiał termoplastyczny o dobrych właściwościach mechanicznych, odporności chemicznej i cieplnej. Formowanie wtryskowe PEEK jest techniką wtryskiwania materiału PEEK do pożądanego kształtu i ma charakter wysoce techniczny, szeroko stosowany w przemyśle lotniczym, medycznym, motoryzacyjnym i elektronicznym. W tym artykule omówiono właściwości materiału PEEK i jego proces formowania, projektowanie form, specyfikacje parametrów i problemy wraz z rozwiązaniami. Formowanie wtryskowe PEEK zostaną opisane.

Właściwości materiału PEEK

Właściwości mechaniczne

PEEK ma doskonałe właściwości mechaniczne, materiał ten ma wysoką wytrzymałość, wysoką sztywność i doskonałą odporność na zmęczenie, dzięki czemu materiał ten nadaje się do dużych obciążeń i dużych naprężeń. Jego wytrzymałość na rozciąganie wynosi 90-100 Mpa, a wytrzymałość na zginanie 150-200 Mpa. Ponadto PEEK ma niski współczynnik zużycia i niski współczynnik tarcia, dlatego może być stosowany w łożyskach, przekładniach i uszczelnieniach, gdzie wymagana jest odporność na zużycie.

Odporność chemiczna

PEEK ma wysoki poziom odporności chemicznej na ogromną ilość chemikaliów, które składają się z powszechnych silnych kwasów, zasad i soli oraz rozpuszczalników organicznych. Dzięki temu jest bardzo cenny w sprzęcie chemicznym i urządzeniach medycznych. PEEK nie ulega degradacji ani zmianie składu chemicznego w wysokich temperaturach, dzięki czemu wytrzymuje trudne i surowe warunki przez długi czas.

Właściwości termiczne

Z temperaturą zeszklenia 143°C i temperaturą topnienia 343°C, PEEK może być używany w sposób ciągły w temperaturze 250°C bez utraty właściwości mechanicznych i stabilności wymiarowej. Ponadto, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej PEEK oznacza, że nadal będzie on miał dobrą stabilność wymiarową, gdy zmienią się warunki.

Właściwości elektryczne

Unikalną właściwością PEEK są jego doskonałe właściwości izolacji elektrycznej. PEEK ma wysoką wytrzymałość dielektryczną, niską stałą dielektryczną i niskie straty dielektryczne. Materiał ten może być stosowany w przemyśle energetycznym i elektronicznym. Stabilność temperaturowa materiału, wysoka wytrzymałość dielektryczna i niskie straty dielektryczne sprawiają, że jest to idealny, wysokowydajny materiał do izolacji elektrycznej. Doskonale nadaje się do stosowania jako wysokowydajny izolator elektryczny w szerokim zakresie temperatur roboczych i częstotliwości.

Biokompatybilność

Ze względu na wysoką biokompatybilność, PEEK jest materiałem wybieranym do produkcji urządzeń medycznych i implantów. PEEK może pozostawać w środowisku in vivo przez dłuższy czas, nie powodując żadnych reakcji immunologicznych ani toksycznych. Biologiczna i chemiczna obojętność PEEK zapewnia mu stabilne właściwości zarówno w środowisku in vivo, jak i in vitro, co można wykorzystać do produkcji implantów ortopedycznych, materiałów do odbudowy zębów i narzędzi chirurgicznych.

Proces formowania wtryskowego PEEK

Obsługa surowców

Nie jest możliwe formowanie tworzywa sztucznego PEEK bez uprzedniego usunięcia wilgoci z materiału. Sugerowana temperatura suszenia to 150°C przez co najmniej 3 godziny, a wilgotność względna powinna być utrzymywana poniżej 0,02%. Jeśli odpowiednie suszenie nie zostanie wykonane, w stopionym materiale mogą pojawić się pęcherzyki, co wpływa na niektóre właściwości mechaniczne i wykończenie powierzchni produktu.

Wybór maszyny do formowania wtryskowego

PEEK ma wysoką temperaturę topnienia i wysoką lepkość, co wymaga, aby wtryskarka miała cechy odporności na wysoką temperaturę, wysokie ciśnienie i dobrą kontrolę temperatury. Zaleca się stosowanie standardowych formowanie wtryskowe maszyny ze wstępną plastyfikacją stopu i wysokociśnieniowym systemem wtrysku. Bęben i ślimak powinny być wykonane z materiałów odpornych na wysokie temperatury i zużycie, aby zapewnić długotrwałą stabilną pracę wtryskarki.

Projektowanie form

1. Materiał formy: Materiał formy musi być bardzo wytrzymały, bardzo twardy i powinien być w stanie wytrzymać wysokie temperatury. Niektóre z dobrze znanych materiałów na formy to stal do pracy na gorąco i stal H13, a także stale nierdzewne. Oczekuje się, że powierzchnia formy będzie stopniowo utwardzana i polerowana w celu zwiększenia trwałości formy i powierzchni produktu.

2. Konstrukcja bieżni: Konstrukcja kanału powinna również ułatwiać równomierny przepływ stopu do wnęki bez tendencji do stagnacji stopu w niektórych częściach, podczas gdy inne wymagają dłuższego chłodzenia. Przekrój poprzeczny kanału może być okrągły lub trapezowy, średnica kanału jest określana w odniesieniu do wielkości produktu i parametrów maszyny. Eliminuje również opór przepływu stopu i spadek ciśnienia, aby zwiększyć jednorodność wypełnienia konstrukcji kanału.

3. Konstrukcja wentylacji: Dobry system odpowietrzania jest niezbędny, aby uniknąć uwięzienia gazu i substancji lotnych w stopie w gnieździe formy, co może prowadzić do powstawania nieregularności powierzchni, a w konsekwencji do słabej wydajności produktu. Otwory wentylacyjne powinny znajdować się na końcu kanału lub w obszarach podatnych na gromadzenie się gazu, z głębokością wylotu zwykle wynoszącą 0,02-0,04 mm. Dobry projekt odpowietrzania pomaga również zminimalizować defekty, takie jak pęcherzyki i występowanie srebrnych smug.

Parametry procesu formowania wtryskowego

1. Temperatura wtrysku: Temperatura topnienia materiałów PEEK jest stosunkowo wysoka, a zalecana temperatura wtrysku wynosi 350-400 ℃. Zbyt niska temperatura spowoduje słaby przepływ stopu i niepełne wypełnienie, podczas gdy zbyt wysoka temperatura spowoduje degradację materiału. Zaleca się kontrolowanie temperatury wtrysku w zależności od grubości produktu (grube lub cienkie ścianki) lub kształtu.

2. Temperatura formy: Temperatura formy będzie miała duży wpływ na krystaliczność produktu, a także na wykończenie powierzchni części. Zalecana temperatura formy wynosi 160-200°C, w zależności od grubości i kształtu produktu. Gdy temperatura formy jest niska, wykończenie powierzchni jest słabe, a wewnętrzna struktura odlewu jest słabo rozwinięta. Podwyższona temperatura powoduje odkształcenia, zwłaszcza wypaczenia i słabą kontrolę wymiarów.

3. Ciśnienie wtrysku: Polimer PEEK ma stosunkowo wysokie ciśnienie wtrysku do formowania, najlepsze zalecane ciśnienie to 100-150 MPa. Mniejsze ciśnienie może prowadzić do takich problemów jak niedostateczne wypełnienie i jakość powierzchni, podczas gdy większe ciśnienie może prowadzić do takich problemów jak uszkodzenie formy i deformacja produktu. Jeśli chodzi o parametry zależne, ciśnienie wtrysku powinno być zmieniane w zależności od przepływu stopu i konstrukcji formy.

4. Ciśnienie i czas utrzymywania: Ciśnienie trzymania powinno być nieco niższe niż ciśnienie wtrysku, około 80-100 MPa z czasem trzymania zależnym od grubości wyrobów, kształtu, około 30-60 sekund. Oznacza to, że ciśnienie i czas mają wpływ na strukturę wewnętrzną i jakość powierzchni produktu, a właściwy dobór tych parametrów wymaga pewnych eksperymentów.

5. Czas chłodzenia: Czas chłodzenia ma bezpośredni wpływ na charakter i ogólny rozmiar kryształów produktu. Wymagany czas chłodzenia wynosi od 2 do 5 minut w zależności od rodzaju produktu, jego grubości i temperatury form. Krótki czas chłodzenia powoduje wewnętrzne naprężenia i odkształcenia, z drugiej strony długi czas chłodzenia wpływa na wydajność produkcji.

Optymalizacja procesu

1. Analiza przepływu formy: Analiza przepływu formy jest jednym z ważnych procesów podczas formowania wtryskowego, w którym można symulować przepływ stopionego materiału wewnątrz gniazda formy i przewidywać pewne rodzaje wad, a także optymalizować niektóre parametry procesu. Przeprowadzając analizę przepływu w formie, można zoptymalizować konstrukcję prowadnicy, położenie bramy i parametry wtrysku, aby poprawić jakość produktu i wydajność produkcji.

2. Projekt eksperymentalny: Projektowanie eksperymentalne to systematyczna metoda badania i optymalizacji procesu formowania wtryskowego. Metoda ta może również określić wpływ innych parametrów procesu na jakość produktu i określić najlepszą kombinację parametrów. Kilka popularnych metod projektowania eksperymentalnego to pełne eksperymenty czynnikowe, częściowe eksperymenty czynnikowe i analiza powierzchni odpowiedzi.

3. Ciągłe doskonalenie: Realizacja optymalnego rozwiązania w formowaniu wtryskowym zależy od ciągłej optymalizacji procesu formowania wtryskowego. Proces formowania wtryskowego. Regularne monitorowanie i analizowanie danych w procesie produkcyjnym w celu określenia korelacji między jakością produktu a parametrami procesu, a następnie dostosowanie i ulepszenie procesu, może poprawić jakość produktu i wydajność produkcji.

Typowe problemy i rozwiązania w formowaniu wtryskowym PEEK

Niepełne wypełnienie

Niedopełnienie jest częstym problemem w Formowanie wtryskowe PEEK. Jest to spowodowane niską temperaturą wtrysku, ciśnieniem lub temperaturą formy, co skutkuje niewypełnionym PEEK w formie lub wtryskarce. Rozwiązania mogą obejmować zwiększenie temperatury wtrysku, ciśnienia wtrysku, temperatury formy i systemu kanałów. Ponadto ważnym czynnikiem są również bramki. Im więcej jest bramek i im lepiej zmienia się ich położenie, tym lepszy jest efekt wypełnienia.

Wady powierzchni

Spalanie na powierzchni i powstawanie takich zjawisk jak srebrne smugi, pęcherzyki itp. są związane z gazami i substancjami lotnymi w stopionym materiale. Możliwe przyczyny to kwestia suszenia surowca, otworów wentylacyjnych, szybkości wtrysku, a także ciśnienia i temperatury formy. Dzięki odpowiedniemu projektowi odpowietrzenia formy, dobrym parametrom stosowanym w procesie wtrysku, wady powierzchniowe można łatwo zminimalizować.

Wypaczenie produktu

Najczęstszymi przyczynami wypaczenia produktu są nierównomierne chłodzenie materiału i niewłaściwe utrzymywanie ciśnienia. Rozwiązania obejmują równomierne chłodzenie, optymalizację parametrów utrzymywania ciśnienia, rozsądne zaprojektowanie systemu chłodzenia formy i optymalizację struktury produktu. Odpowiedni czas i szybkość chłodzenia mogą zmniejszyć naprężenia wewnętrzne i wypaczenia.

Wady wewnętrzne

Uszkodzenia, w tym puste przestrzenie, linie spoin i rozwarstwienia, które powstają w materiale, wynikają głównie ze słabego przepływu stopionego materiału i różnicowego chłodzenia. Są one dostarczane jako, odpowiednio, poprawa konstrukcji formy, temperatury wtrysku, ciśnienia wtrysku i parametrów trzymania. Okazuje się, że analiza przepływu w formie i optymalizacja eksperymentu mogą znacznie zmniejszyć defekty wewnętrzne i poprawić właściwości mechaniczne oraz niezawodność.

Dokładność wymiarowa

Na dokładność wymiarową wpływa niewłaściwa konstrukcja formy oraz niestabilność parametrów technologicznych procesu wtrysku. Prawdopodobne środki zaradcze obejmują: optymalizację formy, dostosowanie warunków wtrysku i zastosowanie urządzeń wtryskowych o wysokiej dokładności. Idee projektowania eksperymentalnego, a dokładniej ciągłe doskonalenie procesów produkcyjnych, umożliwiają poprawę dokładności i jednorodności wymiarów produktu.

Kontrola jakości

Kontrola jakości surowców

Przy zakupie surowców PEEK konieczne jest wybranie surowców wysokiej jakości, aby wilgoć lub zanieczyszczenia podczas procesu użytkowania nie miały wpływu na wydajność produktu. Analiza składu surowców i testowanie ich właściwości fizycznych są gwarancją jakości i jednorodności surowca.

Kontrola jakości procesu

Zastosowanie zaawansowanych wtryskarek i form oraz ścisła kontrola parametrów procesu wtrysku zapewniają spójność i stabilność produktu. Systemy online, monitorowania i gromadzenia danych mogą być wykorzystywane do pomiaru temperatury, ciśnienia, czasu, a także innych aspektów podczas procesu produkcyjnego, a wszelkie problemy są natychmiast korygowane.

Kontrola jakości produktów

Kontrola właściwości mechanicznych za pomocą testów rozciągania, zginania i udarności oraz obserwacja mikrostruktury i wykończenia powierzchni za pomocą mikroskopów optycznych i SEM. Zapewnienie kompleksowej kontroli jakości przekłada się na jakość i trwałość produktu.

System zarządzania jakością

Ustanowienie i wdrożenie ISO 9001 i ISO 13485 jako systemu zarządzania jakością może zapewnić i monitorować jakość procesu formowania wtryskowego poprzez skuteczne zarządzanie.

Zastosowania formowania wtryskowego PEEK

Lotnictwo i kosmonautyka

PEEK ma wiele zastosowań w przemyśle lotniczym i kosmonautycznym, gdzie jest wykorzystywany m.in. do produkcji wytrzymałych i lekkich elementów i podzespołów do nadbudówek, siedzeń, osprzętu elektronicznego lub pokryw i obudów. PEEK nie ulega degradacji w wysokich temperaturach, jest odporny na chemikalia i ma doskonałe właściwości mechaniczne, co czyni go bardzo ważnym w inżynierii lotniczej.

Urządzenia medyczne

PEEK jest idealny do produkcji implantów, narzędzi chirurgicznych i artykułów dentystycznych ze względu na jego kompatybilność z ciałem i odporność na sterylizację. Ze względu na obojętność chemiczną i odporność na degradację w środowisku ciała, PEEK jest uważany za niezbędny w produkcji urządzeń medycznych.

Produkcja motoryzacyjna

PEEK jest wykorzystywany do produkcji wysokotemperaturowych, wysokowydajnych części silnika, kół zębatych o wysokiej odporności na zużycie i układów wydechowych odpornych na chemikalia. Ponieważ PEEK jest bardzo lekki i bardzo wytrzymały, te właściwości PEEK poprawiają również wydajność paliwową i osiągi pojazdów.

Elektronika i elektryka

PEEK jest stosowany w sektorach elektronicznym i elektrycznym, ponieważ ma dobre właściwości elektryczne i stabilność cieplną, do produkcji złączy o wysokiej izolacji, obudów czujników i osłon kabli. Ze względu na wysoką temperaturę i odporność chemiczną PEEK jest zalecany do zastosowań elektronicznych i elektrycznych.

Urządzenia przemysłowe

Niektóre części i komponenty wykonane z PEEK do zastosowań przemysłowych są odporne na zużycie, wysoką temperaturę i odporność chemiczną, takie jak pompy, zawory i uszczelnienia. Dzięki wysokiej wydajności PEEK zachowuje stabilność i niezawodność, gdy jest używany w nieprzyjaznych warunkach.

Inne aplikacje

PEEK znajduje również zastosowanie w innych dziedzinach, jest używany w artykułach sportowych, sprzęcie AGD i elektronice. Ze względu na wysoką wydajność i wszechstronność, PEEK wykazuje duży potencjał na nowych rynkach.

Wnioski

Ze względu na charakterystyczne właściwości, żywica PEEK jest bardzo poszukiwana w wielu gałęziach przemysłu jako wysokowydajne tworzywo konstrukcyjne. Dzięki zastosowaniu formowania wtryskowego jako naukowej metody produkcji wraz ze sztywnymi gwarancjami jakości, możliwe jest wytwarzanie wysokiej jakości części PEEK. Docelowymi odbiorcami tego artykułu są technicy, którzy angażują się w proces formowania wtryskowego PEEK, aby skorzystać z podanych referencji i zaleceń. Ze względu na ciągłe innowacje technologiczne i rosnący potencjał rynkowy, zastosowanie PEEK w produkcji części z tworzyw sztucznych jest coraz bardziej powszechne. Technologia formowania wtryskowego PEEK będzie miał obiecujące perspektywy w przyszłości.