چرا قالب زدن PEEK بسیار دشوار است و به چه مشخصات پرس نیاز دارد؟

PEEK - پلی اتر اتر کتون - انتهای عملکرد فوق العاده طیف ترموپلاستیک مهندسی را اشغال می کند. خواص مکانیکی آن در دمای بالا، مقاومت شیمیایی آن در تقریباً تمام حلال‌ها و سیالات صنعتی، و زیست سازگاری آن، آن را به ماده انتخابی برای کاربردهایی که هر پلیمر دیگر از کار می‌افتد تبدیل می‌کند. اما همین ویژگی‌هایی که PEEK را منحصربه‌فرد می‌سازد، آن را به یکی از سخت‌ترین ترموپلاستیک‌های فنی برای پردازش تبدیل می‌کند. PEEK به تجهیزات پرس، دمای قالب و شرایط فرآیندی نیاز دارد که اساساً با قالب‌گیری گرمانرم استاندارد متفاوت است و استفاده از تجهیزات ناکافی باعث تولید قطعاتی با خواص آسیب‌دیده می‌شود که تا زمانی که در سرویس‌دهی رخ ندهند هیچ هشداری در مورد خرابی نمی‌دهند.

چه چیزی PEEK را از ترموپلاستیک های مهندسی استاندارد متمایز می کند؟

PEEK یک پلیمر پلی کتون آروماتیک نیمه کریستالی است. عملکرد فوق‌العاده آن - دمای سرویس مداوم 250 درجه سانتی‌گراد، حداکثر مقاومت دمایی کوتاه‌مدت تا 300 درجه سانتی‌گراد، استحکام کششی 100 مگاپاسکال (پر نشده)، مدول خمشی 4.1 گیگا پاسکال، و مقاومت تقریباً در برابر تمام مواد شیمیایی به جز اسید سولفوریک غلیظ - از ترکیب ساختار سفت و سخت آروماتیک مرکب-خط معطر مرسوم ناشی می‌شود. ماتریس

ماهیت نیمه کریستالی PEEK هم بزرگترین دارایی و هم چالش اصلی پردازش آن است. PEEK در یک پنجره دما باریک متبلور می شود: دمای انتقال شیشه ای (Tg) تقریباً 143 درجه سانتی گراد و نقطه ذوب (Tm) تقریباً 343 درجه سانتی گراد است. بین این دماها، PEEK در حالت لاستیکی و بی شکل است. در زیر Tg، کریستالیزاسیون به طور جنبشی مهار می شود - خنک شدن خیلی سریع یک PEEK آمورف با خواص مکانیکی به طور قابل توجهی پایین تر، مقاومت شیمیایی کاهش یافته و عملکرد خستگی پایین تر در مقایسه با PEEK که به درستی متبلور شده است، ایجاد می کند. دستیابی به بلورینگی هدف - معمولاً 30-35٪ کسر کریستالی برای خواص متعادل بهینه - نیاز به کنترل دقیق دمای قالب در محدوده 160 تا 200 درجه سانتیگراد در طول چرخه شکل‌گیری و خنک‌سازی دارد.

نمرات مواد PEEK و پیامدهای قالب گیری آنها

PEEK پر نشده

PEEK تقویت نشده خواص مکانیکی پایه ماتریس پلیمری و بالاترین سازگاری زیستی را فراهم می کند - بدون فیبر یا مواد افزودنی پرکننده که می تواند بر عملکرد ایمپلنت یا دستگاه پزشکی تأثیر بگذارد. PEEK پر نشده استانداردی برای قفس های فیوژن ستون فقرات، ایمپلنت های ارتوپدی و اباتمنت های دندانی است که در آن تماس مستقیم با بافت رخ می دهد. همچنین در تجهیزات پردازش نیمه هادی که آلودگی ناشی از فیبر یا ذرات پرکننده باید از بین برود استفاده می شود. دمای پردازش: دمای مذاب 360-400 درجه سانتیگراد، دمای قالب 160-200 درجه سانتیگراد برای تبلور مناسب.

PEEK تقویت شده با فیبر کربن (CF-PEEK)

افزودن 30 درصد فیبر کربن کوتاه به PEEK به طور چشمگیری سفتی و مقاومت در برابر خستگی آن را افزایش می‌دهد و در عین حال ضریب انبساط حرارتی را کاهش می‌دهد - CF-PEEK را به استانداردی برای براکت‌های ساختاری هوافضا، قطعات ساختاری داخلی هواپیما و اجزای ابزار دقیق دقیق تبدیل می‌کند که در آن پایداری ابعادی در یک محدوده دمایی گسترده حیاتی است. CF-PEEK در فیبر کربن 30 درصد استحکام کششی 210 مگاپاسکال و مدول خمشی 18 گیگا پاسکال را به دست می‌آورد که به طور قابل‌توجهی بیشتر از PEEK پر نشده است. فیبر کربن مقاومت الکتریکی مواد را کاهش می دهد، که ممکن است برای برخی از کاربردها مرتبط باشد.

PEEK تقویت شده با الیاف شیشه (GF-PEEK)

PEEK 30٪ تقویت شده با الیاف شیشه، سفتی بهبود یافته ای را نسبت به PEEK پر نشده فراهم می کند در حالی که خواص عایق الکتریکی و چقرمگی ضربه بالاتر را نسبت به CF-PEEK حفظ می کند. GF-PEEK در محفظه اتصالات الکتریکی، اجزای پمپ، بدنه شیرها و کاربردهای حمل سیال صنعتی که در آن مقاومت شیمیایی و عایق الکتریکی مورد نیاز است استفاده می شود.

PEEK پر از PTFE و گرافیت

افزودن PTFE و گرافیت به PEEK به طور چشمگیری ضریب اصطکاک و سرعت سایش آن را کاهش می‌دهد و PEEK پر شده را به استانداردی برای سطوح تحمل و سایش در کاربردهای با دمای بالا و بار بالا تبدیل می‌کند: دریچه‌های کمپرسور، واشرهای رانش، رینگ‌های پیستون، و بوشینگ‌هایی که در دمایی که یاتاقان‌های PTFE معمولی کار می‌کنند. نرخ سایش PEEK پر شده با PTFE در برابر فولاد می تواند دو تا سه مرتبه قدر کمتر از PEEK پر نشده در شرایط روانکاری باشد.

قالب گیری فشرده سازی PEEK: الزامات فرآیند

دما مورد نیاز

قالب‌گیری فشرده‌سازی PEEK - چه از استوک ورق PEEK (ترموفرمینگ) یا از شارژ گرانول PEEK - به دمای مذاب 360 تا 400 درجه سانتی‌گراد نیاز دارد که 100 تا 150 درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای پردازش گرمانرم‌های مهندسی استاندارد مانند PA یا PPS و 200 تا 250 درجه سانتی‌گراد پلی پروپیلن است. این نیاز دمایی پیامدهای مستقیمی برای طراحی پرس و قالب دارد: تمام اجزای در تماس با مذاب PEEK یا مواد تشکیل دهنده باید به طور مداوم در برابر این دماها مقاومت کنند، از جمله سیستم گرمایش صفحه، ابزار قالب و هر گونه اجزای جابجایی یا تخلیه.

سیستم های گرمایش صفحه پرس استاندارد طراحی شده برای قالب گیری SMC یا LFT-D (حداکثر 200 درجه سانتیگراد) برای پردازش PEEK کاملاً ناکافی هستند. تجهیزات پرس PEEK به سیستم‌های گرمایشی اختصاصی با دمای بالا - گرمایش با مقاومت الکتریکی یا سیستم‌های بخار فشار بالا - نیاز دارند که می‌توانند دمای صفحه را در 160 تا 200 درجه سانتیگراد برای کنترل کریستالیزاسیون حفظ کنند و همزمان دمای سطح قالب را فراهم کنند که در صورت استفاده از پردازش ابزار داغ می‌تواند به 380 تا 400 درجه سانتیگراد در مرحله شکل‌دهی برسد.

فرآیند ترموفرمینگ ورق PEEK

ترموفرمینگ ورق PEEK از یک ورق کامپوزیت PEEK از پیش تثبیت شده (معمولاً CF-PEEK یا GF-PEEK) استفاده می کند که بالای نقطه ذوب در یک کوره یا سیستم گرمایش مادون قرمز جداگانه گرم می شود، سپس به سرعت به پرس فشرده سازی منتقل می شود، جایی که در برابر یک قالب کنترل شده با دما تشکیل می شود. انتقال از اجاق به پرس باید در چند ثانیه انجام شود - ورق PEEK به سرعت گرما را از دست می دهد و تا حدی زیر 300 درجه سانتیگراد متبلور می شود و شکل پذیری خود را از دست می دهد. پرس باید بلافاصله پس از قرار دادن شارژ بسته شود، و سرعت شکل دهی باید برای تکمیل شکل قبل از کاهش دمای ورق به زیر پنجره کریستالیزاسیون کافی باشد.

پس از شکل‌گیری، دمای قالب، نتیجه تبلور را تعیین می‌کند. یک قالب در دمای 160 تا 200 درجه سانتیگراد به PEEK اجازه می دهد تا به آرامی با سرعت مطلوب متبلور شود و حداکثر بلورینگی و بهترین خواص مکانیکی را ایجاد کند. یک قالب سرد (زیر 143 درجه سانتیگراد) PEEK آمورف با خواص پایین تولید می کند. برای کاربردهای هوافضا و سازه‌ای که عملکرد مکانیکی محرک طراحی است، شکل‌دهی حرارتی PEEK ابزار داغ با دمای کنترل‌شده قالب فرآیند مورد نیاز است – نه شکل‌دهی سریع ابزار سرد.

قالب گیری فشرده سازی PEEK از گرانول یا پودر

برای اجزای PEEK با هندسه سه بعدی پیچیده که نمی توانند از ورق تشکیل شوند، قالب گیری فشاری از گرانول های PEEK یا شارژ پودر در یک قالب کاملاً گرم شده فرآیند جایگزین است. قالب از قبل تا 380-400 درجه سانتیگراد گرم می شود، شارژ PEEK در حفره قرار می گیرد، پرس بسته می شود و PEEK ذوب می شود، جریان می یابد و حفره تحت فشار را پر می کند. سپس قالب تحت فشار ثابت از طریق پنجره کریستالیزاسیون (300 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد) با سرعت کنترل شده خنک می شود و سپس به دمای قالب گیری می رسد. این فرآیند به پرس‌هایی نیاز دارد که هم قادر به گرم کردن قالب در دمای بالا و هم خنک‌سازی کنترل‌شده تحت فشار باشند - یک نیاز مدیریت حرارتی به‌طور قابل‌توجهی نسبت به قالب‌گیری استاندارد گرمانرم یا ترموست.

مشخصات مطبوعات مورد نیاز برای قالب گیری PEEK

برنامه هایی که سرمایه گذاری PEEK Molding را توجیه می کنند

اجزای ساختاری هوافضا

قطعات کامپوزیتی CF-PEEK در سازه‌های هواپیما - براکت‌ها، گیره‌ها، اتصالات مسیر صندلی، قاب‌های پانل دسترسی، اتصالات تیرهای کف - سفتی خاص قابل رقابت با آلومینیوم را با کاهش وزن 40 تا 50 درصد، بدون خطر خوردگی، بدون خستگی ناشی از جفت گالوانیکی الکتروشیمیایی با قابلیت بازیافت پوسته‌های کامپوزیت فیبر کربن، ارائه می‌دهند. حق بیمه هزینه PEEK در مقابل کامپوزیت‌های گرماسخت استاندارد هوافضا (پیش‌آب‌سازی فیبر کربن) با زمان چرخه کوتاه‌تر قالب‌گیری فشرده در مقابل پخت اتوکلاو توجیه می‌شود، که می‌تواند به چندین ساعت در هر قسمت برای ورقه‌های پیش آغشته شود.

تجهیزات پزشکی و اجزای ایمپلنت

ترکیب زیست سازگاری PEEK (مطابق با ISO 10993)، شفافیت رادیویی (تصویربرداری با اشعه ایکس را مسدود نمی کند)، مدول نزدیک به استخوان قشر مغز (3 تا 18 GPa بسته به تقویت) و مقاومت در برابر استریلیزاسیون (اتوکلاو، گاما، ETO) آن را به ماده استاندارد برای دستگاه‌های فیکساسیون صفحه ستون فقرات، دستگاه‌های فیکس‌کردن بین‌بدنی ستون فقرات، دستگاه‌های بین‌بدنی و فوم PEEK تبدیل می‌کند. اجزاء بازار تجهیزات پزشکی هزینه های بالای مواد و پردازش PEEK را می پذیرد زیرا هیچ پلیمر جایگزینی همه این الزامات را به طور همزمان برآورده نمی کند.

تجهیزات ساخت نیمه هادی و الکترونیک

مقاومت شیمیایی PEEK در برابر مواد شیمیایی پردازشی مورد استفاده در ساخت نیمه هادی ها - اسیدها، حلال ها، پلاسما، محیط های پردازش با دمای بالا - و تولید ذرات بسیار کم آن، آن را به ماده ساختاری استاندارد برای وسایل جابجایی ویفر، اجزای محفظه فرآیند و سیستم های جابجایی سیال در کارخانه های نیمه هادی تبدیل کرده است. پایداری ابعادی CF-PEEK در تلورانس های سخت مورد نیاز در اتوماسیون جابجایی ویفر یک مزیت اضافی نسبت به فلزات است که از نظر حرارتی گسترش می یابند و نیاز به جبران در سیستم های موقعیت یابی دقیق دارند.

سوالات متداول

آیا دستگاه های قالب گیری تزریقی استاندارد می توانند PEEK را پردازش کنند؟

بله - PEEK را می‌توان با قالب‌گیری تزریقی روی ماشین‌هایی با مواد بشکه و پیچ مناسب با درجه حرارت مذاب 400 درجه سانتی‌گراد، و با کنترل دمای قالب گرم شده که قادر به حفظ دمای تبلور 160 تا 200 درجه سانتی‌گراد است، پردازش کرد. ماشین های قالب گیری تزریقی استاندارد با پیچ های فولادی استاندارد، بشکه ها و قالب های گرم نشده برای پردازش PEEK مناسب نیستند. تجهیزات کلیدی مورد نیاز عبارتند از: یک بشکه و پیچ با دمای بالا (فولاد دو فلزی یا ابزار)، کنترل دمای قالب تا 200 درجه سانتیگراد، و دانش پردازش پنجره کریستالیزاسیون باریک PEEK. برای قطعات پیچیده سه بعدی در حجم های کوچک تا متوسط، قالب گیری تزریقی PEEK عملی است. برای قطعات مسطح یا با کانتور متوسط ​​به شکل ورق برای کاربردهای هوافضا یا ساختاری، قالب‌گیری فشاری و شکل‌دهی حرارتی مناسب‌تر است.

تفاوت بین ترموفرمینگ ورق PEEK و قالب گیری فشرده سازی PEEK چیست؟

ترموفرمینگ ورق PEEK از یک ورق مسطح از پیش تثبیت شده از کامپوزیت PEEK (معمولا CF-PEEK یا GF-PEEK) شروع می شود، آن را بالاتر از نقطه ذوب حرارت می دهد و آن را در یک مرحله شکل دهی سریع در یک پرس با دمای کنترل شده تشکیل می دهد. این فرآیند برای قطعات با ضخامت نسبتاً یکنواخت و انحنای متوسط ​​- براکت‌های هوافضا، گیره‌های ساختاری، صفحات پزشکی - که در آن معماری فیبر پیوسته ورق تلفیقی، خواص مکانیکی برتر را در مقایسه با شارژ قالب‌گیری‌شده ارائه می‌کند، بهینه است. قالب گیری فشاری PEEK از گرانول یا پودر از مواد خام فرآوری نشده شروع می شود و اشکال سه بعدی پیچیده را در یک قالب کاملاً گرم شده تشکیل می دهد - از نظر هندسی انعطاف پذیرتر است اما قطعاتی با معماری الیاف کوتاه تصادفی تولید می کند تا معماری همسو یا شبه همسانگرد ورق تلفیقی. انتخاب بین این دو در درجه اول به هندسه بخش و معماری فیبر مورد نیاز برای طراحی سازه بستگی دارد.

چگونه PEEK با تیتانیوم برای براکت های هوافضا مقایسه می شود؟

براکت‌های CF-PEEK با 30 درصد تقویت‌کننده فیبر کربن به سختی خاصی (سختی تقسیم بر چگالی) قابل مقایسه با تیتانیوم می‌رسند و در عین حال چندین مزیت عملی را ارائه می‌دهند: عدم خطر خوردگی گالوانیکی در هنگام تماس با پوسته‌های کامپوزیت فیبر کربن (تیتانیوم نیز این مزیت را نسبت به آلومینیوم دارد، اما PEEKposite رابط فلزی را حذف می‌کند). شفافیت الکترومغناطیسی (بدون اثر محافظ RF)؛ و توانایی قالب‌گیری هندسه پیچیده با ویژگی‌های یکپارچه در یک قسمت واحد، از بین بردن مونتاژ چند تکه مورد نیاز برای براکت‌های تیتانیومی ماشین‌کاری شده. نقطه ضعف آن هزینه مواد و ابزارآلات بیشتر برای مقادیر کم و استحکام کمتر در داخل صفحه نسبت به تیتانیوم برای اتصالات نقطه ای با بارگذاری بالا است که در آن تنش یاتاقان محرک طراحی است. برای گیره‌های سازه‌ای با بارگذاری کم، فیرینگ‌ها و قاب‌های پانل دسترسی، CF-PEEK به‌طور فزاینده‌ای به عنوان جایگزین تیتانیوم در سازه‌های داخلی هواپیما مشخص می‌شود.

پرس ترموفرمینگ ورق PEEK | پرس قالب گیری PEEK | راه حل های صنعت هوافضا | راه حل های صنعت خودرو | تماس با ما