Что такое PEEK – полное руководство
2025-07-08
PEEK, что означает полиэфирэфиркетон, представляет собой полукристаллический пластиковый материал, как и материал PVDF, но он принадлежит к другому семейству, называемому полиарилэфиркетонами (PAEK). Известно, что пластики этого семейства обладают необычным сочетанием полезных технических свойств, некоторые из которых включают термическую стабильность, химическую и горючую стойкость, хорошую электроизоляцию и высокую температуру плавления. Это сочетание делает их уникальными и полезными для множества применений.
Хорошая часть заключается в том, что кристаллическая структура этих полимеров позволяет сохранять все эти свойства при температурах, близких к их точке плавления.
Помимо этого, есть и другие вещи, которые вам нужно знать о полимере PEEK. Конечно, поскольку у него есть некоторые хорошие стороны, у него можно назвать и некоторые ограничения. В этой статье мы расскажем вам обо всем, что вам нужно знать об этом выдающемся полимере с множеством технических свойств.
Что такое ПЭЭК?
источник: Dechengwang
PEEK — бесцветный органический термопластичный материал из семейства PAEK, в которое входят другие пластиковые материалы, такие как PEK, PEEKK, PEKK и PEKEKK. PEEK, который является наиболее широко используемым и производимым материалом PAEK в больших масштабах, был впервые обнаружен в ноябре 1978 года, прежде чем был представлен на рынке компанией Victrex PLC, ранее известной как Imperial Chemical Industries (ICI) в начале 1980-х годов.
Материал PEEK, который является полукристаллическим, обладает сильными механическими и химическими стойкими свойствами, что делает его пригодным для высоких температур. Кристалличность, а также механическая и химическая структура PEEK могут зависеть от условий обработки, используемых при его изготовлении.
Стандартные полимеры PEEK имеют прочность на разрыв в диапазоне от 90 до 100 МПа и модуль Юнга 3,6 ГПа. Хотя температура стеклования составляет около 143 градусов Цельсия, температура плавления — 340 градусов Цельсия, а возможность постоянного использования при температуре 250 градусов Цельсия — 250 градусов Цельсия. Согласно рейтингам воспламеняемости стандарта UL 94, материал PEEK имеет рейтинг V-0, поскольку он не выделяет много дыма и вредных газов при воздействии пламени.
PEEK обладает высокой устойчивостью к водным и органическим средам, а также к термическому износу. При высоких температурах галогены, сильные кислоты, а также некоторые галогенированные химикаты и алифатические углеводороды воздействуют на него. При нормальной температуре он полностью растворяется в концентрированной серной кислоте.
Хотя PEEK может поставляться в виде композита, стекловолокна или армированного углеродным волокном, неармированный PEEK, как известно, обеспечивает наивысшее удлинение и прочность среди всех марок материалов PEEK.
Полимер PEEK — один из немногих полимеров, который можно использовать в приложениях, требующих сверхвысокого вакуума. Некоторые из других изделий, которые он использует, — это подшипники, насосы, поршневые детали, клапаны, пластины компрессоров и кабельные изоляторы. Это альтернатива фторполимеру, которая очень долговечна, особенно в сложных приложениях.
Довольно много отраслей, включая аэрокосмическую, автомобильную и химическую перерабатывающую промышленность, используют преимущества свойств материала PEEK. Однако он очень дорогой, поэтому некоторые отрасли используют альтернативные полимеры и методы, такие как методы обработки PTFE.
Свойства и эксплуатационные характеристики PEEK
источник: Dechengwang
Вот основные свойства PEEK, которые делают его одним из самых обсуждаемых полимеров.
-PEEK обладает высокой прочностью на разрыв, которую можно значительно увеличить, добавив углеродное волокно в качестве армирования, тем самым достигнув общего значения около 29 000 фунтов на квадратный дюйм (200 МПа).
-Даже когда материал PEEK подвергается воздействию чрезвычайно высокой температуры около 300 градусов по Цельсию, значительная часть прочности сохраняется.
-Хотя PEEK известен как твердый материал, его модуль изгиба можно улучшить, добавив армирование, такое как стекло или углеродное волокно. Это не только делает полимер PEEK более гибким, но и улучшает его другие свойства, такие как сопротивление усталости и теплопроводность.
-PEEK очень устойчив к ползучести, что означает, что он не деформируется навсегда при сильном механическом напряжении.
-В ситуациях, когда материал должен выдерживать большие нагрузки в течение длительного времени при высоких температурах без постоянной деформации, сочетание его характеристик изгиба и растяжения обеспечивает выдающийся баланс.
-По сравнению с другими пластиковыми материалами PEEK выделяет значительно меньше вредного дыма при воздействии пламени. Он имеет LOI 35% и рейтинг воспламеняемости V-0 1,45 мм.
-PEEK обладает высоким поверхностным и объемным сопротивлением, что означает, что в широком диапазоне температур и различных условиях окружающей среды он по-прежнему будет обладать сильными изоляционными свойствами.
-Его кристалличность повышает его устойчивость к широкому спектру жидкостей, а также повышает его усталостные характеристики.
-Он обладает высокой устойчивостью к биодеградации. PEEK не растворяется обычными растворителями. Он не подвергается процессу гидролиза, что означает, что его можно использовать в паре или воде под высоким давлением в течение длительного времени без существенного ухудшения свойств.
-Другие свойства и характеристики включают низкое трение, большую размерную стабильность, хорошие изоляционные свойства, исключительную стойкость к стерилизации при высоких температурах, биосовместимость, долговечность и внутреннюю чистоту.
| Общие свойства | Соответствует требованиям FDA по контакту с пищевыми продуктами | Хорошая размерная стабильность при высокой температуре | Устойчив к усталости | Устойчив к высокоэнергетическому излучению |
| Excellent wear & friction behavior | Хорошая электрическая прочность | Огнестойкий | Стерилизуется радиацией и теплом | |
| Низкая проницаемость | Высокая механическая прочность, жесткость и сопротивление ползучести | Отличная химическая стойкость | Низкий уровень абразивного износа на сопряженной поверхности из мягкого металла | |
| Физические свойства | Плотность (удельный вес) | ASTM D-792 | g/cm3 (gm / cc) | 1.30 – 1.32 |
| Водопоглощение (макс.) 24 часа | ASTM D-570 | % | 0.1 | |
| Воспламеняемость | – | V-0 | ||
| Механические свойства | Предел прочности | ASTM D-638 | MPA | Равно или больше 95 |
| Удлинение разрыва | ASTM D-638 | % | Равно или больше 10 | |
| Модуль упругости при растяжении | ASTM D-638 | Gpa | 3.3 – 4 | |
| Твёрдость по Шору | ASTM D-2240 | Шор Д | Равно или больше 80 | |
| Твердость по шкале Роквелла М | ASTM D785 | Роквелл | Равно или больше 90 | |
| Тепловые свойства | Пиковая температура плавления | ASTM D-3418 | oC | 340 – 343 |
| Теплопроводность при 23oC | ASTM E-1530 | W/mK | 0.25 | |
| Температура изгиба, 1,8 МПа неотожженный | ASTM D-648 | oC | 157 | |
| Относительный тепловой индекс – электрический | UL746B | oC | 260 | |
| Относительный тепловой индекс – механический без воздействия | UL746B | oC | 240 | |
| Относительный тепловой индекс – механический с ударом | UL746B | oC | 180 | |
| Электрические свойства | Электрическая прочность, толщина 2 мм | ASTM D-149 | Kv/mm | 22 |
| Поверхностное сопротивление | ASTM D-258 | ohm | >1017 | |
| Объемное удельное сопротивление | ASTM D-257 | ohm cm | >1017 |
Ограничения ПЭЭК
источник: Dechengwang
-Когда PEEK перегревается и горит, выделяется оксид углерода и диоксид углерода. Если условия пожара не способствуют этому, может образоваться несколько токсичных разложений.
-Чаще всего невозможно перерабатывать материалы PEEK, что означает, что всегда остается много отходов. В некотором смысле это нерентабельно. Отходы утилизируются путем захоронения или сжигания в мусоросжигательной печи.
-Его можно перерабатывать надлежащим образом только при высоких температурах.
-Некоторые кислоты, такие как концентрированная серная, Несмотря на все свойства и преимущества PEEK, у него есть некоторые заметные недостатки. Вот они:
азотная и хромовая, присоединяются к нему. PEEK также подвергается воздействию галогенов и натрия.
-Он имеет низкую устойчивость к ультрафиолетовому излучению.
-Материал PEEK дорогой и в основном используется для чрезвычайно сложных применений.
Производство полиэфирэфиркетона
источник: Dechengwang
Полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) можно получить с помощью нескольких промышленных технологий. Наиболее распространенная технология, используемая для получения ПЭЭК, заключается в том, что бисфенолят реагирует с дифторбензофеноном.
ПЭЭК нерастворим, что требует точных условий реакции во время его синтеза. Его можно получить путем нуклеофильного замещения гидрохинона на 4,4’-дифторбензофенон в присутствии безводного карбоната калия при воздействии микроволнового излучения для получения хорошего выхода. Эта процедура проводится в трехгорлой колбе, оснащенной ловушкой Дина-Старка, конденсатором, впускным отверстием для азота и механической мешалкой.
Необходимые компоненты: 1,31 грамма 4,4’-дифторбензофенона, 0,66 грамма гидрохинона и 1,24 грамма K2CO3, которые необходимо вылить в смесь 15 мл растворителей и 35 мл толуола. Для удаления воды используется толуол.
Затем колбу помещают в микроволновое устройство с максимальной выходной мощностью 700 Вт и частотой 2455 МГц. Эту процедуру необходимо проводить при постоянном перемешивании в среде азота. После этого смесь следует нагревать с обратным холодильником в течение 20 минут при температуре от 80 до 110 градусов Цельсия.
Затем для удаления воды, образующейся в ходе синтеза фенолята, используется азеотропная дистилляция. После удаления воды температуру следует повысить до 110–130 градусов Цельсия в течение следующих 15 минут. На этом этапе также удаляется толуол. При этом температуру можно повысить до 180–200 градусов Цельсия.
Теперь реакцию оставляют охлаждаться при комнатной температуре, а полимер получают путем осаждения из воды. Полимер кипятят с водой и подвергают экстракции Сокслета с использованием метанола. При очистке полимера необходимо соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что растворитель и неорганическая соль полностью удалены. На этом этапе полимер подвергается вакуумной сушке при температуре 100 градусов по Цельсию в течение 24 часов.
Переработка полимеров PEEK
источник: Dechengwang
Для обработки полимеров PEEK можно использовать традиционные методы, такие как литье под давлением, экструзия и 3D-печать. Однако следует отметить, что используемый метод так или иначе повлияет на кристалличность и механические свойства полимера PEEK.
Важные моменты, которые следует учитывать при обработке полимеров PEEK:
-Материал PEEK следует сушить в течение e часов при температуре 150 градусов Цельсия или в течение 2 часов при 180 градусах Цельсия. Это помогает уменьшить любые дефекты формования, которые могут возникнуть во время обработки.
-Температурный диапазон, необходимый для обработки PEEK, составляет от 370 до 420 градусов Цельсия.
-Во время обработки PEEK не выделяются едкие газы.
Ниже описаны три основных способа обработки полимеров PEEK.
Литье под давлением
-Соответствующий диапазон температур пресс-формы для получения хорошей кристаллизации и уменьшения коробления составляет от 160 до 190 градусов Цельсия.
-Вы можете выполнить посткристаллизацию материала при 200 градусах Цельсия, но этот процесс не рекомендуется для применений, требующих высокой размерной стабильности.
-Литье под давлением ПЭЭК подходит для небольших деталей, требующих жестких допусков размеров.
-Диапазон давления впрыска составляет от 70 до 140 МПа.
-Усадка незаполненной формы составляет от 1,2 до 2,4%, а усадка заполненной формы — от 0,1 до 1,1%.
Экструзия
-Влияние температуры охлаждения на кристалличность и эксплуатационные характеристики материала очень сильное.
-Охлаждающие цилиндры при 50 градусах Цельсия производят полупрозрачный аморфный материал при экструзии пленки и листа.
-Когда охлаждающие цилиндры достигают температуры 170 градусов по Цельсию, они приводят к получению непрозрачных и высококристаллических материалов.
-Используя метод экструзии, можно производить ориентированные и биориентированные пленки.
3D-печать
Благодаря уникальным свойствам PEEK его можно обрабатывать с помощью 3D-печати даже в сложных геометрических формах, что невозможно с другими материалами. Для выполнения 3D-печати PEEK используются методы моделирования методом послойного наплавления (FDM) или изготовления методом послойного наплавления нитей (FFF).
-Температура сопла должна быть в диапазоне от 360 до 400 градусов по Цельсию.
-Нагреваемая платформа при температуре 120 градусов по Цельсию.
Применение ПЭЭК
источник: Dechengwang
Материалы PEEK используются в нескольких областях. Некоторые из них перечислены ниже.
-Наиболее распространенной областью применения PEEK является производство оборудования для улучшения взаимодействия сухих и смазанных поверхностей в машинах. Это оборудование также обеспечивает превосходные усталостные качества, отличные механические характеристики в широком диапазоне температур и простоту обработки. Некоторые из этих видов оборудования — это шайбы, подшипники, тормозные и кондиционерные системы, поршневые узлы под капотом и уплотнения (уплотнения из ПТФЭ также высоко оценены).
-PEEK используется для изготовления критически важных деталей двигателя, поскольку материал может выдерживать высокие температуры и давление. Он также используется для трибологического взаимодействия контактов смазанных и сухих материалов.
-Полимер PEEK используется для защиты от дождевой эрозии внешних деталей самолета.
-Он используется во внутренних частях самолетов для защиты от пожароопасности. PEEK обладает присущей ему огнестойкостью, низким дымообразованием и сниженным выбросом вредных газов, что помогает защитить жизни и имущество от возгораний.
-PEEK используется для производства гофрированных трубок для закрепления проводов и волоконно-оптических нитей.
-Постепенно полимер PEEK заменяет алюминий для производства ручек стоматологических шприцев и стерильных коробок, в которых хранятся файлы.
-Полимер используется для сложных применений в секторе здравоохранения, поскольку он может выдерживать до 3000 циклов стерилизации в автоклаве даже при температуре 134 градуса Цельсия.
-Он используется для применений, которые подвергаются воздействию пара, горячей воды, растворителей и химикатов. PEEK обладает большой механической прочностью, выдающейся стойкостью к растрескиванию и гидролитической стабильностью, что позволяет ему выдерживать суровые и абразивные условия.
-Этот полимер обеспечивает повышенную биосовместимость несущих нагрузку имплантатов.
-PEEK используется для изготовления деталей с долговременной эксплуатационной надежностью в широком диапазоне температур, давлений и колебаний частоты.
-Собственная чистота PEEK в сочетании с его механической и химической стабильностью снижает загрязнение и повышает безопасность при работе с кремниевыми пластинами.
-Благодаря своим выдающимся термическим свойствам он выдерживает высокие температуры, которым они подвергаются во время пайки.
Распространенные детали PEEK для промышленного применения
Вот некоторые отрасли, в которых используются детали PEEK.
Автомобильная промышленность
Источник: Shutterstock
Детали из PEEK, такие как уплотнения, шайбы и подшипники, используются в автомобильной промышленности для замены все более шумных и тяжелых компонентов с каждым днем. С ростом тенденции к использованию небольших компонентов двигателей этот полимер используется для замены металлов и других тяжелых компонентов. PEEK обладает прекрасными механическими свойствами, что делает его пригодным для широкого диапазона температур.
Аэрокосмическая промышленность
Источник: Shutterstock
Раньше алюминий был известен как единственный материал, используемый в аэрокосмической промышленности. Но теперь материалы PEEK и его композиты вытесняют алюминий. Большое количество компонентов с жесткими допусками может быть экономически эффективно произведено без дополнительной сборки или модификации.
Медицинская и оздоровительная промышленность
Источник: Shutterstock
PEEK используется для производства медицинских деталей, таких как стоматологические инструменты, эндоскопы и диализаторы. Эти детали являются экономически эффективными, инновационными с превосходной износостойкостью, термической, химической и электрической стойкостью, что делает их пригодными для всех медицинских применений.
Электротехническая и электронная промышленность
Источник: Shutterstock
Основные детали из ПЭЭК, используемые в электротехнической и электронной промышленности, — это электроизоляторы. Он применяется в ситуациях, требующих высоких температур, например, в паяльных машинах. Некоторые другие используемые детали из ПЭЭК — это коаксиальные разъемы, которые используются в телефонных комплектах громкой связи.
Другие промышленные применения деталей из ПЭЭК:
-Детали из ПЭЭК в настоящее время используются в приложениях, контактирующих с пищевыми продуктами.
-Для регенеративных насосов ПЭЭК используется для замены нержавеющей стали при изготовлении рабочих колес. Он обеспечивает значительное снижение износа и шума.
-В современной технологии соединений детали из ПЭЭК также используются в трубных и шланговых муфтах. Они способны выдерживать высокое давление до 25 000 фунтов на квадратный дюйм и температуру до 260 градусов по Цельсию.
PEEK против PTFE
PVDF и PTFE — два важных промышленных полимерных материала, которые состоят из большого количества мономерных звеньев. Однако между этими двумя полимерами есть некоторые заметные различия.
В следующей серии параграфов мы изложим их различия. Но перед этим давайте быстро вспомним, что такое PEEK, а затем углубимся в то, что такое PTFE. После этого мы перейдем к их различиям.
PEEK
Источник:Dechengwang
PEEK — это высокопроизводительный полукристаллический конструкционный термопластик, который демонстрирует исключительную стойкость к химикатам, низкое влагопоглощение, огнестойкость, превосходную механическую прочность в широком диапазоне температур и размерную стабильность. Более того, его кристаллическая природа способствует его исключительным свойствам.
Полимер PEEK прочный, твердый и жесткий, с исключительным сопротивлением ползучести, поэтому он используется в сложных приложениях, где термические, химические и горючие свойства имеют решающее значение для производительности. При использовании в условиях высокого давления и температуры PEEK сохраняет свою жесткость и прочность.
PTFE
Источник:Dechengwang
PTFE, который обычно называют по его торговому названию «тефлон», означает политетрафторэтилен. Это синтетический полимер с особыми свойствами, которые делают его ценным промышленным материалом, используемым для различных целей. К этим свойствам относятся высокая устойчивость к химическим веществам и температуре, долговечность и диэлектрические свойства.
Это распространенный материал, используемый для изготовления повседневных товаров, таких как антипригарные сковороды, детали автомобилей, медицинские приборы и многое другое.
Различия между PEEK и PTFE
Вот различия, которые можно найти между деталями, обработанными PEEK, и деталями, обработанными PTFE.
| Параметр | PEEK | PTFE |
| Предел прочности | 90 – 100 MPa | 25 – 35 MPa |
| Удлинение | 30% – 40% | 350% – 400% |
| Модуль упругости при изгибе | 3900 MPa | 495 MPa |
| Температурная стойкость | Приблизительно 250oC | Приблизительно 250oC |
| Химическая стойкость | Уязвимая серная кислота | Практически инертный |
| Коэффициент трения | 0.35 – 0.45 | 0.03 – 0.05 |
| Прочность на сжатие | 140 MPa | 30 – 40 MPa |
| Диэлектрическая прочность | 50 Kv/mm | 50 – 150 Kv/mm |
| Обрабатываемость | Отличный | Хороший |
| Расходы | Очень дорого | Умеренно дорогой |
Индивидуальные детали из PEEK для вашего применения
Dechengwang предлагает широкий ассортимент деталей из PEEK, обладающих прекрасными свойствами и характеристиками, такими как превосходная химическая стойкость, низкое влагопоглощение, хорошая износостойкость и стойкость к истиранию, прочность при высоких температурах, исключительная стабильность, исключительная радиационная стойкость, низкая воспламеняемость и многое другое. Мы изготавливаем индивидуальные детали из PEEK, которые применяются во многих отраслях промышленности, таких как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, медицина, электротехника и электроника.
Помимо PEEK, наши производственные возможности распространяются на широкий спектр материалов, включая PTFE, PVDF, PFA и PCTFE. Среди всех других производителей компонентов из PEEK и PTFE мы высоко ценимся за предоставление уникальных изделий, которые подходят для различных областей применения. Некоторые из них — изоляторы, уплотнения, сильфоны, лабораторное оборудование, втулки, трубки, стержни, пленки и листы.
Заключение
Полимер PEEK — это высокотемпературный полукристаллический материал, который используется в областях, где требуются химические и суровые условия. Этот полимер имеет так много внутренних свойств, которые выделяют его среди других полимеров. Он используется в нескольких отраслях для различных применений. Однако он страдает от одного большого недостатка — его стоимости. Он относительно дороже большинства полимеров.
