کتون پلی اتر اتر (PEEK) بخشی از یک کلاس بزرگتر از ترموپلاستیک های نیمه کریستالی به نام پلی آریل اتر کتون ها (PAEKs) است. PAEK ها دارای مجموعه ای از خواص مهندسی مفید مانند پایداری حرارتی (بسیار مهم در پلاستیک)، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر احتراق، نقطه ذوب بالا، عایق الکتریکی خوب و سایر خواص مکانیکی هستند. به طور منحصر به فرد، تمام این خواص در دمای نزدیک به نقطه ذوب خود به دلیل ساختار کریستالی این پلیمرها حفظ می شوند.

پلی اترکتون ها (PEEKs) خواص مفیدتری مانند مقاومت در برابر هیدرولیز حتی در دماهای بالا دارند، اما در مقابل آسیب های ناشی از اشعه ماوراء بنفش نیز مقاومت ضعیفی دارند. PEEK ها را می توان با فرآیندهای رایج شناخته شده مانند قالب گیری و اکستروژن ساخت. PEEK رایج ترین عضو پلی کتون های معطر است.

در این مقاله با موارد زیر آشنا خواهید شد:

• خواص پلی اتر اتر کتون
• تولید و فرآوری پلی اتر اتر کتون
• کاربردهای پلی اتر اتر کتون
• نمرات و استانداردهای پلی اتر اتر کتون

با حسن نیت از Crafttech.

خواص پلی اتر اتر کتون

نام شیمیایی PEEK Poly (oxy-1، 4-phenyleneoxy-1، 4-phenylenecarbonyl-1، 4-phenylene) است. نقطه ذوب آن 343 است^oC. PEEK دارای استحکام کششی بالایی است که با تقویت با الیاف کربن به مقدار زیادی بهبود می یابد و به مقدار 29000 psi (200 مگاپاسکال) می رسد. درصد زیادی از این استحکام حتی در دماهای بالا تا تقریباً 300 حفظ می شود^oC. PEEK یک ماده سفت و سخت است، اما مدول خمشی آن را می توان با تقویت آن با شیشه یا فیبر کربن، که در نتیجه خواص دیگری مانند مقاومت در برابر خستگی و هدایت حرارتی را افزایش می دهد، حتی بیشتر بهبود بخشید.

PEEK همچنین در برابر خزش، تمایل یک ماده به تغییر شکل دائمی تحت تأثیر استرس مکانیکی دائمی، بسیار مقاوم است. PEEK می‌تواند بار نسبتاً بالایی را برای دوره‌های طولانی و در دماهای بالا بدون تغییر شکل دائمی تحمل کند. هنگامی که PEEK در معرض شعله قرار می گیرد، مقدار قابل توجهی دود سمی در مقایسه با سایر پلیمرها تولید می کند.

میز 1. ویژگی های PEEK [1]

تولید و فرآوری پلی اتر اتر کتون

PEEK از طریق واکنش جایگزینی نوکلئوفیل معطر نمک پتاسیم هیدروکینون و 4,4′-دی فلوروبنزوفنون ساخته می شود که در شکل زیر نشان داده شده است. [2].

شکل 1. آماده سازی PEEK

تعدادی از آزمایشگاه‌ها تنها توانستند نسخه‌ای از PEEK را تولید کنند که وزن مولکولی آن کم بود، زیرا به دلیل تبلور و رسوب آن از محلول بود. بعداً شرکتی که اکنون با نام Victrex شناخته می شود، حلال معمولی را به حلال با دمای جوش بالا (نزدیک به نقطه ذوب PEEK) مانند دی فنیل سولفون تغییر داد و PEEK با وزن مولکولی بالا تولید شد. این نسخه توسط Victrex با نام تجاری خود در سال 1980 تجاری شد. با توجه به پایه پلیمری آروماتیک سفت PEEK، در دماهای بالا تغییر می کند و آن را در کاربردهای با دمای بالا تا 240 درجه سانتی گراد قابل استفاده می کند.

PEEK را می توان با روش های مرسوم مورد استفاده برای پردازش پلاستیک های دیگر مانند قالب گیری تزریقی، اکستروژن، قالب گیری دمشی و ترموفرمینگ پردازش کرد. این فرآیندها ممکن است بر خواص مکانیکی پلیمر تأثیر بگذارند زیرا تأثیر مستقیمی بر کریستالی بودن آن دارند. دمای 370^oC تا 420^oC برای ذوب PEEK فرآیند مورد نیاز است. PEEK همچنین می تواند از طریق ساخت فیلامنت ذوب شده، FFF، پرینت سه بعدی شود. جذب رطوبت کم آن باعث می شود کاندیدای بهتری برای چاپ سه بعدی نسبت به سایر پلیمرها باشد.

چاپگرهای اختصاصی سه بعدی PEEK برای چاپ این ماده پیچیده با اکسترودرها و صفحات ساختمانی با دمای بالا و همچنین محفظه های ساختمانی بسته و گرم شده وجود دارد.

کاربردهای پلی اتر اتر کتون

صنعت خودرو

روند رو به رشدی برای جایگزینی بیشتر و بیشتر قطعات فلزی با قطعات پلاستیکی یا مواد دیگری مانند فیبر کربن وجود دارد. خواص مکانیکی PEEK در محدوده دمایی وسیع، آن را در ساخت اجزای خودرو مانند مهر و موم، واشر و یاتاقان مفید می کند.

صنعت هوافضا

اگرچه آلومینیوم ماده انتخابی برای صنعت هوافضا است، PEEK همچنان می تواند در برخی از هواپیماها کاربرد داشته باشد زیرا از آلومینیوم سبک تر است. تنها اشکال این است که ساخت PEEK بسیار گران است، اما بازیافت آن حتی بهتر از آلومینیوم است.

کاربردهای پزشکی

PEEK در اکثر حلال های پلیمری نامحلول است و همچنین تحت هیدرولیز قرار نمی گیرد، حتی در دماهای بالا. این، همراه با بی‌اثر بودن نسبی PEEK در برابر واکنش‌های شیمیایی، به این معنی است که برای کاربردهای زیست پزشکی که در آن عقیم‌سازی ثابت در دماهای بالا مهم است، عالی است. همچنین زمانی که با الیاف کربن تقویت شده باشد به عنوان ایمپلنت دندان کاربرد پیدا می کند. [3]

برنامه های کاربردی برق/الکترونیک

PEEK یک عایق الکتریکی عالی است و خواص مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می کند. بنابراین می تواند در ابزارهای الکتریکی که در دماهای بالا کار می کنند، مانند ماشین های لحیم کاری، کاربرد پیدا کند.

برنامه های کاربردی آینده

PEEK پس از تایید سازمان غذا و داروی ایالات متحده پتانسیل در صنعت بسته بندی مواد غذایی دارد. همچنین جایگزین فولاد ضد زنگ در چرخ‌های پروانه برای پمپ‌های احیا می‌شود زیرا نویز کمتر و مقاومت در برابر سایش را بهبود می‌بخشد.

نمونه هایی از درجه ها و استانداردهای پلی اتر اتر کتون

PEEK، مانند فولاد، دارای گریدهای زیادی است که برای عملکردهای خاص خاصی توسعه یافته اند. اینها تحت نام های تجاری با خواص مکانیکی، حرارتی و شیمیایی آنها که برای انتخاب برای کاربردهای مختلف منتشر شده اند، فهرست شده اند. نمونه هایی از این نمرات در زیر آمده است:

ویرجین PEEK

این PEEK در شکل خالص آن است که برای هیچ برنامه خاصی اصلاح نشده است.

پلی اتر کتون تقویت شده عمومی (PEEK+CF30)

این PEEK 30٪ با فیبر کربن تقویت شده است و در صنعت مراقبت های بهداشتی در ساخت تجهیزات جراحی و سایر تجهیزات پزشکی کاربرد دارد. از ویژگی های کلیدی آن می توان به مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خستگی و مقاومت شیمیایی در برابر مواد آلی، اسیدها و بازها اشاره کرد.

فیلم APTIV® 1100 Series 100μm 30% مواد معدنی پر شده است

این سری ها دارای طیف گسترده ای از خواص مانند عملکرد در دمای بالا، استحکام مکانیکی، تابش عالی، اشتعال پذیری خوب و جذب رطوبت کم (برای فرمت فیلم بسیار مهم است). آنها در الکترونیک، جوشکاری، عایق الکتریکی و تنظیم فشار کاربرد دارند.

ISO PEEK

این گرید مقاومت شیمیایی خوبی دارد، بسیار سخت است و می تواند در دمای بسیار بالا کار کند. در بهداشت و ایمنی محیط، تجهیزات حفاظتی و تجهیزات جابجایی کاربرد دارد.

PEEK LCF40 LFT-G®

این PEEK با 40٪ فیبر کربن با کاربرد در موتورهای دریایی و نیروی محرکه، هوا فضا و سیستم های مخابراتی تقویت شده است. از ویژگی های کلیدی آن می توان به مقاومت حرارتی/شیمیایی، ضریب اصطکاک کم و قابلیت تحمل بار خوب اشاره کرد.

PEEK را می توان در کاربردهای هوافضا استفاده کرد، علیرغم اینکه نسبتاً گران است.