Sprøjtestøbning af PEEK

Polyetheretherketon er en halvglaslignende polymer, der har en fremragende termoplastisk ydeevne med fænomenal styrke og fleksibilitet. Det er biokompatibelt med et højt smeltepunkt på omkring 343 °C. Det har gode mekaniske, termiske og kemiske egenskaber. Sprøjtestøbning af PEEK har et højt styrke/vægt-forhold, fremragende dimensionsstabilitet, slidstyrke og udmattelsesmodstand. Det tilhører Poly Aryl Ether Ketone (PAEK)-gruppen af materialer, som fremstilles gennem en trinvis vækstpolymerisationsproces. Selv om denne termoplast modsætter sig mange syntetiske stoffer og kemikalier, kan nogle få syrer samtidig korrodere den.

Derudover har det mindre UV-modstand, men kan nemt desinficeres og har høj slidstyrke. Denne metode bruges til at fremstille plastdele af god kvalitet af polyetheretherketon. Denne proces producerer dele, der har høj dimensionel nøjagtighed, høj styrke, stivhed, gode mekaniske egenskaber og biokompatibilitet. Disse dele finder også anvendelse i vigtige sektorer, f.eks. kirurgisk udstyr og højtemperaturtætninger til flymotorer, gas- og oliesektoren, bilindustrien og elektroniske gadgets.

Processen med PEEK-sprøjtestøbning

Det er en meget mekaniseret proces, som bruges til at fremstille dele af dette højtydende termoplastiske materiale. Metoden omfatter smeltning af PEEK-pellets og indsprøjtning af det flydende materiale i et formhulrum ved højt tryk. Derefter afkøles formen, og den størknede del skubbes ud af formen. Denne proces gør det muligt at fremstille dele med komplekst design, præcise og repeterbare dele med en høj grad af nøjagtighed og ensartethed.

Denne proces består af følgende hovedtrin.

1. Forberedelse af materiale

Dette er et meget vigtigt skridt i betragtning af PEEK's hygroskopiske natur, som gør PEEK tilbøjelig til at absorbere fugt fra luften. Efterfølgende kan det føre til defekter under støbeprocessen. For at forhindre det skal harpiksen tørres grundigt inden forarbejdning. Generelt indebærer tørring opvarmning af harpiksen til en temperatur på ca. 150°C i en periode på 3 til 4 timer.

2. Opsætning af sprøjtestøbemaskine
3. a) Valg af maskine: For at kunne udføre processen problemfrit kræves der en robust sprøjtestøbemaskine, der kan modstå høje temperaturer. Maskinen skal have korrosionsbestandige dele i betragtning af PEEK's slidende natur. PEEK's slidende natur kan øge sliddet på maskindele, så vedligeholdelse af maskiner og brug af slidstærkt materiale bliver nødvendigt.
4. b) Tøndens temperatur: Det er en meget kritisk parameter, der skal kontrolleres for at få en problemfri funktion og et optimalt output. Med tanke på den anvendte PEEK-kvalitet indstilles temperaturen på sprøjtestøbemaskinens cylinder til mellem 360 °C og 400 °C.
5. c) Formens temperatur: Formtemperaturen er også en meget vigtig parameter for at opnå korrekt krystallisering. For at opnå den rette struktur holdes temperaturen mellem 160 °C og 200 °C.
6. Formdesign

Materialeflow: Formdesignet er en meget vigtig faktor, så formen skal være designet til at rumme PEEK's høje viskositet. Primære faktorer som portdesign, kanalsystemer og udluftning skal tages i betragtning for at sikre korrekt materialeflow og for at undgå defekter.

Termisk styring: For at opretholde ensartede temperaturer og reducere cyklustiderne er det vigtigt med ordentlige kølekanaler i formen.

4. Injektionsproces

Injektionsfase: I denne fase sprøjtes den opvarmede PEEK ind i formhulrummet under højt tryk. På grund af PEEK's høje viskositet varierer trykket typisk fra 100 til 200 MPa (14500 til 29000 psi).

Pakning og opbevaring: Når den første fase er overstået, og den første indsprøjtning er foretaget, lægges der yderligere pres på for at pakke materialet ind i formhulrummet, og på den måde sikres det, at delen er fuldt formet og fri for hulrum. Desuden kompenserer denne holdefase også for materialemangel på grund af krympning, når det køler ned.

Køling: Dette trin er meget vigtigt, da det påvirker slutresultatets krystallinitet og mekaniske egenskaber. I denne fase skal formen og emnet afkøles tilstrækkeligt før udstødning. Afkølingstiden varierer dog afhængigt af emnets tykkelse og kompleksitet, da tykkere og mere komplekse emner kræver mere tid til at færdiggøre denne fase. Desuden er det nødvendigt med konsekvent overvågning af støbeparametrene for at opretholde kvaliteten af PEEK-emnerne. Fordi afvigelser i parametre som temperatur, tryk eller kølehastighed kan resultere i defekte dele.

5. Udkastning af dele

Udskydningssystem: I denne fase, når emnet er størknet helt og er tilstrækkeligt afkølet, åbnes formen, og emnet sprøjtes ud. Udstødningsprocessen skal udføres omhyggeligt i betragtning af PEEK's stivhed. Systemerne skal planlægges på en måde, der begrænser stress på den del, der skubbes ud.

6. Efterbehandling
7. a) Inspektion: Efter støbningen inspiceres delene og kontrolleres for ufuldkommenheder som skævheder, hulrum eller ufuldstændig fyldning for at garantere kvaliteten.
8. b) Udglødning: Ofte gennemgår støbte PEEK-dele en varmebehandlingsproces med udglødning for at mindske indre spændinger og forbedre dimensionsstabiliteten. Denne cyklus omfatter opvarmning af delene til en bestemt temperatur og efterfølgende afkøling ved en kontrolleret hastighed.

Fordele ved PEEK-sprøjtestøbning

Sprøjtestøbning af PEEK har flere fordele, herunder følgende:

1. fremragende mekaniske egenskaber

Det har fremragende mekaniske egenskaber, herunder høj styrke, stivhed og holdbarhed. Det gør det til et godt valg til applikationer som tandhjul, lejer og kliniske indsatser, hvor overlegen ydeevne er en vigtig forudsætning.

2. Modstand ved høj temperatur

PEEK har gode termiske egenskaber og kan tåle høje temperaturer på op til 250 °C, samtidig med at det bevarer sine mekaniske egenskaber. Det gør det muligt at bruge det i applikationer med høje temperaturer.

3. kemisk modstandsdygtighed

Dette materiale er dybt uigennemtrængeligt for kemiske og syntetiske forbindelser som syrer, baser og opløsningsmidler. Denne egenskab garanterer lang levetid og pålidelighed og kan bruges i ekstreme kemiske miljøer.

4. dimensionel stabilitet

PEEK bevarer sin form og størrelse selv ved høje temperaturer og har en fremragende dimensionsstabilitet. Denne vigtige egenskab gør det velegnet til anvendelser, hvor snævre tolerancer og dimensionsnøjagtighed er et hovedkrav.

5. modstandsdygtighed over for slitage og slid

PEEK har en enestående slidstyrke og er en god løsning til brug i applikationer, hvor dele udsættes for høj friktion, bevægelse og slid. Denne vigtige egenskab forlænger levetiden for dele som bøsninger, tætninger og pumpekomponenter.

6. biokompatibilitet

PEEK finder anvendelse i medicinske applikationer, da det er biokompatibelt og bioinert. Det betyder, at det ikke reagerer negativt på biologisk væv. På den måde bruges det i implanterbare kliniske apparater, herunder kirurgiske instrumenter, tandlægeindsatser og ortopædisk udstyr, hvor biokompatibilitet er afgørende.

7. lav fugtabsorption

PEEK absorberer minimalt med fugt og sikrer derfor dimensionsstabilitet og ensartet ydeevne i fugtige eller våde omgivelser. Denne egenskab er især meget vigtig for elektriske og elektroniske komponenter.

8. Fremragende isoleringsegenskaber

PEEK har gode elektriske beskyttelsesegenskaber, som gør det ideelt til elektroniske dele og isolerende dele i elektriske applikationer. Desuden bevarer det disse egenskaber selv ved høje temperaturer.

9.Lightweight

PEEK er relativt let og har høj styrke sammenlignet med metaller. Denne fordel er yderst fordelagtig i projekter, hvor reduceret vægt kan øge brændstofeffektiviteten og den høje ydeevne i bil- og rumfartsindustrien.

10. nem behandling

Sprøjtestøbning af PEEK giver høj præcision, når det drejer sig om komplekse geometrier. Det giver god dimensionsnøjagtighed og overfladefinish, hvilket gør den ideel til komplicerede dele. Desuden understøtter denne proces også høje produktionsmængder med ensartet kvalitet.

11. flammebestandig

PEEk har brandhæmmende egenskaber og udvikler desuden usædvanligt lidt røg og giftige gasser, når det udsættes for ild. Det er derfor velegnet til anvendelser, hvor der kræves strenge brandsikkerhedsstandarder, f.eks. i transport- og byggematerialer.

12. modstandsdygtighed over for stråling

PEEK er usædvanligt modstandsdygtigt over for stråling, herunder gammastråler og røntgenstråler. Derfor finder det anvendelse inden for det kliniske område og atomindustrien, hvor det er normalt at være udsat for stråling.

 13. miljømæssig stabilitet

Når man ser på miljøstabilitet og miljøfaktorer, bevarer PEEK sine egenskaber under en lang række miljøforhold. Det omfatter ekstreme temperaturer, stråling og udsættelse for vand eller kemikalier. Denne stabilitet sikrer langsigtet pålidelighed i mange krævende applikationer.

Begrænsninger ved sprøjtestøbning af PEEK

Sprøjtestøbning af PEEK (Polyether Ether Ketone) giver mange fordele, men har også nogle begrænsninger som følger:

1. høje materialeomkostninger

PEEK er meget dyrt sammenlignet med mange andre termoplastmaterialer. Det kan gøre den samlede fremstillingsproces dyr, især når der er tale om produktion i stor skala.

2.Behandling af udfordringer

Når PEEK bearbejdes, kræver det høje temperaturer, normalt et sted mellem 350°C og 400°C, hvilket kræver særligt udstyr, som kan medføre et højere energiforbrug.

3. Følsomhed over for fugt

PEEk er usædvanligt følsomt over for fugt, så det skal tørres på passende vis før håndtering. Det endelige produkt vil have defekter, hvis PEEK ikke tørres før forarbejdning.

PEEK-sprøjtestøbning Anvendelser

Det bruges i forskellige virksomheder på grund af dets ekstraordinære egenskaber. Her er nogle detaljerede anvendelser på tværs af forskellige sektorer:

1.Aerospace

1. a) Strukturelle komponenter: Dets høje styrke/vægt-forhold og termiske stabilitet gør det velegnet til underliggende dele i fly og raketter.
2. b) Tætninger og lejer: Det har lav slid- og friktionsmodstand til dele som tætninger, lejer og bøsninger, der skal kunne klare høje belastninger og temperaturer.
3. c) Isoleringsdele: Det har fremragende dielektriske egenskaber, som gør det velegnet til elektriske isoleringsdele i luftfartsapplikationer.
4. Biler
5. a) Motorkomponenter: Motordele kræver kemikalieresistente materialer, som også kan modstå høje temperaturer. Så PEEK bruges til at fremstille tandhjul, pakninger og tætninger.
6. b) Transmissionsdele: Dele af transmissionen er lavet af PEEK, fordi det giver lav friktion og holdbarhed.
7. c) Applikationer under motorhjelmen: Dele, der er fremstillet af PEEK, kan modstå de ekstreme forhold i motoren, herunder høje temperaturer og eksponering for bilvæsker.
8. Medicinsk
9. a) Implantater: Dens biokompatibilitet gør det rimeligt at bruge den til indsatser som f.eks. rygmarvsindlæg, tandlægeindsatser og muskeldele.
10. b) Kirurgiske instrumenter: PEEK kan tåle vedvarende autoklavering og bruges til omhyggelige instrumenter, der kræver rensning.
11. c) Komponenter til medicinsk udstyr: Det bruges til fremstilling af forskellige dele til kliniske apparater på grund af dets kemiske modstandsdygtighed og dimensionsstabilitet.
12. Elektronik
13. a) Konnektorer og isolatorer: Dens fremragende dielektriske egenskaber og termiske stabilitet er fantastisk til fremstilling af elektriske stik og indkapslinger.
14. b) Udstyr til fremstilling af halvledere: Dets evne til at modstå kemikalier og have gode mekaniske egenskaber er en fordel under de svære forhold i udstyr og maskiner til halvlederproduktion.
15. c) Isolering af kabler: Det bruges desuden til højtydende kabelisolering i applikationer med stor efterspørgsel.

5. Olie- og gassektoren
6. a) Tætninger og pakninger: PEEK har egenskaber, der gør, at det kan modstå kemikalier og høje temperaturer. Det gør det velegnet til tætninger, pakninger og ventilsæder i forbindelse med olie- og gasefterforskning og -udvinding.
7. b) Komponenter i borehullet: Det bruges i borehulskomponenter på grund af dets mekaniske styrke og evne til at modstå ekstreme forhold.
8. Industrielle anvendelser
9. a) Pumpekomponenter: PEEK's kemikaliebestandighed og holdbarhed gør det velegnet til langt de fleste dele i sifoner og blæsere.
10. b) Sliddele: Det bruges også under forhold med stort slid til dele som tandhjul, bøsninger og lejer.

Udstyr til kemisk forarbejdning: Dens beskyttelse mod mange syntetiske forbindelser gør den velegnet til forskellige dele i kemisk procesudstyr.

7. Fødevaresektoren

1. a) Udstyr til fødevareforarbejdning: Komponenter fremstillet af PEEK har evnen til at modstå høje temperaturer, fødevaresyrer og rengøringskemikalier. Derfor bruges disse komponenter i udstyr til fødevareforarbejdning.
2. b) Pakkemaskiner: Komponenter fremstillet af PEEK har god mekanisk styrke og kemisk modstandsdygtighed og anvendes i emballeringsmaskiner.
3. 3D-udskrivning

Højtydende prototyper: Det bruges også til 3D-print. Prototyper og slutprodukter, der kræver høj styrke og termisk stabilitet, fremstilles af det.

9. Forbrugsgoder
10. a) High-End sportsudstyr: Egenskaberne med lav vægt og høj styrke gør det ideelt til at producere førsteklasses udendørsudstyr, herunder cykeldele og ketsjerrammer.
11. b) Varig forbrugerelektronik: Mange elektroniske komponenter til forbrugere, som er holdbare, er fremstillet af det.

Konklusion

Termoplastiske komponenter med førsteklasses ydeevne fremstilles ved sprøjtestøbning af PEEK. Denne metode er meget effektiv til at give bemærkelsesværdige egenskaber i form af mekanisk styrke, kemisk resistens og høj termisk stabilitet. Efterfølgende finder produkter med disse egenskaber anvendelse i virksomheder som luftfart, klinik, bilindustri og elektronik.

Den opgraderede sprøjtestøbningsproces tager højde for skabelsen af komplekse og præcise produkter med fænomenal gentagelsesnøjagtighed og ubetydeligt materialespild. For at opnå de bedste resultater er det usædvanligt vigtigt at kontrollere håndteringsgrænser som temperatur, tryk og kølehastighed ved at udnytte PEEk's enestående egenskaber gennem en organiseret sprøjtestøbningsproces, producenter af støbeforme kan skabe førsteklasses dele, der opfylder ekstraordinære retningslinjer for præsentation og styrke.