Polyetheretherketon ist ein halbglasartiges Polymer, das eine hervorragende thermoplastische Leistung mit phänomenaler Festigkeit und Flexibilität aufweist. Es ist biokompatibel und hat einen hohen Schmelzpunkt von ca. 343°C. Es hat hervorragende mechanische, thermische und chemische Eigenschaften. PEEK-Spritzgießen hat ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität, Verschleißfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit. Es gehört zur Gruppe der Polyaryletherketone (PAEK), die durch stufenweise Polymerisation hergestellt werden. Obwohl dieser Thermoplast gegen viele Kunststoffe und Chemikalien resistent ist, kann er von einigen Säuren angegriffen werden.
Außerdem verträgt es weniger UV-Strahlung, lässt sich aber mühelos desinfizieren und bietet eine hohe Verschleißfestigkeit. Dieses Verfahren wird zur Herstellung hochwertiger Kunststoffteile aus Polyetheretherketon verwendet. Mit diesem Verfahren werden Teile hergestellt, die sich durch hohe Maßgenauigkeit, hohe Festigkeit, Steifigkeit, gute mechanische Eigenschaften und Biokompatibilität auszeichnen. Diese Teile finden auch in wichtigen Bereichen Anwendung, z. B. in chirurgischen Geräten und Hochtemperaturdichtungen für Flugzeugtriebwerke, im Gas- und Ölsektor, in der Automobilindustrie und in elektronischen Geräten.
Prozess des PEEK-Spritzgießens
Bei diesem Verfahren handelt es sich um einen hochmechanisierten Prozess, der zur Herstellung von Teilen aus diesem hochleistungsfähigen thermoplastischen Material verwendet wird. Bei diesem Verfahren werden PEEK-Granulate geschmolzen und das flüssige Material unter hohem Druck in einen Formhohlraum gespritzt. Danach wird die Form abgekühlt und das verfestigte Teil wird aus der Form ausgestoßen. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von Teilen mit komplexem Design, präzisen und wiederholbaren Teilen mit einem hohen Maß an Genauigkeit und Konsistenz.
Dieser Prozess besteht aus den folgenden Hauptschritten.
Vorbereitung des Materials
Dies ist ein sehr wichtiger Schritt, da PEEK aufgrund seiner hygroskopischen Eigenschaften dazu neigt, Feuchtigkeit aus der Luft aufzunehmen. Dies kann zu Defekten während des Formprozesses führen. Um dies zu verhindern, muss das Harz vor der Verarbeitung gründlich getrocknet werden. Zum Trocknen wird das Harz im Allgemeinen 3 bis 4 Stunden lang auf eine Temperatur von etwa 150 °C erhitzt.
- Einrichtung der Spritzgießmaschine
- a) Auswahl der Maschine: Um den Prozess reibungslos durchführen zu können, ist eine robuste Spritzgießmaschine erforderlich, die hohen Temperaturen standhält. Die Maschine sollte über korrosionsbeständige Teile verfügen, um der abrasiven Natur von PEEK Rechnung zu tragen. Die abrasive Beschaffenheit von PEEK kann den Verschleiß von Maschinenteilen erhöhen, so dass eine Wartung der Maschinen und die Verwendung von verschleißfestem Material erforderlich sind.
- b) Temperatur des Fasses: Dies ist ein sehr kritischer Parameter, der für einen reibungslosen Betrieb und eine optimale Produktion kontrolliert werden muss. Unter Berücksichtigung des verwendeten PEEK-Typs wird die Temperatur des Zylinders der Spritzgießmaschine zwischen 360°C und 400°C eingestellt.
- c) Temperatur der Form: Die Formtemperatur ist ebenfalls ein sehr wichtiger Parameter, um eine gute Kristallisation zu erreichen. Um eine gute Struktur zu erhalten, wird die Temperatur zwischen 160°C und 200°C gehalten.
- Formenbau
Materialfluss: Das Werkzeugdesign ist ein sehr wichtiger Faktor, daher muss das Werkzeug für die hohe Viskosität von PEEK ausgelegt sein. Wichtigste Faktoren wie Anschnittdesign, Angusssysteme und Entlüftung müssen berücksichtigt werden, um einen ordnungsgemäßen Materialfluss zu gewährleisten und Defekte zu vermeiden.
Wärmemanagement: Um gleichmäßige Temperaturen aufrechtzuerhalten und die Zykluszeiten zu verkürzen, sind geeignete Kühlkanäle in der Form unerlässlich.
- Injektionsverfahren
Injektionsphase: In dieser Phase wird das erhitzte PEEK unter hohem Druck in den Formhohlraum gespritzt. Aufgrund der hohen Viskosität von PEEK liegen die Drücke in der Regel zwischen 100 und 200 MPa (14500 bis 29000 psi).
Verpackung und Aufbewahrung: Nachdem die erste Phase abgeschlossen ist und die erste Einspritzung erfolgt ist, wird zusätzlicher Druck ausgeübt, um das Material in den Formhohlraum zu packen; auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Teil vollständig geformt und frei von Hohlräumen ist. Darüber hinaus gleicht diese Nachdruckphase auch Materialdefizite aus, die durch die Schrumpfung beim Abkühlen des Materials entstehen.
Kühlung: Dieser Schritt ist von großer Bedeutung, da er die Kristallinität und die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts beeinflusst. In dieser Phase müssen die Form und das Teil vor dem Auswerfen ausreichend gekühlt werden. Die Abkühlzeit variiert jedoch je nach Dicke und Komplexität des Teils, da dickere und komplexere Teile mehr Zeit für den Abschluss dieser Phase benötigen. Außerdem ist eine konsequente Überwachung der Formparameter erforderlich, um die Qualität der PEEK-Teile zu erhalten. Denn Abweichungen bei Parametern wie Temperatur, Druck oder Kühlrate können zu fehlerhaften Teilen führen.
- Teil-Auswurf
Auswurfsystem: In dieser Phase, wenn das Teil vollständig verfestigt und ausreichend abgekühlt ist, öffnet sich die Form, und das Teil wird ausgeworfen. Der Ausstoßvorgang muss unter Berücksichtigung der Steifigkeit von PEEK sorgfältig durchgeführt werden. Die Systeme sollten so geplant werden, dass die Belastung auf das auszuwerfende Teil begrenzt wird.
- Nachbearbeitung
- a) Inspektion: Nach dem Gießen werden die Teile inspiziert und auf Mängel wie Verformungen, Hohlräume oder unvollständige Füllung geprüft, um die Qualität zu gewährleisten.
- b) Glühen: Häufig werden geformte PEEK-Teile einem Wärmebehandlungsprozess unterzogen, um innere Spannungen abzubauen und die Dimensionsstabilität zu verbessern. Dieser Zyklus umfasst das Erhitzen der Teile auf eine bestimmte Temperatur und das anschließende Abkühlen mit kontrollierter Geschwindigkeit.
Vorteile des PEEK-Spritzgießens
Das PEEK-Spritzgießen hat mehrere Vorteile, darunter die folgenden:
1. hervorragende mechanische Eigenschaften
Es hat hervorragende mechanische Eigenschaften wie hohe Festigkeit, Steifigkeit und Haltbarkeit. Dies macht es zu einer guten Wahl für Anwendungen wie Zahnräder, Lager und klinische Einsätze, bei denen überlegene Leistung eine wichtige Voraussetzung ist.
- Widerstand bei Hochtemperaturen
PEEK hat hervorragende thermische Eigenschaften und kann hohen Temperaturen von bis zu 250 °C standhalten, ohne seine mechanischen Eigenschaften zu verlieren. Dadurch ist es für den Einsatz in Hochtemperaturanwendungen geeignet.
3. chemische Beständigkeit
Dieses Material ist äußerst unempfindlich gegenüber chemischen und synthetischen Verbindungen wie Säuren, Basen und Lösungsmitteln. Diese Eigenschaft garantiert eine lange Lebensdauer und Zuverlässigkeit und kann in extremen chemischen Umgebungen eingesetzt werden.
4. die Dimensionsstabilität
PEEK behält seine Form und Größe auch bei hohen Temperaturen bei und verfügt über eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität. Aufgrund dieser wichtigen Eigenschaft eignet es sich für Anwendungen, bei denen enge Toleranzen und Maßgenauigkeit eine Hauptanforderung sind.
5. verschleiß- und abriebfest
PEEK zeichnet sich durch eine hervorragende Verschleiß- und Abriebfestigkeit aus und ist eine gute Wahl für Anwendungen, bei denen die Teile einem hohen Maß an Reibung, Bewegung und Verschleiß ausgesetzt sind. Diese wichtige Eigenschaft verlängert die Lebensdauer von Teilen wie Buchsen, Dichtungen und Pumpenkomponenten.
6. die Biokompatibilität
PEEK wird in medizinischen Anwendungen eingesetzt, da es biokompatibel und bioinert ist. Das bedeutet, dass es nicht nachteilig auf biologisches Gewebe reagiert. In diesem Sinne wird es in implantierbaren klinischen Geräten wie chirurgischen Instrumenten, zahnmedizinischen Einsätzen und orthopädischen Geräten verwendet, bei denen Biokompatibilität von grundlegender Bedeutung ist.
7. geringe Feuchtigkeitsabsorption
PEEK nimmt nur minimale Feuchtigkeit auf und gewährleistet daher Formstabilität und gleichbleibende Leistung in feuchter oder nasser Umgebung. Diese Eigenschaft ist vor allem für elektrische und elektronische Komponenten sehr wichtig.
8. hervorragende Isolationseigenschaften
PEEK verfügt über hervorragende elektrische Schutzeigenschaften, die es ideal für elektronische Teile und Isolierteile in elektrischen Anwendungen machen. Außerdem behält es diese Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen bei.
9.Leichtgewicht
PEEK ist relativ leicht und hat im Vergleich zu Metallen eine hohe Festigkeit. Dieser Vorteil ist äußerst vorteilhaft bei Unternehmungen, bei denen eine Gewichtsreduzierung die Kraftstoffeffizienz und die Leistungsfähigkeit in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie erhöhen kann.
10. einfache Verarbeitung
Das Spritzgießen von PEEK bietet hohe Präzision bei komplexen Geometrien. So ermöglicht es eine gute Maßgenauigkeit und Oberflächengüte, was es ideal für komplizierte Teile macht. Darüber hinaus ermöglicht dieses Verfahren auch hohe Produktionsmengen bei gleichbleibender Qualität.
11. schwer entflammbar
PEEk hat feuerbeständige Eigenschaften und entwickelt darüber hinaus eine außergewöhnlich geringe Menge an Rauch und giftigen Gasen, wenn es einem Feuer ausgesetzt wird. Daher eignet es sich für Anwendungen, bei denen strenge Brandsicherheitsstandards erforderlich sind, wie im Transportwesen und bei Baumaterialien.
12.Strahlungsbeständigkeit
PEEK ist außergewöhnlich beständig gegen Strahlung, einschließlich Gammastrahlen und Röntgenstrahlen. Daher findet es seine Anwendung im klinischen Bereich und in der Atomindustrie, wo Strahlenbelastung normal ist.
13. ökologische Stabilität
Bei der Betrachtung der Umweltstabilität und der Umweltfaktoren behält PEEK seine Eigenschaften in einem breiten Spektrum von Umweltbedingungen bei. Dazu gehören extreme Temperaturen, Strahlung und der Kontakt mit Wasser oder Chemikalien. Diese Stabilität sorgt für langfristige Zuverlässigkeit in zahlreichen anspruchsvollen Anwendungen.
Grenzen des PEEK-Spritzgießens
Der PEEK-Spritzguss (Polyetheretherketon) bietet zwar zahlreiche Vorteile, hat aber auch einige Einschränkungen, wie z. B:
1. hohe Materialkosten
PEEK ist im Vergleich zu vielen anderen Thermoplasten sehr teuer. Dies kann dazu führen, dass der gesamte Herstellungsprozess kostspielig wird, vor allem wenn die Produktion in großem Maßstab erfolgt.
2.Verarbeitung Herausforderungen
Für die Verarbeitung von PEEK sind hohe Temperaturen erforderlich, die normalerweise zwischen 350 und 400 °C liegen, was spezielle Anlagen erfordert, die einen höheren Energieverbrauch verursachen können.
- Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit
PEEk ist besonders feuchtigkeitsempfindlich und sollte daher vor der Verarbeitung entsprechend getrocknet werden. Das Endprodukt würde Mängel aufweisen, wenn PEEK vor der Verarbeitung nicht getrocknet wird.
PEEK-Spritzgießen Anwendungen
Aufgrund seiner außergewöhnlichen Eigenschaften wird es in verschiedenen Unternehmen eingesetzt. Hier sind einige detaillierte Anwendungen in verschiedenen Sektoren:
1.Luft- und Raumfahrt
- a) Strukturelle Komponenten: Aufgrund seines guten Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht und seiner thermischen Stabilität eignet es sich für die Unterseite von Teilen in Flugzeugen und Raketen.
- b) Dichtungen und Lager: Es hat eine geringe Verschleiß- und Reibungsfestigkeit für Teile wie Dichtungen, Lager und Buchsen, die hohen Belastungen und Temperaturen standhalten müssen.
- c) Isolierte Teile: Es hat hervorragende dielektrische Eigenschaften, die es für elektrische Isolierungsteile in der Luftfahrt geeignet machen.
- Automobilindustrie
- a) Motorkomponenten: Motorenteile erfordern ein chemikalienbeständiges Material, das auch hohen Temperaturen standhalten kann. Daher wird PEEK zur Herstellung von Zahnrädern, Dichtungen und Verschlüssen verwendet.
- b) Getriebeteile: Teile des Getriebes werden aus PEEK hergestellt, da es eine geringe Reibung und eine lange Lebensdauer aufweist.
- c) Anwendungen unter der Motorhaube: Teile aus PEEK können den extremen Bedingungen im Motor standhalten, einschließlich hoher Temperaturen und der Einwirkung von Kfz-Flüssigkeiten.
- Medizinische
- a) Implantate: Aufgrund seiner Biokompatibilität kann es für Einsätze wie Wirbelsäulenfusionen, zahnmedizinische Einsätze und Muskelteile verwendet werden.
- b) Chirurgische Instrumente: PEEK ist in der Lage, dem kontinuierlichen Autoklavieren standzuhalten, das für sorgfältige Instrumente verwendet wird, die gereinigt werden müssen.
- c) Komponenten medizinischer Geräte: Aufgrund seiner chemischen Beständigkeit und Dimensionsstabilität wird es für die Herstellung verschiedener klinischer Geräteteile verwendet.
- Elektronik
- a) Verbinder und Isolatoren: Seine hervorragenden dielektrischen Eigenschaften und seine thermische Stabilität eignen sich hervorragend für die Herstellung von elektrischen Steckverbindern und Ummantelungen.
- b) Halbleiterfertigungsanlagen: Seine Chemikalienbeständigkeit und seine guten mechanischen Eigenschaften sind unter den harten Bedingungen der Halbleiterproduktionsanlagen und -maschinen von Vorteil.
- c) Kabelisolierung: Darüber hinaus wird es für hochleistungsfähige Kabelisolierungen in anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt.
- Öl- und Gassektor
- a) Dichtungen und Dichtungsringe: PEEK hat die Eigenschaften, Chemikalien und hohen Temperaturen zu widerstehen. Daher eignet es sich für Dichtungen und Ventilsitze, die in der Öl- und Gasexploration und -förderung eingesetzt werden.
- b) Komponenten im Bohrloch: Es wird aufgrund seiner mechanischen Festigkeit und seiner Fähigkeit, extremen Bedingungen standzuhalten, in Bohrlochkomponenten verwendet.
- Industrielle Anwendungen
- a) Komponenten der Pumpe: Die chemische Beständigkeit und die Haltbarkeit von PEEK machen es für die meisten Teile in Siphons und Gebläsen sinnvoll.
- b) Verschleißteile: Es wird ebenfalls bei hohem Verschleiß für Teile wie Ritzelräder, Buchsen und Lager verwendet.
Ausrüstung für die chemische Verarbeitung: Sein Schutz vor vielen synthetischen Verbindungen macht es für verschiedene Teile in chemischen Verarbeitungsanlagen sinnvoll.
7. der Lebensmittelsektor
- a) Ausrüstung für die Lebensmittelverarbeitung: Aus PEEK hergestellte Bauteile sind beständig gegen hohe Temperaturen, Lebensmittelsäuren und Reinigungschemikalien. Daher werden diese Komponenten in Geräten für die Lebensmittelverarbeitung verwendet.
- b) Verpackungsmaschinen: Die aus PEEK hergestellten Komponenten haben eine gute mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit und werden in Verpackungsmaschinen eingesetzt.
- 3D-Druck
Leistungsstarke Prototypen: Es wird auch für den 3D-Druck verwendet. Die Prototypen und Endprodukte, die eine hohe Festigkeit und thermische Stabilität erfordern, werden daraus hergestellt.
- Konsumgüter
- a) High-End-Sportgeräte: Durch sein geringes Gewicht und seine hohe Festigkeit ist es ideal für die Herstellung von hochwertigen Outdoor-Produkten wie Fahrradteilen und Schlägerrahmen.
- b) Langlebige Unterhaltungselektronik: Viele langlebige elektronische Bauteile für Verbraucher werden aus ihm hergestellt.
Schlussfolgerung
Durch Spritzgießen von PEEK werden thermoplastische Bauteile von erstklassiger Leistung hergestellt. Diese Methode ist sehr effektiv, um bemerkenswerte Eigenschaften wie mechanische Festigkeit, chemische Beständigkeit und hohe thermische Stabilität zu erzielen. Produkte, die diese Eigenschaften aufweisen, finden ihre Anwendung in Unternehmen wie der Luftfahrt, der Klinik, der Automobilindustrie und der Elektronik.
Der verbesserte Spritzgießprozess berücksichtigt die Herstellung komplexer und präziser Produkte mit phänomenaler Wiederholbarkeit und vernachlässigbarem Materialabfall. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, ist es außerordentlich wichtig, die Grenzen der Handhabung wie Temperatur, Druck und Abkühlungsraten zu kontrollieren, indem die außergewöhnlichen Eigenschaften von PEEk durch einen organisierten Spritzgießprozess genutzt werden, Formenbauer kann erstklassige Teile herstellen, die außergewöhnliche Anforderungen an Präsentation und Festigkeit erfüllen.
