Решения для литья из материала PEEK

Какие знания о материалах PEEK вам необходимы?

Введение

Полимеры заменили металлы во многих областях медицины и других отраслей промышленности. Это привело к улучшению лечения и контроля ряда заболеваний. Хотя эта область постоянно расширяется, существуют полимеры с хорошо зарекомендовавшими себя областями применения. Полиэфирэфиркетон, или PEEK, — один из таких полимеров. Он биосовместим, стерилизуем и долговечен. Он находит применение в самых разных областях, от замены тканей до медицинских инструментов. PEEK — высокоэффективный полимер. Помимо медицинской промышленности, PEEK также используется в более сложных областях применения. Например, при изготовлении деталей для аэрокосмической и машиностроительной отраслей. Литье под давлением PEEK расширяет область его применения до более сложных, массово воспроизводимых изделий. Литье под давлением PEEK отличается от литья под давлением других пластмасс. В этой статье рассматриваются некоторые особенности этого процесса. При этом мы также изучаем его свойства, области применения и некоторые особые характеристики. Здесь вы получите хорошее представление о том, чем литье под давлением PEEK отличается от литья под давлением других пластмасс.

Что делает PEEK таким замечательным?

Многие полимеры обладают определенными свойствами, которые выделяют их среди других полимеров. Действительно, возможно, полимеры представляют собой самый разнообразный класс материалов. Существуют полимеры с исключительными свойствами, требующими дальнейшего изучения как в плане их обработки, так и в плане применения. Одним из таких полимеров является PEEK. Давайте начнем с некоторых его свойств, которые делают его отличным материалом для различных применений.

Превосходные механические свойства

PEEK относится к высокоэффективным материалам. Это пластмассы, сохраняющие свою целостность в различных и экстремальных условиях эксплуатации. Высокоэффективные характеристики PEEK обусловлены его механическими свойствами. Химическая структура PEEK демонстрирует его превосходные свойства. Повторяющаяся единица состоит из трех бензольных колец, соединенных кетонной и эфирной группами. Структура представляет собой повторяющуюся последовательность кетонных и эфирных бензольных колец. Это обеспечивает прочную, стабильную полукристаллическую структуру. Превосходные механические свойства также позволяют обрабатывать PEEK механическим способом. Это особенно важно при необходимости удаления литников или заусенцев с изделий из PEEK, полученных методом литья под давлением. Превосходные механические свойства PEEK дополняют его малый вес и низкую плотность. Для сравнения, плотность PEEK составляет 1,32 г/см³. Плотность PTFE составляет 2,2 г/см³, а PET — 1,38 г/см³. Это означает, что материал достаточно прочный и выдерживает температуру кипящей воды. Однако он легче пластика, используемого в бутылках для питьевой воды. Промышленность просто сходит с ума от такого материала.

Радиационная стойкость

Радиация часто используется для стерилизации медицинских инструментов. Материал, используемый для производства этих изделий, должен выдерживать такое излучение. К излучениям, используемым для стерилизации, относятся гамма-излучение и ультрафиолетовое излучение. Материал Peek может выдерживать эти излучения без изменения своей химической или физической целостности.

Высокая термостойкость

Металлы успешно используются во многих медицинских инструментах и оборудовании. Отчасти это объясняется легкостью их очистки и стерилизации. Пластмассы, такие как полиэтилен, не выдерживают высоких температур, даже близких к температуре кипения воды. Попробуйте налить кипяток в ПЭТ-бутылку и посмотрите, как она размягчится. Стерилизация происходит при температуре выше 180°C. Стерилизация является важнейшей частью медицинской практики. Поэтому используемые материалы должны быть стерильными, так как это может привести к фатальным последствиям. Изделия, используемые повторно, стерилизуются до и после использования. Изделия одноразового использования производятся в стерильных производственных условиях.

Производство в стерильных условиях значительно увеличивает себестоимость продукции. Возможность стерилизации изделия после изготовления упрощает этот процесс. Это также позволяет безопасно использовать изделие повторно, сохраняя при этом его стерильность. Термическая стерилизация — один из самых простых и эффективных способов стерилизации. Способность PEEK выдерживать высокие температуры способствует его полезности.

Устойчивость к химическим веществам и растворителям

Это включает в себя водостойкость. В медицинских приложениях инструменты или имплантаты подвергаются воздействию влаги в течение длительного времени. Это может происходить в самых разных средах, особенно в материалах, контактирующих с тканями человека, сывороткой, кровью или внутренними органами. Эти среды могут быть различными, например, кислыми, щелочными, солеными и другими. От кислой среды в желудке до более нейтральной среды в крови. Еще одно преимущество PEEK заключается в том, что он сохраняет свою устойчивость к химическим веществам и растворителям. Это происходит даже при повышенных температурах. Это очень важно, например, в машинах, где жидкости нагреваются от нагрева или трения.

Некоторые факторы, которые следует учитывать при литье под давлением PEEK.

Хотя PEEK отлично подходит для некоторых высокотехнологичных применений, его обработка — непростая задача. Если вы работаете с PEEK впервые, следует учитывать некоторые особые моменты. Независимо от того, имеете ли вы уже опыт литья под давлением других пластмасс, PEEK представляет собой ряд проблем, которых может не быть с другими пластмассами. Вот некоторые из них.

Температура литья под давлением

Первая проблема, с которой сталкивается производитель при литье под давлением PEEK, — это его высокая температура плавления. Хотя это и выгодно в его применении, в литье под давлением это создает определенные трудности. Тем не менее, литье под давлением является наиболее экономически эффективным способом производства пластмасс, особенно PEEK. Работа с PEEK означает, что машина работает на пределе температурного диапазона. Поэтому важно защитить детали оборудования от теплового повреждения или механических напряжений. Это означает использование высококачественных металлов и изоляции там, где это необходимо. PEEK формуется на тех же машинах для литья под давлением, что и более распространенные пластмассы. Но эти машины должны быть хорошо адаптированы к особым требованиям, предъявляемым к PEEK. Поэтому любая старая машина не подойдет. Для того чтобы машина для литья под давлением была пригодна для обработки, она должна достигать температуры около 400°C + 50°C. Если это не так, необходимы модификации. Модификации направлены на увеличение мощности нагрева термопары. Нагревательные ленты также заменяются на керамические. Для удержания тепла и более быстрого достижения более высоких температур помогают теплоизоляционные одеяла. Это обеспечивает теплоизоляцию ствола, благодаря чему выделяемое тепло сохраняется, а температура повышается быстрее. Это снижает энергопотребление, а следовательно, и стоимость.

Распределение температуры вдоль цилиндра также очень важно. Точно так же важна температура расплава при его прохождении через литники и попадании в форму. Распределение температуры вдоль цилиндра начинается с зоны подачи. Подача должна оставаться достаточно холодной, чтобы избежать образования перемычек. Это ограничение потока, возникающее в результате преждевременного плавления полимера в зоне подачи. Если это произойдет, гранулы будут прилипать к горловине загрузочного отверстия, а не продвигаться вперед.

Температура расплава должна оставаться в пределах 170–200 °C на большей части цилиндра. В пресс-форме ситуация иная. Именно здесь происходит охлаждение. Нежелательно, чтобы деталь охлаждалась неравномерно, чтобы одни части охлаждались быстро, а другие — медленнее. Скорость охлаждения влияет на кристалличность. Это приводит к смешиванию аморфных и кристаллических областей в одном и том же изделии. Часто это проявляется в виде неравномерной окраски изделия. На изображении ниже приведен пример такого изменения цвета.

В случае с Гейтсом, чем больше, тем лучше.

Расплав поступает в форму через литниковые каналы. Литниковые каналы часто недооценивают, но они играют важную роль в формировании изделия. Они определяют поток расплава в форму и, следовательно, схему охлаждения. Это особенно важно для полимеров, таких как PEEK, обладающих высокой усадкой. Более широкий литниковый канал позволит большему количеству расплава поступать в форму за один раз. Это способствует более равномерному снижению температуры, а следовательно, и более равномерной усадке, что приводит к лучшему формованию детали. Хотя подводные литниковые каналы считаются подходящими для многих применений, они не очень хороши для PEEK. Для литья под давлением PEEK лучше подходят литниковые каналы с выступами, веерообразные или краевые литники. Но также следует учитывать другие факторы, влияющие на характеристики литниковых каналов. Например, количество полостей формы и тип литниковых систем.

Усадка

Большинство пластмасс при охлаждении в той или иной степени дают усадку. Это изменение объема при переходе из расплавленного состояния в твердое часто учитывается при проектировании пресс-форм. Усадка становится более сложной, когда она анизотропна. Другими словами, материал сжимается по-разному в разных направлениях. Давление прикладывается во время охлаждения путем удержания пресс-формы под давлением. Это обеспечивает ровные поверхности и геометрию. При анизотропной усадке давление следует прикладывать с учетом направления усадки. Поэтому при проектировании пресс-форм для PEEK следует учитывать эту анизотропную усадку.

Материалы для изготовления машин

При работе при таких высоких температурах детали, контактирующие с расплавом, должны быть высокого качества. Медь или сплавы не используются при литье под давлением PEEK, хотя они могут быть пригодны для обработки низкоплавких полимеров, таких как полиэтилен. Однако они подвержены коррозии при высоких температурах. Высококачественная нержавеющая сталь подходит для литья под давлением PEEK. Это еще более важно для шнека и цилиндра. Они находятся в более длительном контакте с горячим расплавом, чем любая другая часть машины. Поддержание гладких, хорошо отполированных поверхностей также важно. Это обеспечивает легкое течение расплава и хорошую структуру потока. Для такого прочного полимера с высокой температурой плавления вязкость, как правило, ниже. Это отличается от низкоплавких полимеров, для достижения низкой вязкости которых не требуется столько тепла. В случае более вязкого материала гладкие стенки оказывают наименьшее сопротивление потоку.

Сушка

Полиэфирэфиркетон (PEEK) обладает очень хорошей устойчивостью к воде и другим растворителям. Однако влага из окружающей среды может оседать на поверхности. Любая влага, скопившаяся при хранении, переходит в газообразное состояние в процессе обработки. При таких высоких температурах наличие воздушных карманов в расплаве нежелательно. Рекомендуется сушить PEEK до содержания влаги ниже 0,02%. Это достигается сушкой при температуре около 160°C в циркуляционной печи в течение 2-3 часов.

Остатки и загрязняющие вещества

При высоких температурах материалы, не являющиеся PEEK, деградируют. Если машина обрабатывает другие пластмассы, это могут быть их остатки. Пластмассы с более низкой температурой плавления деградируют и вызывают появление темных пятен на поверхности. Это ухудшает внешний вид и качество, а также может привести к браку деталей. Чтобы избежать этого, перед началом работы с PEEK необходимо очистить все части оборудования. Это включает в себя разборку шнека и очистку как самого шнека, так и цилиндра. Это самые горячие части, и им следует уделять еще больше внимания. Другие детали, такие как сопло, литники и пресс-формы, также нуждаются в очистке. По возможности, следует использо

Вернуться к списку