Литье пластмасс

Карта сайта

Начало справочника

Справочник по литьевым термопластичным материалам
Guide of thermoplastics for injection molding

Полиарилэфикетоны (PAEK)

И.А. Барвинский, И.Е. Барвинская
Опубликовано: 2002. Обновление: 16.03.2018.

Название и обозначения

Зарубежные: Polyaryletherketon, Aromatic polyether ketone, Polyetherketone (PEK), Polyetheretherketone (PEEK), Polyetherketoneketone (PEKK), Polyetherketoneertherketoneketone (PEKEKK), PAEK.
Отечественные: полиарилэфиркетоны, полиэфиркетоны ароматические, полиэфирэфиркетон, полиэфиркетон, полиэфиркетонкетон, полиэфиркетонэфиркетонкетонкетон.

Класс, группа материалов

Суперконструкционые термопласты.

Общая характеристика и свойства

     Группа термопластов с очень высокой теплостойкостью. Обычно являются кристаллизующимися материалами, но встречаются и аморфные марки.
     Для PEEK: температура длительной эксплуатации до 220 - 260 ^оС; кратковременный нагрев до 280 - 330 ^оС; температура плавления 343 - 344 ^оС; температура стеклования 142 - 143 ^оС; температура хрупкости до -100 / -65 ^оС.
     Для PEKK: температура длительной эксплуатации - до 260 ^оС; температура плавления 307 - 390 ^оС; температура стеклования 155 - 175 ^оС.
     Для PEK: температура длительной эксплуатации - до 280 ^оС; температура плавления 355 - 374 ^оС; температура стеклования 152 - 157 ^оС.
     Имеют очень высокую прочность, жесткость, износостойкость. Отличные механические свойства сохраняются при температурах до 280 - 300 ^оС. Отличные диэлектрические свойства сохраняются в широком интервале температур и частот.
     Базовые (ненаполненные) марки PEEK имеют невысокую атмосферостойкость.
     Обладают отличной химической стойкостью. PEEK - самый устойчивый из термопластов к действию водного пара (превосходит даже PES). Действие в течение нескольких месяцев водного пара под давлением при температуре 250 ^оС не приводит к изменению свойств материала. При комнатной температуре PEEK устойчив к действию органических растворителей. Не стоек к концентрированным кислотам (серной, азотной, соляной, плавиковой), метилэтилкетону и нитробензолу при 200 ^оС.
     PEEK - негорючий материал; имеет наименьший среди термопластов уровень выделения вредных газообразных веществ при воздействии открытого пламени, самый устойчивый из полимерных материалов к гамма-излучению. Биосовместим.
     Материалы термически стабильны при температурах переработки. Имеют повышенную вязкость. Рекомендуются для точного литья. Характеризуется очень высокой размерной стабильностью.
     Подвергаются металлизации в вакууме, стерилизации всеми методами. При стерилизации в автоклаве с температурой пара 134 ^оС PEEK выдерживает 3000 циклов стерилизации. При гамма-стерилизации PEEK выдерживает дозу облучения > 1000 Мрад.
     PEEK, PEK и PEKK также перерабатывается литьем под давлением в виде смесей с полибензимидазолом (см. PBI).

Показатели марок

(приводятся характерные значения показателей для литьевых марок, выпускаемых современной промышленностью)

Показатели	PEEK	PEEK + 30% стекловолокна	PEEK + 30% углеродного волокна
Физические
Плотность (23 ^оС), г/см³	1.30 - 1.44	1.49 - 1.54	1.40 - 1.44
Механические
Предел текучести при растяжении (23 ^оС), МПа	90 - 110
Прочность при растяжении (23 ^оС), МПа	90 - 150	157 - 179	224 - 262
Прочность при растяжении (250 ^оС), МПа	12	34 - 35	43
Прочность при растяжении после выдержки на пару при 200 ^оС при нагрузке 1.4 МПа в течение 2000 ч (23 ^оС), МПа	86 - 97	92
Модуль упругости при растяжении (23 ^оС), МПа	3100 - 4130	11710 - 12400	28940 - 31010
Относительное удлинение при растяжении (23 ^оС), %	2.5 - 150	1.0 - 2.5	1.4 - 1.8
Разрушающее напряжение при изгибе (23 ^оС), МПа	121 - 170	207 - 262	355 - 379
Разрушающее напряжение при изгибе (120 ^оС), МПа	100	175	260
Разрушающее напряжение при изгибе (250 ^оС), МПа	13	70	105
Разрушающее напряжение при изгибе после выдержки на пару при 200 ^оС при нагрузке 1.4 МПа в течение 2000 ч (23 ^оС), МПа	155 - 169	167
Модуль упругости при изгибе (23 ^оС), МПа	3450 - 4100	9700 - 11020	19200 - 24800
Модуль упругости при изгибе (120 ^оС), МПа	4000	9200 - 9400	18600
Модуль упругости при изгибе (250 ^оС), МПа	300	2600 - 3000	5100
Модуль упругости при изгибе после выдержки на пару при 200 ^оС при нагрузке 1.4 МПа в течение 2000 ч (23 ^оС), МПа	4000	8900
Количество циклов изгиба до разрушения (23 ^оС, 28 МПа)	1 000 000
Прочность при сжатии (23 ^оС), МПа	118	215	240
Прочность при сжатии (90 ^оС), МПа	119	149	153
Прочность при сдвиге (23 ^оС), МПа	53	97	85
Модуль сдвига (23 ^оС), МПа	1300	2400
Модуль ползучести (23 ^оС, 1000 ч, деформация 0.1%)	4000	10200	21000
Модуль ползучести (150 ^оС, 1000 ч, деформация 0.1%)	1000	5000	12000
Ударная вязкость по Шарпи (без надреза, 23 ^оС), кДж/м²	Не разрушается
Ударная вязкость по Шарпи (с надрезом 2 мм, 23 ^оС), кДж/м²	35	11.3	7.8
Уд. вязкость по Шарпи (с надрезом 0.25 мм, 23 ^оС), кДж/м²	8	8.9	5.4
Ударная вязкость по Изоду (без надреза, 23 ^оС), Дж/м	854 - не разрушается	534 - 908	694
Ударная вязкость по Изоду (с надрезом, 23 ^оС), Дж/м	60 - 107	80 - 117	80 - 96
Твердость по Роквеллу (23 ^оС)	R126 - R130	R124	R124
Коэффициент Пуассона (23 ^оС)	0.4	0.4	0.44
Теплофизические
Температура изгиба под нагрузкой (1.8 МПа), ^оС	154 - 171	266 - 316	288
Коэфф. линейного термического расширения (23 - 55 ^оС), 1/^оС	(0.47 - 0.54) x 10^-4	0.22 x 10^-4	0.15 x 10^-4
Коэффициент теплопроводности (23 ^оС), Вт/(м^.оС)	0.24 - 0.25	0.43	0.92
Электрические
Удельное объемное электрическое сопротивление (23 ^оС), Ом^.см	10¹⁵ - 10¹⁶	10¹⁶	10²
Удельное поверхностное электрическое сопротивление (23 ^оС), Ом	10¹⁴ - 10¹⁶
Диэлектрическая проницаемость (23 ^оС, 100 Гц)	2.8 - 3.2
Диэлектрическая проницаемость (23 ^оС, 1 МГц)	3.2 - 3.5	4.0
Тангенс угла диэлектрических потерь (23 ^оС, 100 Гц)	0.001
Тангенс угла диэлектрических потерь (23 ^оС, 1 МГц)	0.002 - 0.004	0.005
Электрическая прочность (23 ^оС, пленка толщ. 50 мкм), кВ/мм	190
Контрольный индекс трекингостойкости, В	150
Другие
Водопоглощение (23 ^оС, 24 ч, при погружении), %	0.15 - 0.5	0.11 - 0.12	0.06 - 0.12
Водопоглощение (23 ^оС, равновесное, при погружении), %	0.5
Водопоглощение (23 ^оС, равновесное, влажность 50%), %	0.2 - 0.5
Категория стойкости к горению по UL94 (1.45 мм)	V-0	V-0	V-0

Показатели	PEK
Физические
Плотность (23 ^оС), г/см³	1.3
Механические
Прочность при растяжении (23 ^оС), МПа	80 - 110
Прочность при растяжении (150 ^оС), МПа	48
Прочность при растяжении (250 ^оС), МПа	17
Модуль упругости при растяжении (23 ^оС), МПа	4200 - 4300
Относительное удлинение при растяжении (23 ^оС), %	2 - 25
Разрушающее напряжение при изгибе (23 ^оС), МПа	115 - 185
Модуль упругости при изгибе (23 ^оС), МПа	4100 - 4500
Модуль упругости при изгибе (150 ^оС), МПа	3100
Прочность при сжатии (23 ^оС), МПа	125 - 137
Ударная вязкость по Изоду (без надреза, 23 ^оС), Дж/м	Не разрушается
Твердость по Роквеллу (23 ^оС)	M98 - M103
Теплофизические
Температура изгиба под нагрузкой (1.8 МПа), ^оС	165 - 175
Электрические
Удельное объемное электрическое сопротивление (23 ^оС), Ом^.см	(1.0 - 4.9) x 10¹⁶
Удельное поверхностное электрическое сопротивление (23 ^оС), Ом	10¹⁶
Диэлектрическая проницаемость (0 - 150 ^оС, 50 Гц)	3.3
Диэлектрическая проницаемость (200 ^оС, 50 Гц)	4.0
Тангенс угла диэлектрических потерь (23 ^оС, 1 МГц)	0.0035
Дугостойкость (23 ^оС, 3 мм), с	175
Контрольный индекс трекингостойкости, В	150
Электрическая прочность (23 ^оС, толщ. 3.2 км), кВ/мм	17
Другие
Категория стойкости к горению по UL94	V-0

Показатели	PEKK	PEKK + 30% стекловолокна	PEKK + 30% углеродного волокна
Физические
Плотность (23 ^оС), г/см³	1.28 - 1.31	1.50 - 1.51	1.36 - 1.39
Механические
Прочность при растяжении (23 ^оС), МПа	91 - 112	176 - 190	227 - 253
Модуль упругости при растяжении (23 ^оС), МПа	3516 - 5000	11250 - 12656	24490 - 35593
Относительное удлинение при растяжении (23 ^оС), %	12 - 80	1.8 - 2.3	1.2 - 1.3
Разрушающее напряжение при изгибе (23 ^оС), МПа	141 - 197	246 - 262	372 - 394
Модуль упругости при изгибе (23 ^оС), МПа	3445 - 4640	11020 - 11250	22500 - 24120
Количество циклов изгиба до разрушения (23 ^оС)	5000 - 13000
Ударная вязкость по Изоду (без надреза, 23 ^оС), Дж/м		801	534
Ударная вязкость по Изоду (с надрезом, 23 ^оС), Дж/м	48 - 69	85 - 107	56 - 64
Коэффициент трения по стали статический (23 ^оС)	0.26 - 0.29
Коэффициент трения по стали динамический (23 ^оС)	0.17 - 0.19
Теплофизические
Температура изгиба под нагрузкой (1.8 МПа), ^оС	141 - 175	316 - 321	316 - 321
Коэфф. линейного термического расширения (23 - 55 ^оС), 1/^оС	(0.38 - 0.77) x 10^-4	0.16 x 10^-4	0.1 x 10^-4
Электрические
Удельное объемное электрическое сопротивление (23 ^оС), Ом^.см	10¹⁶
Удельное поверхностное электрическое сопротивление (23 ^оС), Ом	2 х 10¹⁶
Диэлектрическая проницаемость (23 ^оС, 1000 Гц)	3.3
Тангенс угла диэлектрических потерь (23 ^оС, 1000 Гц)	0.004
Другие
Водопоглощение (23 ^оС, 24 ч, при погружении), %	0.2 - 0.3	0.1	0.1
Категория стойкости к горению по UL94	V-0	V-0	V-0

     Примечания:
     Механические и прочие характеристики литьевых деталей могут быть значительно хуже показателей, определенных стандартными методами (на стандартных образцах). Они в частности, могут ухудшаться при образовании концентраторов напряжений, спаев, неустойчивом заполнении, проблемах уплотнения, деструкции полимерного материала и пр.
     Для марок, содержащих стеклянное или углеродное волокно, механические свойства очень сильно зависит от разрушения волокна при переработке (особенно интенсивное разрушение происходит при переработке композиций с длинным волокном), ориентации частиц волокна (влияют места впуска, конструкция литьевой детали и пр.).

Примеры применения

     Автомобилестроение. Детали под капотом автомобиля. Детали топливной системы, трансмиссии. Автомобильная светотехника (рефлекторы фар).
     Высоконагруженные детали, работающие в агрессивных средах.
     Авиационная и космическая техника. Рамы иллюминаторов самолетов. Детали топливной системы самолетов. Детали салона самолетов.
     Кольца для высокочастотного коаксиального кабеля.
     Атомная энергетика.
     Детали насосов (турбины, крыльчатки), компрессоров, измерителей потоков, фильтров, теплообменников для пищевой и химической промышленности, датчиков, pH-метров.
     Детали лабораторного оборудования.
     Нефтеперерабатывающая промышленность: вкладыши подшипников, кожухи приборов и кабелей.
     Тонкостенные электрические разъемы.
     Высоконагруженные зубчатые рейки, зубчатые колеса, переключатели.
     Корпуса датчиков давления. Корпуса нагревательных элементов.
     Детали миниатюрных механизмов.
     Детали струйных принтеров.
     Детали микроволновых печей.
     Высокопрочные детали медицинских изделий (ручки, клапаны и др.), подвергающиеся стерилизации паром и др. методами. Детали диализаторов крови. Контейнеры для стерилизации. Имплантанты. Имплантируемые дефибрилляторы. Протезы костей, коленных суставов.
     Полупроводниковая промышленность.

Переработка

     Переработка PEEK:

     Температура материального цилиндра: 360 - 400 ^оС.
     Температура формы: 150 - 190; 160 - 220; 175 - 205 ^оС.
     Противодавление: 0.1 - 2 МПа.
     Скорость впрыска: принципы оптимизации скорости впрыска рассмотрены в статье.
     Макс. давление при впрыске зависит от вязкости материала, конструкции изделия (толщина, длина затекания) и литниковой системы.
     Макс. скорости сдвига при впрыске: 10000 1/с.
     Давление выдержки: 40 - 80 МПа.
     Допустимая влажность: < 0.05-0.1 %..
     Температура сушки: 150 - 170 ^оС.
     Время сушки:  2 - 4 ч (сушилка с циркуляцией сухого воздуха). При сушке сухим воздухом точка росы воздуха: -29 ^оС.
     Допускается добавление макс. 30% вторичного материала для ненаполненных марок и 15% - для наполненных марок.
     Толщина вентиляционных каналов: 0.04-0.08 мм.
     Рекомендуется использовать бронированные цилиндр и шнек. Рекомендуется использовать шнек с L/D = 18:1 - 24:1 и длинной зоной загрузки (9-12 D), степень сжатия: 2 - 3. Рабочие части машины не должны содержать деталей из медных сплавов, т.к. следы меди при температурах расплава вызывают деструкцию полимера.
     Сопло: открытое с максимально возможным диаметром отверстия, использование запирающихся сопел не рекомендуется. Машина должна иметь достаточно мощный обогрев сопла.
     Для чистки материального цилиндра может применяться высоковязкий HDPE или PP.

Примечания: Температура материального цилиндра может значительно отличаться от фактической температуры расплава из-за диссипативного тепловыделения при течении вязкой жидкости и других факторов. Фактическую температуру расплава нельзя определить путем ее измерении при открытой литьевой форме.

Типичные проблемы литья под давлением

     Неустойчивое заполнение: струйное заполнение, следы течения, матовые пятна вблизи впуска и др.
     Подгары и неоднородность цвета (серебристые, серые и темные разводы) из-за термоокислительной деструкции и механодеструкции в материальном цилиндре литьевой машины и литниковой системе.
     Коричневый цвет поверхности (аморфный материал) - для PEEK.
     Серебристость из-за повышенной влажности или летучих в сырье, захвата воздуха.
     Недолив.
     Облой.
     Низкое качество спаев.
     Проблемы уплотнения: утяжины, пузыри, дефекты текстуры.
     Коробление.
     Несоответствие размеров.
     Залипание отливки в форме.
     Длительный цикл литья.

Технологическая усадка при литье под давлением

Типичная технологическая усадка PEEK для ненаполненных марок: 0.8; 1.0; 1.2%

     Типичная технологическая усадка PEEK для стеклонаполненных марок (30% стекловолокна):
                                          продольная: 0.2; 0.3; 0.5%
                                          поперечная: 1.0; 1.1%

      Типичная технологическая усадка PEEK для ненаполненных марок: 1.0 - 1.3; 1.1 - 1.3; 1.1 - 1.4%

Типичная технологическая усадка PEKK для ненаполненных марок: <0.5; 1.4%

Примечания: Технологическая усадка литьевых термопластичных материалов может выходить за пределы диапазона значений, определенного на стандартных образцах. Она зависит от конструкции изделия и литьевой формы, а также технологического режима литья. Подробнее о колебании усадки.

Торговые марки (изготовители)

     G-PAEK (Gharda Chemicals) PEK
     GAPEKK (Gharda Chemicals) PEKK
     OXPEKK (Oxford Performance Materials) PEKK
     RTP 2200 (RTP) PEEK
     RTP 2200 A (RTP) PEK
     RTP 3900 (RTP) PEKEKK
     RTP 4100 (RTP) PEKK
     Victrex PEEK (Victrex) PEEK
     Victrex PEEK-HT (Victrex) PEK

Литература

     Литье пластмасс под давлением / Под ред. Т. Оссвальда, Л.-Ш. Тунга, П.Дж. Грэманна. Пер с англ. под ред. Э.Л. Калинчева. -СПб: Профессия, 2006. 712 с.
     Милицкова Е.А., Артемов С.Б. Ароматические полисульфоны, полиэфир(эфир)кетоны, полифенилен-оксиды и полисульфиды. -М.: НИИТЭХИМ, 1990. 105 с.
     Михайлин Ю.А. Термоустойчивые полимеры и полимерные материалы. – СПб: Профессия, 2006. 624 с.
     Шаов А.Х., Хараев А.М., Микитаев А.К., Карданов А.З., Хасбулатова А.С. Ароматические полиэфиркетоны и полиэфирэфиркетоны // Пласт. массы. 1990. № 11. С. 14-17.
     Шаов А.Х., Хараев А.М., Микитаев А.К., Матвелашвили Г.С., Хасбулатова З.С. Полимерные композиционные материалы на основе полиэфирэфиркетонов (обзор) // Пласт. массы. 1992. № 3. С. 3-7.
     Abate L., Calanna S., Pollicino A., Recca A. Thermal stability of a novel poly(ether ether ketone ketone) (PK99) // Polym. Eng. Sci. 1996. V. 36, № 13. P. 1782-1788.
     Beland S. High performance thermoplastic resins and their composites. Noyes Data Corporation, 1990. 177 p.
     Burris D.L., Sawyer W.G. A low friction and ultra low wear rate PEEK/PTFE composite // Wear. 2006. V. 261. P. 410–418.
     Chang I.Y. PEKK as a new thermoplastic matrix for high performance composites // SAMPE Quarterly. 1988. V. 19, № 4. July. P. 29-34.
     Dillon H.J. Polyetheretherketone // Mod. Plast. Enc. 1986-1987. P. 52.
     Fink J.K. High performance polymers. – Norwich: William Andrew Inc., 2008. P. 209-236.
     Kemmish D. Update on the technology and applications of polyaryletherketones. - Shawbury: Smithers Rapra, 2010. 142 p.
     Leaversuch R. Demand surge tightens PEEK supply // Plast. Technol. 2001. No 7.
     Maksimov R.D., Kubat J. Time and temperature dependent deformation of poly(ether ether ketone)(PEEK) // Mech. Compos. Mater. 1997. V. 33, № 6. P. 517-525.
     Modern plastics handbook / Ed. by C.A. Harper. McGraw-Hill, 2000. P. 1.52-1.53.
     Oxford Performance Materials Inc. http://oxfordpm.com/ 2018.
     Peters E.N., Arisman R.K. Engineering thermoplastics // Applied polymer science: 21 century / Ed. by C.D. Craver, C.E. Carraher. Elsevier, 2000. P. 177-196.
     Rees H. Mold Engineering. -Munich, Vienna, N.Y., Cincinnati: Hanser, Hanser Gardner, 2002. 688 p.
     Victex Plc.https://www.victrex.com/ 2018.
     Wolf M. Anwendungstechnische Entwicklungen bei Polyaromaten // Kunststoffe. 1987. B. 77, № 6. S. 613-616.
     Yeager G. Polyethers, aromatic // Encyclopedia of polymer science and technology / Ed. by. H.F. Mark. 3rd edition / 12 volumes. V. 11. John Wiley & Sons, 2004. P. 64-87.



			Copyright (C) Барвинский И.А., Барвинская И.Е., 2000-2021 Перепечатка публикаций сайта допускается только с разрешения авторов