آشنایی کامل با پلی اتر اتر کتون PEEK - بخش دوم

پلی اتر اترکتون: چگونه گرید مناسب را انتخاب کنیم؟ - بخش دوم

محدودیت‌های پلاستیک PEEK

در انتخاب گریدهای PEEK باید برخی محدودیت‌ها ازجمله گران بودن، دشوار بودن فرآوری در دماهای بالا، آسیب پذیر بودن در برابر اسیدهای سولفوریک، نیتریک و کرومیک غلیظ (بهتر است بدانیم که چگونه قطعات ساخته شده از PEEK را از حمله شیمیایی محافظت کرد)، آسیب پذیری در برابر هالوژن‌ها و سدیم (انواع PEEK بدون هالوژن را انتخاب کنیم) و مقاومت کم در برابر نور فرابنفش را درنظر گرفت.

خواص فیزیکی و تکنیک‌های پردازش PEEK

پلی‌ اتر اترکتون (PEEK) ازطریق روش‌های رایج متععدی فرآوری می‌شود که در ادامه توضیح داده شده است. شرایط فرآوری مورد استفاده برای قالب ‌گیری PEEK می‌تواند بر بلورینگی و خواص مکانیکی آن تاثیر بگذارد. PEEK به عنوان یک ترموپلاستیک خطی، می‌تواند در محدوده دمایی (۳۷۰ تا ۴۲۰ درجه سانتیگراد) به صورت مذاب فرآوری شود. درحین فرآوری پلی‌ اتر اترکتون، هیچ گاز خورنده‌ای آزاد نمی‌شود. اشکال مختلف پلیمرهای PEEK کارایی قطعات پلاستیکی نهایی را تحت تاثیر قرار می‌دهند. انتخاب گریدهای آن نیز برهمین اساس از اختلالات عملیاتی و سرمایه‌ گذاری‌های غیرضروری جلوگیری می‌کند. برخی از اشکال فیزیکی آن نیز به به صورت تجاری در دسترس هستند همچون پودر (ذرات ریز مناسب برای قالب‌ گیری فشاری، پوشش پودری و تولید افزایشی)، میلگرد (شکل‌های خام برای ماشینکاری به قطعات سفارشی) و گرانول (مشابه پلت‌ها اما اغلب بزرگتر که در فرآیندهای قالب ‌گیری مختلف استفاده می‌شود).

قبل از پردازش PEEK، خشک کردن به مدت ۳ ساعت در دمای ۱۵۰ درجه سانتیگراد یا ۲ ساعت در دمای ۱۸۰ درجه سانتیگراد، به منظور جلوگیری از هرگونه نقص قالب‌ گیری توصیه می‌شود. برخی از روش‌ها و دستورالعمل‌های فرآوری PEEK برای هر فرایند عبارتند از:

1. قالب‌ گیری تزریقی: در روش قالب گیری تزریقی برای دستیابی به تبلور خوب و به حداقل رساندن تاب برداشتن، دمای قالب ۱۶۰ تا ۱۹۰ درجه سانتیگراد توصیه می‌شود. تبلور پس از ذوب در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد امکان‌ پذیر است اما برای کاربردهایی که نیاز به پایداری ابعادی بالا دارند توصیه نمی‌شود. این روش برای قالب‌ گیری تزریقی قطعات بسیار کوچک PEEK با تلرانس‌های ابعادی دقیق مناسب است که فشار تزریق (70-140 مگاپاسکال) و انقباض قالب (بدون پرکننده - ۱.۲-۲.۴ درصد و پر شده - ۰.۱-۱.۱ درصد) توصیه می‌شود.

2. اکستروژن: در روش اکستروژن، دمای خنک ‌سازی تاثیر زیادی بر بلورینگی و سپس بر عملکرد دارد. برای اکستروژن فیلم و ورق، استفاده از سیلندرهای خنک‌ کننده در دمای ۵۰ درجه سانتیگراد منجر به تولید ماده آمورف شفاف می‌شوند. سرد کردن سیلندرها در دمای ۱۷۰ درجه سانتیگراد نیز موجب تولید ماده‌ای مات و بسیار بلوری می‌شود. همچنین می‌توان فیلم‌های جهت‌دار یا دو جهت‌دار را با فرآیند اکستروژن تولید کرد.

3. چاپ سه‌ بعدی: به لطف خواص منحصر به فرد PEEK، چاپ سه بعدی امکان ساخت تقریبا هر هندسه طراحی پیچیده‌ای را فراهم می‌کند که با استفاده از سایر فناوری‌ها قابل تولید نیست. از روش‌های FDM یا FFF برای چاپ سه بعدی با فیلامنت‌های PEEK استفاده می‌شود. در این روش دو نکته مهم دمای نازل (400-360 درجه سانتی‌گراد) و بستر گرم شونده (۱۲۰ درجه سانتیگراد) را باید درنظر گرفت. این ماده به دلیل جذب رطوبت پایین درمقایسه با سایر مواد مانند اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)، گزینه بسیار خوبی برای ساخت فیلامنت‌های ذوب ‌شده است.

علاوه براین، برخی جنبه‌های کلیدی را در انتخاب گرید پایدار PEEK نیز باید درنظر گرفت.

1. قابلیت بازیافت: PEEK یک پلاستیک کاملا قابل بازیافت است اما به دلیل ویژگی‌های عملکرد بالای این ماده و هزینه آن، فرآیند بازیافت آن پیچیده است. برخی از روش‌های رایج بازیافت شامل بازیافت مکانیکی و شیمیایی است.

2. انتشار ترکیبات آلی فرار (VOC): در فرآیند تولید PEEK از پلیمریزاسیون مذاب در دمای بالا استفاده می‌شود. این امر نیاز به حلال‌هایی را که می‌توانند به انتشار کم VOC کمک کنند، کاهش می‌دهد. مواد اولیه مورد استفاده در تولید PEEK نیز نسبتاً پایدار هستند و درنتیجه، درطول پردازش تمایل به خروج گاز ندارند.

3. زیست محور بودن: دستیابی به نسخه‌های ۱۰۰ درصد زیستی PEEK همچنان در مقیاس بزرگ امکان‌ پذیر نیست. با این حال، پیشرفت‌های قابل توجهی در این زمینه صورت گرفته است. برخی از شرکت‌ها درحال کار بر روی دستیابی به نسخه‌های تا حدی زیستی PEEK هستند که معمولا عملکرد مشابهی با جایگزین‌های نفتی نشان می‌دهند.

4. مواد اولیه تجدیدپذیر: برخی از نوآوران درحال تولید MDA تجدیدپذیر پایدار یا زیست‌ پایه هستند. این ماده که با نام ۴،۴'-متیلن دی ‌آنیلین نیز شناخته می‌شود، پیش ‌ساز مورد استفاده در فرآیند تولید PEEK است.

5. فاقد PFAS: ساختار شیمیایی PEEK حاوی ترکیبات فلوئوردار نیست. این امر آن را به گزینه‌ای جذاب برای کاربردهایی تبدیل می‌کند که به مواد PEEK بدون PFAS نیاز دارند.

از PEEK در صنایع مختلف ازجمله هوافضا، خودرو، برق و پزشکی استفاده می‌شود. به دلیل استحکام آن، برای ساخت اقلام در صنایع شیمیایی و مهندسی مانند یاتاقان‌ها، قطعات پیستون، پمپ‌ها، ستون‌های HPLC، شیرهای صفحه کمپرسور و عایق کابل نیز کاربرد دارد. است. از مهمترین مزایای عملکردی PEEK  در صنعت می‌توان افزایش تعامل سطح خشک و روان‌ کاری شده، عملکرد مکانیکی بالا در طیف وسیعی از دما، سهولت پردازش و خواص خستگی عالی را نام برد. از کاربردهای اصلی PEEK در خودروسازی می‌توان به واحدهای پیستونی زیر کاپوت، واشرها، بلبرینگ و یا قطعات فعال مختلف مورد استفاده در سیستم‌های انتقال قدرت، ترمز و تهویه مطبوع اشاره کرد.

پلیمرهای PEEK و کامپوزیت‌های آن درحال جایگزینی آلومینیوم و سایر فلزات در چندین قطعه هواپیما هستند. تعداد زیادی از قطعات با حجم زیاد و تلرانس‌های دقیق را می‌توان با هزینه‌ای مقرون‌ به ‌صرفه و بدون مونتاژ یا اصلاح، شکل‌ دهی و استفاده کرد. از PEEK در بازار هوافضا در ساخت قطعاتی ازجمله قطعات حیاتی موتور (زیرا این پلیمر می‌تواند در برابر دماهای بالا و برهمکنش تریبولوژیکی تماس مواد خشک و روان‌ کاری شده مقاومت کند)، قطعات بیرونی هواپیما (PEEK مقاومت بسیار خوبی در برابر فرسایش ناشی از باران ایجاد می‌کند) و قطعات داخلی (خاصیت ذاتی ضد حریق و انتشار کم دود و گازهای سمی PEEK خطر آتش‌ سوزی را کاهش می‌دهد) استفاده می‌شود. این پلیمر همچنین برای ساخت لوله‌های پیچ‌ در پیچ جهت محافظت از سیم‌ها و رشته‌های فیبر نوری در سیستم‌های الکتریکی هواپیما کاربرد دارد. قطعات مقرون ‌به‌ صرفه و نوآورانه ساخته شده از PEEK از مقاومت عالی در برابر سایش، گرما، الکتریسیته و مواد شیمیایی برخوردار هستند.

علاوه براین، کاربردهای آن در مراقبت‌های بهداشتی شامل ابزارهای دندانپزشکی، آندوسکوپ‌ها و دیالیزرها می‌شود. با این حال، PEEK جایگزین آلومینیوم در ساخت دسته‌های سرنگ‌های دندانپزشکی و جعبه‌های استریل نگهدارنده فایل‌های کانال ریشه می‌شود زیرا این پلیمر می‌تواند تا ۳۰۰۰ چرخه استریلیزاسیون اتوکلاو را که در آن دما معمولا به ۱۳۴ درجه سانتیگراد می‌رسد، تحمل کند. این ماده در حضور آب داغ، بخار، حلال‌ها و مواد شیمیایی استحکام مکانیکی فوق‌ العاده، مقاومت عالی در برابر ترک‌ خوردگی ناشی از تنش و پایداری هیدرولیتیک را نیز حفظ می‌کند. PEEK زیست ‌سازگاری بهبود یافته‌ای را نیز برای ایمپلنت‌های تحمل‌ کننده بار تضمین می‌کند.

PEEK خواص الکتریکی بسیار خوبی دارد که آن را به یک عایق الکتریکی ایده ‌آل تبدیل می‌کند. این ماده در بازارهای الکتریکی و کاربردهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با کمک PEEK، قطعاتی با قابلیت اطمینان عملیاتی طولانی مدت در محدوده‌های بسیار متغیر دما، فشار و فرکانس می‌‌توان ساخت. خلوص ذاتی آن، همراه با پایداری مکانیکی و شیمیایی عالی، آلودگی را به حداقل رسانده و ایمنی را درحین کار با ویفرهای سیلیکونی به حداکثر می‌رساند. علاوه براین، خواص حرارتی قطعات پلیمری PEEK را قادر می‌سازد تا در برابر دماهای بالا مرتبط با فرآیندهای لحیم کاری مقاومت کنند.