كيفية اختيار الدرجة المناسبة من بولي إيثر إيثر كيتون (PEEK)

يُعدّ بولي إيثر إيثر كيتون (PEEK) بوليمرًا عالي الحرارة مشهورًا بخصائصه الميكانيكية والحرارية والكيميائية المتميزة. ويُستخدم على نطاق واسع في صناعات الطيران والفضاء والسيارات والأجهزة الطبية والإلكترونيات.

لكن ما الذي يميز مادة PEEK عن غيرها من أنواع البلاستيك عالية الأداء؟ ولماذا يختار المهندسون مادة PEEK على البدائل الأخرى؟

في هذا الدليل، سنشرح كيفية تصنيع مادة PEEK وبنيتها الجزيئية، وسنساعدك في اختيار درجة PEEK المثالية لتطبيقاتك.

ما هو بلاستيك PEEK؟

ينتمي البولي إيثر إيثر كيتون (PEEK) إلى عائلة البولي أريل إيثر كيتون (PAEK)، والتي تشمل PEK وPEEK وPEEKK وPEKK وPEKEKK. ومن بين هذه الأنواع، يُعد PEEK الأكثر استخدامًا وإنتاجًا على نطاق واسع.

الاختصار نظرة خاطفة يكشف عن هيكله الكيميائي:

• بولي: العديد من الوحدات المتكررة (البوليمر)
• الأثير: رابطة أكسجين في السلسلة
• الأثير: وصلة أكسجين أخرى
• الكيتون: رابطة مجموعة الكربونيل (C=O)

يمنح هذا الترتيب المحدد مادة PEEK خصائصها الاستثنائية. ومنذ طرحها تجارياً في أوائل ثمانينيات القرن الماضي من قبل شركة إمبريال للصناعات الكيميائية (ICI، التي أصبحت الآن جزءاً من شركة فيكتريكس بي إل سي)، أصبحت مادة PEEK قابلة لإعادة التدوير بالكامل.

مقارنة الأداء مع البوليمرات الأخرى المقاومة للحرارة العالية

الخصائص الفيزيائية

• مادة لدن حراري هندسية شبه بلورية عالية الأداء
• مقاومة ممتازة للسوائل والإجهاد
• غير قابل للذوبان في المذيبات الشائعة ومقاوم للتحلل المائي
• يتحمل البخار أو الماء عالي الضغط لمدة 1000 ساعة دون أن يتلف.
• استقرار أبعاد عالٍ، ونقاء متأصل، وتوافق حيوي

الخواص الميكانيكية

• قوة شد ممتازة، ومتانة، ومقاومة للزحف
• خصائص انحناء وشد متوازنة لتطبيقات الأحمال العالية ودرجات الحرارة العالية
• يحتفظ بمعامل الانحناء عند درجات حرارة عالية جدًا
• مكونات خفيفة الوزن مناسبة للبيئات القاسية

الخصائص الحرارية

• نقطة انصهار عالية (Tm): 343 درجة مئوية
• درجة حرارة التحول الزجاجي العالية (Tg): 143 درجة مئوية
• درجة حرارة الاستخدام المستمر: تصل إلى 260 درجة مئوية

الخصائص الكهربائية

• حجم كبير ومقاومة سطحية
• أداء عزل ممتاز عبر نطاق واسع من درجات الحرارة

قابلية الاشتعال

• تصنيف مقاومة اللهب V0 عند سمك 1.45 مم
• مؤشر الأكسجين المحدود (LOI): 35%
• انبعاثات منخفضة من الدخان والغازات السامة

المواد المقواة

• تعمل الألياف الزجاجية أو الكربونية على تحسين معامل الانحناء، ومقاومة الزحف، والتوصيل الحراري، ودرجة حرارة التشوه الحراري
• يحافظ البولي إيثر إيثر كيتون المقوى بألياف الكربون على الأداء عند درجة حرارة 299 درجة مئوية مع قوى شد تصل إلى 29000 رطل لكل بوصة مربعة (~200 ميجا باسكال).

البوليمر PEEK مقابل البوليمرات الأخرى المقاومة للحرارة العالية

• البوليمرات الفلورية: يتفوق PEEK في قوة الشد، ودرجة حرارة التشوه الحراري، ودرجة حرارة التشغيل، والالتصاق، وقابلية المعالجة، وانبعاثات الغازات السامة؛ ولكنه أقل قليلاً في المقاومة الكيميائية، والتكلفة، والمتانة، ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية.
• كبريتيد البوليفينيلين (PPS): يتميز PEEK بمقاومة فائقة للحرارة، ومتانة عالية، وتحكم ممتاز في الوميض.
• بولي إيثر سلفون (PES): يوفر PEEK أداءً أفضل في درجات الحرارة، ومقاومة للتآكل، ومقاومة للمواد الكيميائية، ومقاومة للإجهاد.

لا يتم مزج مادة PEEK بشكل عام مع البوليمرات الأخرى، ولكن يمكن أن تشكل مزيجًا قابلاً للامتزاج مع أنواع أخرى من PAEKs وبولي إيثر إيميد (PEI).

• مزيج PEEK/PEI: ارتفاع درجة حرارة الجسم
• يمتزج مع البوليستر والبولي فينيل سلفيد: توافق عالٍ

قيود مادة PEEK

• تكلفة عالية - الأفضل للتطبيقات عالية الأداء
• يتطلب معالجة بدرجة حرارة عالية
• معرضة للأحماض الكبريتية والنيتريك والكرومية المركزة
• حساسة للهالوجينات والصوديوم
• مقاومة منخفضة للأشعة فوق البنفسجية

تطبيقات بولي إيثر إيثر كيتون (PEEK)

يُستخدم البولي إيثر إيثر كيتون (PEEK) في العديد من الصناعات، بما في ذلك صناعات الطيران والفضاء، والسيارات، والكهرباء، والطب، والكيمياء، والهندسة. وتشمل مكوناته النموذجية المحامل، وأجزاء المكابس، والمضخات، وأعمدة كروماتوغرافيا السائل عالي الأداء (HPLC)، وصمامات الضواغط، وعزل الكابلات.

صناعة السيارات

• بديل خفيف الوزن، ومُخفِّض للضوضاء، ومتكامل وظيفيًا للمعادن
• تفاعل ممتاز بين الأسطح الجافة والمزيتة، وأداء ميكانيكي ممتاز، ومقاومة للإجهاد
• التطبيقات: موانع تسرب وحدة المكبس، والحشيات، والمحامل، والأجزاء المتحركة في ناقلات الحركة، والفرامل، وأنظمة التكييف

الفضاء الجوي

• استبدال الألومنيوم والمعادن الأخرى
• يمكن تشكيل الأجزاء الكبيرة عالية الدقة بكفاءة دون الحاجة إلى التجميع
• التطبيقات:
  • مكونات المحرك: تتحمل درجات الحرارة العالية والاحتكاك
  • الأجزاء الخارجية: مقاومة التآكل الناتج عن المطر
  • الأجزاء الداخلية: مقاومة للاشتعال، دخان/سمية منخفضة
  • الأنظمة الكهربائية: حماية الأسلاك والألياف

الرعاية الطبية والرعاية الصحية

• مقاومة عالية للتآكل والحرارة والمواد الكيميائية والعزل الكهربائي
• التطبيقات: أدوات طب الأسنان، المناظير، معدات غسيل الكلى
• أمثلة:
  • مقابض محاقن الأسنان والصناديق المعقمة تحل محل الألومنيوم
  • يتحمل ما يصل إلى 3000 دورة تعقيم بالضغط العالي عند درجة حرارة 134 درجة مئوية تقريبًا
  • يحافظ على القوة الميكانيكية والاستقرار المائي
  • تحسين التوافق الحيوي للغرسات

الكهرباء والإلكترونيات

• عازل ممتاز لضمان موثوقية عالية في ظل تغيرات درجة الحرارة والضغط والتردد
• يقلل من التلوث في معالجة الرقائق
• التطبيقات:
  • مقابس توصيل محورية
  • مقاييس الجهد الدقيقة المثبتة على السطح (SMD)
  • عوازل لمعدات التحكم البيئي تحت سطح البحر

أسواق رئيسية أخرى

• يتفوق على المعادن في المكونات الصناعية والكيميائية والمعالجة
• مادة PEEK معتمدة من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية للاستخدامات الملامسة للأغذية
• أمثلة:
  • استبدال مراوح الفولاذ المقاوم للصدأ في المضخات التجديدية
  • وصلات الأنابيب والخراطيم لضغوط تصل إلى 25000 رطل لكل بوصة مربعة ودرجات حرارة تصل إلى 260 درجة مئوية