Расширенное руководство по полимерам. Свойства термопластов. PEEK (ПЭЭК)

Поликетоны используются в различных продуктах для электротехнической, автомобильной, аэрокосмической, химической и нефтяной промышленности. Они конкурируют в своих областях применения с керамикой, стеклом, металлами, термореактивными пластмассами, а также с термостойкими и химически стойкими термопластами, такими как полисульфон, полиимид, поликарбонат, фторполимеры и некоторые нейлоны. Семейство поликетонов (PK), также называемое полиарилэфиркетонами (PAEK), состоит из полиэфирэфиркетона (PEEK), полиэфирэфиркетонкетона (PEEKK), полиэфиркетона (PEK) и полиэфиркетонэфиркетонкетона (PEKEKK). Они имеют сходные молекулярные структуры, основанные на повторяющихся эфирных и кетонных группах в различных соотношениях, однако несколько различаются по своим свойствам. Рассмотрим несколько основных пластиков из этой группы и начнём с полиэфирэфиркетона (PEEK).

Благодаря своей гибкости, PEEK ведет себя как настоящий термопласт и обладает способностью кристаллизоваться (от 25 до 50%). Его высокая температура стеклования (Tg) и высокая температура плавления (Tm) в сочетании с высокой температурной химической стабильностью делают этот пластик наиболее термостойким термопластом. Как и в случае других кристаллизующихся термопластов, кристалличность может развиваться только при температурах между Tm и Tg, что необходимо учитывать при обработке (экструзия, инжекция и т. д.). PEEK сохраняет хорошие механические свойства при высоких температурах, вплоть до +200 °C (+392 °F) в течение некоторого времени, а некоторые сорта имеют полезную рабочую температуру до +250 °C. Полиэфирэфиркетоны имеют очень низкую воспламеняемость и очень низкую эмиссию дыма и токсичных газов. PEEK практически нерастворим в любых растворителях и особенно устойчив к гидролизу паром или водой с высокой температурой под давлением, поглощает мало влаги и обладает отличной стойкостью к радиационному излучению. Как и другие кристаллизующиеся материалы, полиэфирэфиркетон устойчив к растрескиванию под воздействием окружающей среды.

В целом можно сказать, что PEEK — это полукристаллический термопласт с превосходными механическими и химическими свойствами, которые сохраняются при высоких температурах. Условия обработки, используемые для формования PEEK, могут влиять на кристалличность и, следовательно, на механические свойства. Его модуль Юнга составляет 3,6 ГПа, а предел прочности при растяжении составляет от 90 до 100 МПа. PEEK имеет температуру стеклования около +143 °C (+289 °F) и плавится при температуре около +343 °C (+662 °F), а об эксплуатационных температурах мы уже говорили выше. Теплопроводность PEEK увеличивается почти линейно с температурой между комнатной температурой и температурой плавление (точнее говоря, солидуса). Материал обладает высокой устойчивостью к термическому разложению, а также к воздействию как органических, так и водных сред. На него воздействуют галогены и сильные кислоты, а также некоторые галогенированные соединения и алифатические углеводороды при высоких температурах. Он растворим в концентрированной серной кислоте при комнатной температуре, хотя растворение может занять очень много времени, если полимер не находится в форме с высоким отношением площади поверхности к объему, такой как тонкий порошок или тонкая пленка. Также PEEK обладает высокой устойчивостью к биоразложению.

Благодаря своей надежности, PEEK используется для изготовления изделий, используемых в сложных условиях, включая подшипники, детали поршней, насосы, колонки для высокоэффективной жидкостной хроматографии, клапаны пластин компрессора и изоляция электрических кабелей. Это один из немногих пластиков, совместимых со сверхвысоким вакуумом. PEEK считается усовершенствованным биоматериалом, используемым в медицинских имплантатах, например, с использованием магнитно-резонансной томографии (МРТ) высокого разрешения, для создания частичной замены черепа в нейрохирургических применениях. PEEK находит все большее применение в устройствах для спондилодеза и арматурных стержнях. Он широко используется в аэрокосмической, автомобильной и химической промышленности. Уплотнения и коллекторы PEEK обычно используются для жидкостей. PEEK также хорошо работает в приложениях, где постоянны высокие температуры (до +260 °C). Из-за этого и его низкой теплопроводности он также используется в печати с технологией термического разделения горячего и холодного концов.

ПЭЭК плавится при относительно высокой температуре (+343 °C) по сравнению с большинством других термопластов. В диапазоне температур плавления он может быть обработан с использованием методов литья под давлением или экструзии. Технически возможно перерабатывать гранулированный PEEK в форму нити и осуществлять 3D-печать деталей из материала нити, используя моделирование расплавленного осаждения по технологии FDM (или изготовление расплавленной нити — FFF). Нити PEEK были продемонстрированы для производства медицинских изделий вплоть до класса IIa. С этой новой нитью можно использовать метод FFF для различных медицинских применений, таких как зубные протезы.

В твердом состоянии PEEK легко поддается механической обработке, например, на фрезерных станках (с ЧПУ) и обычно используется для производства высококачественных пластиковых деталей, которые являются термостабильными, а также электро- и теплоизоляционными. Заполненные сорта PEEK также могут быть обработаны на станке с ЧПУ, но необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы правильно управлять напряжениями в материале. PEEK считается высокоэффективным полимером, то есть его высокая цена ограничивает его использование только в самых требовательных областях применения. Следующий материал, который мы рассмотрим далее — полиэфирэфиркетонкетон или PEEKK, но об этом — в следующей части.