Che cos'è PEEK?

GUARDA (polietereterchetone) è una resina termoplastica amorfa. La struttura molecolare contiene molti legami eterei e doppi legami etere-ossigeno, che le conferiscono una resistenza alla fusione e una rigidità molto elevate.

Presenta inoltre un'eccellente resistenza al calore, alla fatica, ottime prestazioni meccaniche, facilità di lavorazione e stampaggio e un'elevata precisione dimensionale.

Mantiene una buona stabilità termica a temperatura ambiente e può funzionare ininterrottamente a circa 200°C.

I materiali PEEK presentano eccellenti proprietà fisiche, chimiche e meccaniche, che li rendono oggi tra i materiali plastici ingegneristici più ampiamente utilizzati.

Negli ultimi anni, grazie al continuo sviluppo di nuove tecnologie, processi e attrezzature, il costo di produzione del PEEK è diminuito, rendendolo la scelta ideale per sostituire i materiali metallici.

Lo studio del processo di stampaggio a iniezione del PEEK e l'esplorazione delle variazioni delle proprietà meccaniche in diverse condizioni forniscono una base teorica per la progettazione del prodotto volta a soddisfare le esigenze di produzione pratiche.

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Proprietà di base del PEEK

PEEK è un nuovo tipo di plastica sviluppato da DuPont negli Stati Uniti nel 1976. Dopo anni di sviluppo, è diventato una plastica ingegneristica ad alte prestazioni.

Presenta un'elevata resistenza al calore e alla forza meccanica e può funzionare bene in condizioni estreme, come temperature e pressioni elevate.

La struttura molecolare del PEEK contiene due catene laterali di anidride ftalica e una catena laterale di estere dell'acido metacrilico, con un'ampia distribuzione del peso molecolare.

I suoi gruppi della catena laterale presentano un'elevata reattività e forti effetti di coniugazione, il che gli conferisce un'eccellente resistenza al calore e ai solventi.

Il PEEK offre eccellenti prestazioni meccaniche, stabilità dimensionale e resistenza alla corrosione chimica.

Questo materiale può essere utilizzato a lungo termine a temperature comprese tra -60°C e +260°C, con una temperatura di deformazione termica di 250°C.

Per soddisfare i requisiti di ambienti speciali, il PEEK deve essere modificato per ottenere prestazioni migliori.

Negli ultimi anni, con la crescente consapevolezza ambientale e la maturità delle tecnologie correlate, sono emersi alcuni modificatori PEEK a basso costo sintetizzati attraverso metodi chimici, tra cui monomeri di tipo bisfenolo-A, polioli polietere, resine amminiche e altri composti contenenti azoto.

Applicazioni e sfide

Il PEEK ha una notevole resistenza meccanica, resistenza alle alte temperature e resistenza agli urti, il che lo rende ampiamente utilizzato nei settori automobilistico e aerospaziale:

Il PEEK viene utilizzato nei dispositivi a pistone, nelle guarnizioni, nelle guarnizioni e in altre parti del settore automobilistico.

Il PEEK viene utilizzato nei componenti chiave dei motori e nelle parti esterne della cabina nel settore aerospaziale.

Il PEEK viene utilizzato nella riparazione del cranio umano e nelle apparecchiature sanitarie e nei dispositivi medici.

Sebbene il PEEK presenti numerosi vantaggi, il suo costo elevato ne limita la promozione e l'applicazione.

Per ottimizzare ulteriormente le prestazioni del PEEK e soddisfare le esigenze di diversi settori, vengono utilizzate tecniche di modifica del PEEK come il riempimento e la miscelazione.

Limitazioni e ottimizzazione

Grazie alla particolare struttura del PEEK, il suo indice di fluidità è molto elevato, causando spesso deformazioni e crepe nei prodotti.

Inoltre, la bassa cristallinità del PEEK lo rende altamente soggetto all'ossidazione, che è uno dei principali fattori che ne ostacolano l'applicazione.

Pertanto, dal punto di vista della riduzione della deformazione del prodotto, dell'estensione della durata dello stampo e del miglioramento della qualità del prodotto, è necessario migliorare il processo di stampaggio a iniezione del PEEK.

Il testo seguente si concentrerà su un componente della valvola di controllo ambientale della cabina di un aereo e adotterà misure di ottimizzazione del processo idonee per risolvere i difetti nel processo di stampaggio del PEEK.

parti di sbirciatina
parti di sbirciatina

Analisi dei difetti del prodotto nello stampaggio

Un componente valvola in PEEK con inserti viene prodotto utilizzando il processo di stampaggio a iniezione.

Il pezzo ha un diametro di 110 mm e uno spessore di 15 mm, utilizzando inserti in acciaio. stampaggio a iniezione i parametri sono riportati nella Tabella 1.

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Tabella 1: Parametri di stampaggio della valvola PEEK

Durante il processo di stampaggio, il prodotto potrebbe presentare difetti quali pori di materiale freddo sulla superficie e segni di iniezione nel punto in cui il materiale entra nello stampo.

Analizzando approfonditamente questi difetti è possibile adottare soluzioni mirate per ottimizzare la produzione complessiva.

Per i segni di ingresso, la lavorazione post-stampaggio può migliorare la levigatezza della parte anteriore e garantire che lo spessore soddisfi gli standard di progettazione.

Materiale freddo

Le cause dei problemi relativi ai materiali freddi includono quanto segue:

Progettazione non corretta del pozzo di estrazione a freddo: durante la produzione, l'assenza di un pozzo di estrazione a freddo correttamente progettato o la sua rimozione possono causare problemi.

Quando il polimero fuso entra direttamente in contatto con la superficie dello stampo a bassa temperatura, la punta della massa fusa si raffredda rapidamente.

Il PEEK precedentemente fuso si solidifica in materiale freddo una volta che la temperatura raggiunge il punto di fusione di 343 °C.

Senza un canale di raffreddamento all'estremità del canale di colata, il materiale può fluire nel mezzo di raffreddamento, causando problemi di qualità nel pezzo stampato.

Sfide uniche nell'elaborazione del PEEK

Per parti con spessore significativo, il raffreddamento richiede molto tempo. Se la temperatura dell'ugello è di circa 400°C ma il materiale riscaldato non ha raggiunto questa temperatura, la grande differenza di temperatura dissiperà rapidamente il calore.

Se la punta dell'iniettore rimane a contatto prolungato con l'ugello in condizioni non ottimali, la massa fusa può solidificarsi una volta raggiunto il punto di fusione del PEEK, interrompendo il processo di iniezione.

Per prevenire questi problemi:

Dopo il riempimento e la tenuta, rimuovere e separare il materiale dall'ugello immediatamente.

Evitare perdite di materiale dall'ugello assicurando una corretta aspirazione durante l'assorbimento dell'olio.

A causa della notevole differenza di temperatura tra la massa fusa e l'aria, può verificarsi una rapida solidificazione.

Se non gestito tempestivamente, il PEEK solidificato può rientrare nello stampo come materiale freddo, creando difetti superficiali sul prodotto.

Strisce d'argento

Le striature argentate in prossimità del gate sono dovute principalmente a problemi di umidità o gas, che causano la generazione di gas durante la fase di plastificazione.

Se la velocità di iniezione è troppo elevata, durante la plastificazione si verifica l'ingresso di gas che, a causa dell'elevata pressione, fuoriesce in superficie durante lo stampaggio, causando la formazione di striature.

Impostazioni ragionevoli della contropressione durante lo stampaggio possono impedire l'ingresso di gas durante la plastificazione.

Inoltre, anche un'essiccazione insufficiente delle materie prime può causare striature argentate. Il PEEK assorbe l'umidità atmosferica durante lo stoccaggio, con un assorbimento d'acqua che raggiunge fino allo 0.4%.

Durante la produzione, l'umidità assorbita entra nella cavità dello stampo con la fusione. La differenza di temperatura tra lo stampo e la cavità causa striature.

Per evitare ciò, mantenere l'umidità al di sotto dello 0.2% durante la produzione. Conservare i materiali con cura, impilarli ordinatamente senza ammucchiarli e limitare lo spessore dello strato a 20-30 mm.

Asciugare il PEEK in un forno di essiccazione a 150°C–160°C per 6–8 ore.

pori

Per rilevare i pori, utilizzare un rilevatore di difetti digitale a ultrasuoni durante l'ispezione.

I pori si formano a causa di problemi di muffa durante la produzione, quando alcune aree del polimero fuso rimangono scoperte dal gate, creando zone morte che intrappolano l'aria.

Dopo la solidificazione, l'aria intrappolata forma dei pori, riducendo la qualità del pezzo stampato a iniezione.

Nei pezzi con pareti spesse, i piccoli orifizi fanno sì che la fusione formi sottili getti che trasportano aria nel pezzo, creando pori interni e velocità di qualificazione inferiori.

In questi casi, prolungare il tempo di posa per eliminare i pori.

Linee di saldatura

Durante lo stampaggio a iniezione, si formano delle linee di saldatura quando le fusioni di polimeri convergono. Queste linee riducono la resistenza delle parti stampate, influenzandone l'aspetto e la qualità.

Le cause principali dei difetti della linea di saldatura sono l'insufficiente fluidità del PEEK, le grandi differenze di spessore delle pareti e il volume eccessivo dell'inserto.

Per affrontare questo:

Aumentare la spaziatura tra i fori per evitare linee di saldatura.

Progettare lo stampo in modo che il materiale venga immesso nella parte posteriore della parte inserita.

Questa ottimizzazione strutturale può ridurre i difetti delle linee di saldatura e migliorare la resistenza e la qualità del prodotto.

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parti di sbirciatina

Suggerimenti per l'ottimizzazione del processo di stampaggio a iniezione PEEK

Temperatura di fusione

La temperatura di fusione influisce notevolmente sulla qualità dello stampaggio a iniezione del PEEK.

A temperature di fusione più elevate, la massa fusa scorre troppo velocemente e diventa instabile, rendendo difficile il controllo della precisione dimensionale del prodotto e riducendo le prestazioni meccaniche.

Temperature di fusione più basse aumentano lo stress interno, causando difetti come sacche d'aria, linee di saldatura e cavità.

Scegliere una temperatura di fusione adeguata per garantire sia la qualità che le prestazioni del prodotto.

Velocità di iniezione

La velocità di iniezione influenza notevolmente il tasso di restringimento, la deformazione e la resistenza alla trazione dei prodotti PEEK.

Le basse velocità di iniezione possono causare vuoti nello stampo, dando origine a superfici ruvide e riducendo le prestazioni meccaniche.

Le elevate velocità di iniezione aumentano le temperature dello stampo, provocando un indurimento prematuro della plastica e compromettendo la precisione dimensionale.

Impostare una velocità di iniezione ragionevole durante la produzione per mantenere la qualità del prodotto.

Tempo di mantenimento e velocità di raffreddamento

Il tempo di mantenimento e la velocità di raffreddamento influiscono sulle prestazioni meccaniche e sulla precisione dimensionale dei prodotti.

Tempi di mantenimento più lunghi riducono le sollecitazioni interne, migliorando le proprietà meccaniche.

L'aumento del tempo di mantenimento e la riduzione della velocità di raffreddamento migliorano la resistenza del prodotto e la stabilità dimensionale.

Tuttavia, tempi di mantenimento eccessivamente lunghi o brevi influiscono sulla precisione dimensionale.

Ottimizzazione dei parametri

Determinare i parametri ottimali per bilanciare la qualità del prodotto e l'efficienza produttiva.

Quando la velocità di iniezione è di 10–15 m/s, il tempo di mantenimento è di 3.5 secondi e la velocità di raffreddamento è di 90°C, tutti gli indicatori raggiungono valori ottimali.

Adattare i processi di iniezione alle specifiche condizioni di produzione.

Temperatura dello stampaggio ad iniezione

Date le proprietà uniche del PEEK, è opportuno selezionare con attenzione le temperature di stampaggio a iniezione.

Mantenere la temperatura della canna a 360–400 °C per garantire superfici lisce e una buona lucentezza.

Il PEEK si decompone a 550°C; le alte temperature causano degradazione, reazioni di reticolazione e modifiche nella viscosità della massa fusa, influendo sulla lucentezza.

Selezione del tempo di stampaggio

Il tempo di iniezione dovrebbe garantire che la cavità dello stampo sia riempita con sufficiente massa fusa. Per prodotti più spessi, impostare un tempo di iniezione di 6 secondi.

Per evitare il restringimento dovuto al raffreddamento del materiale fuso nella cavità, mantenere la pressione per un massimo di 8 secondi per evitare vuoti durante la sformatura.

Scegliere il tempo di raffreddamento in base alla pressione della cavità per prevenire l'usura della superficie.

Regolare il tempo di raffreddamento a 35 secondi, assicurandosi che la pressione nella cavità sia adeguata a mantenere la forma del prodotto.

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parti di sbirciatina

Conclusione

Il PEEK è un materiale plastico ingegneristico eccezionale, caratterizzato da elevata resistenza, modulo e resistenza al calore, ed è ampiamente utilizzato nei settori aerospaziale, automobilistico e meccanico.

Questa analisi della temperatura di fusione, della velocità di iniezione, del tempo di mantenimento e della velocità di raffreddamento nello stampaggio a iniezione di PEEK conclude:

Temperature di fusione più basse riducono la viscosità della massa fusa e lo stress di flusso, migliorando la qualità del prodotto.

Temperature di fusione più elevate causano degradazione termica e riducono le prestazioni meccaniche.

Un'adeguata velocità di iniezione migliora la qualità dello stampaggio e riduce al minimo le deviazioni dimensionali.

Un tempo di mantenimento prolungato aumenta la densità del prodotto e migliora la stabilità dimensionale.

Velocità di raffreddamento più lente impediscono la formazione di cricche dovute a stress termico causate dal raffreddamento rapido.

Per produrre prodotti di iniezione PEEK di alta qualità, utilizzare condizioni di processo quali temperature di fusione leggermente inferiori, una velocità di iniezione di 0.8-1.2 secondi per goccia, tempi di mantenimento prolungati fino a 60 secondi e una velocità di raffreddamento di 25°C/min.

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