Kuna täiustatud seadmed nõuavad parema mehaanilise stabiilsuse ja soojusjuhtimisega materjale,Süsinikuga täidetud PEEK-kileon äratanud tähelepanu kosmosekomponentide, pooljuhtseadmete ja täppismasinate vallas. Peamine kaalutlus ei ole lihtsalt see, kui palju süsinikkiudu lisatakse, vaid see, kuidas täiteainete suhe mõjutab kogu tootmis- ja pealekandmisprotsessi.
PEEK ehk polüeeterketoon on poolkristalliline suure jõudlusega termoplast, mis on tuntud oma termilise vastupidavuse, keemilise vastupidavuse, mehaanilise tugevuse ja kulumiskäitumise poolest. Need omadused muudavad selle sobivaks nõudlikes tööstuskeskkondades kasutatavate komponentide jaoks.
Sellegipoolest ei vasta täitmata PEEK iga rakenduse nõuetele. Mõned komponendid vajavad suuremat jäikust, väiksemat soojuspaisumist, paremat soojusülekannet või paremat vastupidavust korduvale libisevale kontaktile. Tükeldatud süsinikkiu lisamine muudab materjali struktuuri ja aitab neid nõudeid täita.
Valatud kile tootmisel segatakse süsinikkiud PEEK-vaiguga, enne kui seda töödeldakse T-vormingus lamevalu- ja ekstrusiooniprotsessiga. Saadud kilel on must välimus ning looduslikust PEEK-kilest erinevad mehaanilised ja termilised omadused.
Toimivuse muutus sõltub süsinikkiu sisaldusest, kiu dispersioonist, säilinud kiu pikkusest, ekstrusioonitingimustest ja järgnevast kuumtöötlusest. Seetõttu tuleks täiteaine protsenti arvestada koos kavandatud pealekandmise ja töötlemismeetodiga.
Erinevad süsinikkiust laadimise tasemed loovad erineva tasakaalu tugevdamise ja töödeldavuse vahel. Klassid CF10, CF20 ja CF30 illustreerivad, kuidas täiteaine vahekorra suurendamine võib muuta valatud PEEK-kile käitumist.
| Hinne | Peamised omadused | Töötlemise kaalutlused |
|---|---|---|
| CF10 | Väiksem täiteainesisaldus, parem sitkus ja voolavus, mõõdukas tugevdus. | Sobib suhteliselt õhukeste valatud kilede jaoks, millel on vähem pinnal hõljuvaid kiude ja suhteliselt väiksem väändumise oht. |
| CF20 | Tasakaalustatud jäikus, kulumiskindlus, soojusjuhtivus ja mõõtmete stabiilsus. | Pakub tasakaalu materjali jõudluse ja valatud kile töödeldavuse vahel. |
| CF30 | Suurem jäikus, kulumiskindlus ja soojusjuhtivus. | Suurem sulamisviskoossus ja rabedus muudavad õhukese kilega valamise ja sekundaarse töötlemise nõudlikumaks. |
CF10 on üldiselt lihtsam töödelda õhemateks kilestruktuurideks. Selle madalam sulamisviskoossus toetab valamisel paremat voolavust, samas kui materjal säilitab suhteliselt rohkem paindlikkust ja sitkust.
CF20 pakub tugevdamise ja töötlemise jõudluse tasakaalustatumat kombinatsiooni. Seda võib kaaluda, kui rakendus vajab paremat jäikust ja kulumiskindlust, ilma et liigutaks otse CF30-ga seotud suuremale rabedusele.
CF30 pakub tugevamat tugevdust, kuid selle suurem süsinikkiu koormus suurendab sulandi viskoossust ja raskendab üliõhukeste kilede stabiilset tootmist. Tooteteave näitab, et selle klassi praktiline tootmispaksus on vähemalt 0,25 mm.
SestSüsinikuga täidetud PEEK-kile, tuleks sobiv klass valida vastavalt nõutavale paksusele, painutustingimustele, mehaanilisele koormusele, termilisele jõudlusele ja sekundaarsele töötlemismeetodile.
Süsinikkiust tugevdamine ei muuda mitte ainult valmismaterjali omadusi, vaid ka seda, kuidas PEEK käitub ekstrusioonil ja valamisel. Kui täiteaine sisaldus suureneb, suureneb sulandi viskoossus. See mõjutab seda, kui ühtlaselt materjal läbi matriitsi levib ning kuidas see reageerib tõmbepingele ja jahtumisele.
Valatud kile tootmisel läbib sulamaterjal lamedat stantsi ja tõmmatakse läbi jahutusrullikute. Stabiilne sulamisvool on oluline ühtlase paksuse ja pinnakvaliteedi säilitamiseks. Suurem süsinikkiu koormus võib muuta protsessi tundlikumaks temperatuuri, ekstrusioonirõhu ja tõmbamistingimuste suhtes.
Kiudude ebaühtlane dispersioon võib põhjustada nähtavaid pinnadefekte, kiudude kokkupuudet või materjali omaduste lokaalseid erinevusi. Liigne tõmbepinge võib samuti kaasa aidata pragude, aukude ja muude kilede defektide tekkele, eriti suurema täidisega koostiste töötlemisel.
Ekstrusioon ja jahutamine võivad kile sisse jätta jääkpinge. Kui materjal hiljem stantsiga lõigatakse, võivad need pinged vabaneda ebaühtlaselt, põhjustades lõigatud osa kõverdumist või kõverdumist. Süsinikkiu orientatsioon võib kaasa aidata erinevale kokkutõmbumiskäitumisele masina suunas ja põikisuunas.
Gradientjahutus, kontrollitud tõmbepinge ja lõõmutamine on nende riskide vähendamiseks kasutatavad protsessimeetmed. Need ravimeetodid võivad siiski pigem leevendada materjalile omast anisotroopiat kui seda täielikult kõrvaldada.
Süsinikkiu lisamise peamine põhjus on PEEK-maatriksi jõudluse muutmine. Mitmed omadused on eriti olulised tööstuslikuks kasutamiseks mõeldud kile hindamisel.
Süsinikkiust tugevdamine suurendab jäikust ja aitab piirata termilist deformatsiooni. See võib olla kasulik täppisvahetükkide, õhukeste konstruktsioonikomponentide ja tihenduselementide puhul, mis peavad säilitama oma geomeetria mehaanilise või termilise koormuse korral.
Süsinikkiud parandab soojusülekannet võrreldes täitmata PEEK-iga. Esitatud materjalide andmetel on loodusliku PEEK soojusjuhtivus ligikaudu 0,29 W/(m·K), CF10 aga 0,5–0,7 W/(m·K) ja CF30 0,8–1,2 W/(m·K).
| Materjal | Soojusjuhtivus |
|---|---|
| Looduslik PEEK | Ligikaudu 0,29 W/(m·K) |
| CF10 PEEK | 0,5–0,7 W/(m·K) |
| CF30 PEEK | 0,8–1,2 W/(m·K) |
Süsinikkiust tugevdamine võib sobivates libisemisrakendustes parandada kulumiskindlust ja vähendada hõõrdumist. See muudab materjali asjakohaseks tööstuslike vooderdiste, hõõrdumist vähendavate kihtide ja kulumiskindlate komponentide jaoks. Tegelik jõudlus sõltub kontaktrõhust, pinnaviimistlusest, vastupinna materjalist ja töötingimustest.
Suurem süsinikkiu sisaldus vähendab üldiselt kile painduvust. Eelkõige on CF30 rabedam ja väikese painde korral võivad tekkida mikropraod. Korduva suure painutamise või löökidega rakenduste puhul võib sobivam olla madalama täidisega mark või täitmata PEEK.
Soojusjuhtivuse, kulumiskindluse ja mõõtmete stabiilsuse kombinatsioon muudab süsinikkiuga täidetud PEEK-kile oluliseks mitmes spetsiaalses tööstuskeskkonnas.
Võimalikud rakendused hõlmavad kergeid varjestuskihte, kõrge temperatuuriga isolatsioonikomponente ja kulumiskindlaid liugelemente. Materjali valikul tuleks arvestada töötemperatuuri, vibratsiooni, kiirgusega kokkupuudet ja asjakohaseid kvalifikatsiooninõudeid.
Süsinikkiuga täidetud PEEK-kilet võib kasutada mittekontaktsete isolatsioonivooderdiste, isolatsiooniseibide ja valitud kulumiskindlate komponentide jaoks vaakumseadmetes. Selle termilised ja mehaanilised omadused võivad olla kasulikud seadmetes, mis puutuvad kokku kõrgendatud temperatuuride ja korduva mehaanilise liikumisega.
Tööstuslikud rakendused hõlmavad libisevaid vooderdusi, hõõrdumist vähendavaid kihte, tihenduslehti ja soojusisolatsioonipatju. Nõutav paksus, tasapinnalisus, hõõrdekäitumine ja mõõtmete tolerantsid tuleb kinnitada vastavalt komponendi konstruktsioonile.
Materjalipiirangud on sama olulised kui potentsiaalsed rakendused. Tavalist tükeldatud süsinikkiuga täidetud PEEK-kilet ei tohiks valida igasse keskkonda.
● See ei asenda spetsiaalset ESD-kontrollitud materjali, kus on nõutav stabiilne pinnatakistus kindlas vahemikus.
● See ei sobi otseseks kokkupuuteks kõrge puhtusastmega pooljuhtplaatidega, kus süsinikuosakeste saastumine on vastuvõetamatu.
● Selle suhteliselt kõrge rabedus muudab selle sobimatuks korduvate suurte painutamistega rakenduste jaoks.
● Selle läbipaistmatu must välimus ei vasta läbipaistva kile nõuetele.
● Seda ei tohiks kasutada keskkondades, kus on tugev oksüdeeriv aine, mis võib rünnata PEEK-maatriksit.
SestSüsinikuga täidetud PEEK-kile, tuleb rakenduse sobivust hinnata pigem tegelike töötingimuste kui ainult materjali nimetuse või süsinikkiu protsendi järgi.
Materjali ühtlane jõudlus nõuab kontrolli kogu tootmisprotsessi vältel. Süsinikkiu sisaldus, niiskus, kiu pikkus, paksus ja sisemine pinge võivad kõik mõjutada valmiskile kvaliteeti.
Saabuvate segatud graanulite niiskusesisaldust, süsinikkiudude laadimist ja säilinud kiu pikkust saab kontrollida. Need kontrollid aitavad tuvastada materjali erinevusi enne ekstrusiooni algust.
Paksuse jälgimine ja pinnakontroll aitavad tuvastada erinevusi valamise ajal. Optilised kontrollsüsteemid suudavad tuvastada nähtavaid defekte, nagu mustad laigud, nööpaugud, kriimustused ja katmata ujuvad kiud. Valikulist röntgenuuringut saab kasutada varjatud metalliosakeste skriinimiseks, kui see on ette nähtud.
Valmistoote kontroll võib hõlmata mõõtmete mõõtmist, pinnauuringut, ristlõike analüüsi, mehaanilist testimist ja termiliste omaduste hindamist. Lõigatud kõverustestid võivad samuti aidata hinnata jääkpinge käitumist pärast teisest töötlemist.
Need juhtseadised on eriti olulised täppisrakenduste puhul, kus kile tasasus, paksuse konsistents ja mehaanilised omadused mõjutavad valmiskomponendi jõudlust.
Guangzhou Ideal Plastic Technology Co., Ltd.teatab, et alustas süsinikkiuga täidetud PEEK-kile tootmist 2014. aastal. Tema väljakuulutatud tootmiskontrollid hõlmavad sissetulevate materjalide kontrolli, veebiseiret ja valmistoodete laboratoorseid katseid. Ettevõte pakub ka lõikamis-, lamineerimis- ja stantsimisteenuseid kohaldatavate kilede spetsifikatsioonide jaoks.
V: Klassid erinevad peamiselt süsinikkiu koormuse ja sellest tuleneva jäikuse, kulumiskindluse, soojusjuhtivuse, sitkuse ja töödeldavuse tasakaalu poolest. CF10 pakub paremat voolavust ja sitkust, CF20 pakub tasakaalustatud omaduste kombinatsiooni ja CF30 pakub suuremat tugevdust nõudlikumate töötlemisnõuetega.
V: Väändumine on seotud ekstrusioonist ja jahutamisest tuleneva sisemise jääkpingega, samuti süsinikkiu orientatsioonist tingitud anisotroopse kokkutõmbumisega. Lõõmutamine ja kontrollitud jahutamine võivad riski vähendada, kuigi need ei suuda materjalile omast anisotroopiat täielikult kõrvaldada.
V: Mitte tingimata. Tavalisel tükeldatud süsinikkiuga täidetud PEEK-kilel võivad olla pooljuhtivad omadused, kuid selle eritakistus võib kõikuda laias vahemikus. Rakendused, mis nõuavad kontrollitud ESD jõudlust, peaksid kasutama spetsiaalset ESD-klassi materjali koos kontrollitud elektriliste katseandmetega.
V: CF30-l on kõrgem sulamisviskoossus ja suurem rabedus kui madalama täidisega klassidel. Nimetatud tootmisjuhised tuvastavad usaldusväärse valamise 0,25 mm ja suurema paksusega. Lahjemate pealekandmist tuleks enne spetsifikatsiooni tootjaga hinnata.
V: Kontrollimine võib hõlmata niiskuse testimist, süsinikkiu sisalduse analüüsi, kiu pikkuse uurimist, paksuse jälgimist võrgus, pinna kontrollimist, mõõtmete mõõtmist, mehaanilist testimist, termilist testimist ja stantsitud kõveruse hindamist.
V: Esitage nõutav süsinikkiu klass, kile paksus, laius, rulli pikkus või lehe mõõtmed, pinnanõuded, töötlemismeetod ja kavandatud rakendus. Vajaduse korral tuleks täpsustada ka töötemperatuur, mehaaniline koormus ja elektrinõuded.
Süsinikkiust tugevdamine loob PEEK-kile uusi võimalusi rakendustes, mis nõuavad suuremat jäikust, paremat soojusülekannet ja paremat kulumiskäitumist. Samal ajal muudab täiteaine sisaldus materjali paindlikkust ja tootmisomadusi. Seetõttu tuleks sobiv kvaliteet valida, tasakaalustades rakenduse jõudlust valu stabiilsuse ja järgneva töötlemise nõuetega.
