التقدم المحرز في تطبيق اللدائن الهندسية الخاصة بولي إيثر إيثر كيتون (PEEK)

تم تطوير بولي إيثر إيثر كيتون (PEEK) لأول مرة بواسطة شركة Imperial Chemical (ICI) في عام 1977 وتم بيعها رسميًا باسم VICTREX®PEEK في عام 1982. وفي عام 1993، استحوذت VICTREX على مصنع إنتاج ICI وأصبحت شركة مستقلة. تمتلك شركة Weigas أكبر مجموعة من منتجات البولي (إيثر كيتون) في السوق، بسعة حالية تبلغ 4250 طنًا في السنة. بالإضافة إلى ذلك، سيتم إطلاق مصنع VICTREX® للبولي (إيثر كيتون) الثالث بقدرة سنوية تبلغ 2900 طن في أوائل عام 2015، بطاقة تزيد عن 7000 طن/عام.

Ⅰ. مقدمة في الأداء 

نظرة خاطفة باعتبارها المنتج الأكثر أهمية للبولي (أريل إيثر كيتون، هيكلها الجزيئي الخاص يعطي البوليمر مقاومة درجات الحرارة العالية، الأداء الميكانيكي الجيد، التشحيم الذاتي، المعالجة السهلة، مقاومة التآكل الكيميائي، مثبطات اللهب، مقاومة التجريد، مقاومة الإشعاع، استقرار العزل، تُعرف الآن مقاومة التحلل المائي وسهولة المعالجة، مثل الأداء الممتاز، بأنها أفضل اللدائن الهندسية البلاستيكية الحرارية. 

1 مقاومة درجات الحرارة العالية

تتميز بوليمرات ومزائج VICTREX PEEK عادةً بدرجة حرارة انتقال زجاجي تبلغ 143 درجة مئوية، ونقطة انصهار تبلغ 343 درجة مئوية، ودرجة حرارة تمسخ حرارية تصل إلى 335 درجة مئوية (ISO75Af، مملوءة بألياف الكربون)، ودرجة حرارة خدمة مستمرة تبلغ 260 درجة مئوية. C (UL746B، بدون تعبئة). 

2. مقاومة التآكل

توفر مواد البوليمر VICTREX PEEK احتكاكًا ممتازًا ومقاومة التآكل، خاصة في درجات الاحتكاك المعدلة المقاومة للتآكل، عبر نطاق واسع من الضغوط والسرعات ودرجات الحرارة وخشونة سطح التلامس. 

3. المقاومة الكيميائية

VICTREX PEEK يشبه فولاذ النيكل، مما يوفر مقاومة ممتازة للتآكل في معظم البيئات الكيميائية، حتى في درجات الحرارة العالية.

4. دخان ناري خفيف وغير سام

مادة البوليمر VICTREX PEEK مستقرة جدًا، عينة 1.5 مم، درجة ul94-V0 بدون مثبطات اللهب. إن تركيبة هذه المادة ونقاوتها المتأصلة تمكنها من إنتاج القليل جدًا من الدخان والغاز في حالة نشوب حريق.

5. مقاومة التحلل المائي

تتميز بوليمرات وخلائط VICTREX PEEK بأنها مقاومة للهجوم الكيميائي بواسطة الماء أو البخار عالي الضغط. يمكن للأجزاء المصنوعة من هذه المادة الحفاظ على مستويات عالية من الخواص الميكانيكية عند استخدامها بشكل مستمر في الماء عند درجات حرارة وضغوط عالية.

6. خصائص كهربائية ممتازة

يوفر VICTREX PEEK أداءً كهربائيًا ممتازًا عبر نطاق واسع من الترددات ودرجات الحرارة.

بالإضافة إلى ذلك، تتميز مادة البوليمر VICTREX PEEK أيضًا بنقاوة عالية وحماية للبيئة وسهولة المعالجة وخصائص أخرى.

Ⅱ. بحث عن حالة الإنتاج

منذ التطوير الناجح لـ PEEK، بأدائه الممتاز، فقد تم تفضيله على نطاق واسع من قبل الناس وسرعان ما أصبح محور بحث جديد. أدت سلسلة من التعديلات الكيميائية والفيزيائية وتحسين PEEK إلى توسيع مجال تطبيق PEEK.

1. التعديل الكيميائي

التعديل الكيميائي هو تغيير التركيب الجزيئي وانتظام البوليمر عن طريق إدخال مجموعات وظيفية خاصة أو جزيئات صغيرة، مثل: تغيير نسبة مجموعات الكيتون الأثير على السلسلة الرئيسية أو إدخال مجموعات أخرى، التشابك المتفرع، مجموعات السلسلة الجانبية، كتلة البلمرة المشتركة والبلمرة المشتركة العشوائية على السلسلة الرئيسية لتغيير خصائصها الحرارية.

VICTREX®HT™ وVICTREX®ST™ هما PEK وPEKEKK، على التوالي. يتم استخدام نسبة E/K الخاصة بـ VICTREX®HT™ وVICTREX®ST™ لتحسين مقاومة البوليمر لدرجات الحرارة العالية.

2. التعديل الجسدي

بالمقارنة مع التعديل الكيميائي، يتم استخدام التعديل الفيزيائي على نطاق واسع في الممارسة العملية، بما في ذلك تحسين الحشو، وتعديل المزج، وتعديل السطح.

1) تعزيز الحشو

تعزيز الحشو الأكثر شيوعا هو تعزيز الألياف، بما في ذلك الألياف الزجاجية، وتعزيز ألياف الكربون وتعزيز ألياف أرلين. تظهر النتائج التجريبية أن الألياف الزجاجية وألياف الكربون وألياف الأراميد لها صلة جيدة بـ PEEK، لذلك يتم اختيارها غالبًا كحشو لتعزيز PEEK، وتصنيع مواد مركبة عالية الأداء، وتحسين قوة ودرجة حرارة خدمة راتنج PEEK. Hmf-grades عبارة عن مركب جديد مملوء بألياف الكربون من VICTREX يوفر مقاومة فائقة للتعب وقابلية للتصنيع وخصائص ميكانيكية ممتازة مقارنة بسلسلة VICTREX PEEK الحالية المملوءة بألياف الكربون عالية القوة.

من أجل تقليل الاحتكاك والتآكل، غالبًا ما تتم إضافة PTFE والجرافيت والجسيمات الصغيرة الأخرى لتحسين التعزيز. يتم تعديل درجات التآكل وتعزيزها خصيصًا بواسطة VICTREX للاستخدام في البيئات عالية التآكل مثل المحامل.

2) تعديل المزج

يمتزج PEEK مع مواد بوليمر عضوية ذات درجة حرارة انتقال زجاجية عالية، والتي لا يمكنها فقط تحسين الخواص الحرارية للمركبات وتقليل تكلفة الإنتاج، ولكن لها أيضًا تأثير كبير على الخواص الميكانيكية.

VICTREX®MAX-Series™ عبارة عن مزيج من مادة بوليمر VICTREX PEEK وراتنج بوليميد اللدائن الحرارية (TPI) EXTEM®UH الأصلي المعتمد على بلاستيك (سابك) المبتكر. تم تصميم مواد البوليمر MAX Series™ عالية الأداء ذات المقاومة الممتازة للحرارة لتلبية الطلب المتزايد على المزيد من مواد البوليمر PEEK المقاومة لدرجات الحرارة العالية.

سلسلة VICTREX® T عبارة عن مزيج حاصل على براءة اختراع يعتمد على مادة البوليمر VICTREX PEEK وCelazole® polybenzimidazole (PBI). يمكن دمجها ويمكن أن تلبي القوة الممتازة المطلوبة ومقاومة التآكل والصلابة والزحف والخصائص الحرارية في ظل ظروف درجات الحرارة العالية الأكثر تطلبًا.

3) تعديل السطح

أظهر بحث VICTREX، الذي تم إجراؤه بالتعاون مع Wacker، الشركة الرائدة في إنتاج السيليكون السائل، أن بوليمر VICTREX PEEK يجمع بين قوة كل من السيليكون الصلب والمرن مع الخصائص اللاصقة للمواد البلاستيكية الهندسية الأخرى. مكون PEEK كإدراج، مطلي بمطاط السيليكون السائل، أو تكنولوجيا القولبة بالحقن ذات المكون المزدوج، يمكن أن يحصل على التصاق ممتاز. تبلغ درجة حرارة قالب الحقن VICTREX PEEK 180 درجة مئوية. وتسمح حرارته الكامنة بالمعالجة السريعة لمطاط السيليكون، وبالتالي تقليل دورة الحقن الإجمالية. هذه هي ميزة تقنية القولبة بالحقن المكونة من عنصرين.

3. الآخر

1) طلاءات VICOTE™

قدمت VICTREX طلاءًا قائمًا على PEEK، VICOTE™، لمعالجة فجوات الأداء في العديد من تقنيات الطلاء الحالية. توفر طلاءات VICOTE™ درجات حرارة عالية، ومقاومة التآكل، والقوة، والمتانة، ومقاومة الخدش، بالإضافة إلى مجموعة واسعة من فوائد الأداء العالي للتطبيقات التي تتعرض لظروف قاسية مثل درجات الحرارة المرتفعة والتآكل الكيميائي والتآكل، سواء في الصناعة أو السيارات أو تجهيز الأغذية أو أشباه الموصلات أو الإلكترونيات أو الأجزاء الصيدلانية. توفر طلاءات VICOTE™ عمر خدمة ممتدًا وأداءً ووظائفًا محسّنة، وتخفض التكلفة الإجمالية للنظام، وتعزز حرية التصميم لتحقيق تمايز المنتج.

2) أفلام APTIV™

تقدم أفلام APTIV™ مزيجًا فريدًا من الخصائص والميزات المتأصلة في بوليمرات VICTREX PEEK، مما يجعلها واحدة من أكثر منتجات الأفلام عالية الأداء المتوفرة تنوعًا. تتميز أفلام APTIV الجديدة بأنها متعددة الاستخدامات ومناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك أفلام الاهتزاز لمكبرات صوت الهاتف المحمول ومكبرات الصوت الاستهلاكية، وعزل الأسلاك والكابلات وسترات اللف، ومحولات الضغط وأغشية أجهزة الاستشعار، والأسطح المقاومة للتآكل للمنتجات الصناعية والإلكترونية، والركائز الكهربائية. وشعرت بعزل الطيران.

Ⅲ، مجال التطبيق

تم استخدام PEEK على نطاق واسع في مجالات الطيران والسيارات والإلكترونيات والطاقة والصناعة وأشباه الموصلات والمجالات الطبية منذ إطلاقها.

1. الفضاء الجوي

الفضاء الجوي هو مجال التطبيق الأقدم لـ PEEK. تتطلب خصوصية الطيران معالجة مرنة، وتكلفة معالجة منخفضة، ومواد خفيفة الوزن يمكنها تحمل البيئة القاسية. يمكن لـ PEEK أن يحل محل الألومنيوم والمعادن الأخرى في أجزاء الطائرات لأنه قوي بشكل استثنائي، وخامل كيميائيًا ومثبط للهب، ويمكن تشكيله بسهولة إلى أجزاء ذات تفاوتات صغيرة جدًا.

داخل الطائرة، كانت هناك حالات ناجحة لمشبك أحزمة الأسلاك ومشبك الأنابيب، وشفرة المكره، ومقبض باب غرفة المحرك، وطبقة تغطية العزل، والمثبت المركب، وحزام سلك الربط، وحزام الأسلاك، والغطاء المموج، وما إلى ذلك. قبة الرادار الخارجية، محور معدات الهبوط الغطاء، غطاء فتحة التفتيش، قوس هدية وما إلى ذلك.

يمكن أيضًا استخدام راتنج PEEK في صناعة بطاريات الصواريخ والمسامير والصواميل وأجزاء محركات الصواريخ.

2. مرتبة ذكية

في الوقت الحاضر، تتطلب صناعة السيارات بشكل متزايد الأداء المزدوج لوزن السيارة، وتقليل التكلفة وتعظيم أداء المنتج، وخاصة سعي الناس وراء راحة السيارة واستقرارها، كما أن وزن مكيف الهواء المقابل والنوافذ الكهربائية والوسائد الهوائية ومعدات نظام الفرامل ABS هو أيضًا زيادة. يتم استخدام مزايا راتنج PEEK، مثل الأداء الديناميكي الحراري الجيد، ومقاومة الاحتكاك، والكثافة المنخفضة والمعالجة السهلة، في تصنيع قطع غيار السيارات. في حين أن تكلفة المعالجة قد تم تقليلها بشكل كبير، فإنه ليس فقط يمكن تقليل الوزن بنسبة تصل إلى 90%، ولكن أيضًا يمكن ضمان عمر الخدمة لفترة طويلة. لذلك، يتم استخدام PEEK، كبديل للفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم، في تصنيع مادة الغطاء الداخلي للمحرك. تصنيع محامل السيارات والجوانات والأختام وحلقات القابض والمكونات الأخرى، بالإضافة إلى تطبيقات نظام نقل الحركة والفرامل وتكييف الهواء كثيرة أيضًا.

3. الالكترونيات

يتميز VICTREX PEEK بخصائص مقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، ومقاومة التآكل، والتطاير المنخفض، والاستخراج المنخفض، وامتصاص الرطوبة المنخفض، وحماية البيئة ومثبطات اللهب، واستقرار الحجم، والمعالجة المرنة، وما إلى ذلك. ويستخدم على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر، والهواتف المحمولة، لوحات الدوائر والطابعات والثنائيات الباعثة للضوء والبطاريات والمفاتيح والموصلات ومحركات الأقراص الثابتة والأجهزة الإلكترونية الأخرى.

4. صناعة الطاقة

غالبًا ما يُنظر إلى اختيار المواد المناسبة على أنه أحد العوامل الرئيسية للتطوير الناجح في صناعة الطاقة، وفي السنوات الأخيرة، أصبح VICTREX PEEK يتمتع بشعبية متزايدة في صناعة الطاقة لتحسين الأداء التشغيلي وتقليل مخاطر التوقف المرتبط بفشل المكونات.

يتم استخدام VICTREX PEEK بشكل متزايد من قبل صناعة الطاقة لمقاومتها العالية للحرارة، ومقاومة الإشعاع، ومقاومة التحلل المائي، والتشحيم الذاتي، ومقاومة التآكل الكيميائي والأداء الكهربائي الممتاز، مثل خطوط أنابيب تسخير الأسلاك المتكاملة تحت سطح البحر، والأسلاك والكابلات، والموصلات الكهربائية، وأجهزة الاستشعار في قاع البئر والمحامل والبطانات والتروس وحلقات الدعم وغيرها من المنتجات. في النفط والغاز، يتم تطبيق الطاقة الكهرومائية والطاقة الحرارية الأرضية وطاقة الرياح والطاقة النووية والطاقة الشمسية.

تُستخدم أيضًا أفلام APTIV™ وطلاءات VICOTE™ على نطاق واسع في الصناعة.

5. أخرى

في الصناعة الميكانيكية، يتم استخدام راتنج PEEK بشكل شائع لصنع صمامات الضاغط وحلقات المكبس والأختام وأجسام المضخات الكيميائية المختلفة وأجزاء الصمامات. استخدام هذا الراتينج بدلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ لصنع دافع المضخة الدوامية يمكن أن يقلل بشكل واضح من درجة التآكل ومستوى الضوضاء، ويطيل عمر الخدمة. بالإضافة إلى ذلك، تعد الموصلات الحديثة سوقًا محتملاً آخر لأن PEEK يلبي مواصفات مواد تجميع الأنابيب ويمكن ربطه عند درجات حرارة عالية باستخدام مجموعة متنوعة من المواد اللاصقة.

تتطور صناعة أشباه الموصلات نحو رقائق أكبر، ورقائق أصغر، وخطوط أضيق وأحجام عرض الخط، وما إلى ذلك. تتمتع مادة البوليمر VI CTREx PEEK بمزايا واضحة في تصنيع الرقاقات، والمعالجة الأمامية، والمعالجة والفحص، والمعالجة الخلفية.

في الصناعة الطبية، يمكن لراتنج PEEK أن يتحمل ما يصل إلى 3000 دورة من التعقيم عند 134 درجة مئوية، مما يجعله مناسبًا لتصنيع المعدات الجراحية ومعدات طب الأسنان ذات متطلبات التعقيم العالية التي تتطلب الاستخدام المتكرر. يمكن لراتنج PEEK أن يُظهر قوة ميكانيكية عالية، ومقاومة جيدة للإجهاد، واستقرار التحلل المائي في الماء الساخن، والبخار، والمذيبات والكواشف الكيميائية، وما إلى ذلك. ويمكن استخدامه لتصنيع مجموعة متنوعة من الأجهزة الطبية التي تتطلب التطهير بالبخار بدرجة حرارة عالية. لا تتمتع PEEK بمزايا الوزن الخفيف وغير السامة ومقاومة التآكل فحسب، ولكنها أيضًا المادة الأقرب إلى الهيكل العظمي البشري، والتي يمكن دمجها عضويًا مع الجسم. لذلك، يعد استخدام راتينج PEK لتصنيع الهيكل العظمي البشري بدلاً من المعدن تطبيقًا مهمًا آخر لـ PEEK في المجال الطبي.

Ⅳ، الآفاق

جنبا إلى جنب مع تطور العلوم والتكنولوجيا، سوف يكون الناس أكثر وأكثر عالية لمتطلبات المواد، وخاصة في ظل النقص الحالي في الطاقة، ومؤلفي فقدان الوزن يجب على كل مؤسسة النظر في هذه المسألة، مع البلاستيك بدلا من الصلب هو الاتجاه الحتمي لتطوير المواد الخاصة بالبلاستيك الهندسي الخاص، سيكون الطلب "العالمي" أكثر فأكثر، كما سيكون مجال التطبيق أكثر اتساعًا.