Ker napredna oprema zahteva materiale z boljšo mehansko stabilnostjo in upravljanjem toplote,Karbonsko polnjen PEEK filmje pritegnil pozornost na področju letalskih komponent, polprevodniške opreme in natančnih strojev. Ključno vprašanje ni samo, koliko ogljikovih vlaken je dodanih, ampak kako razmerje polnila vpliva na celoten postopek izdelave in uporabe.
PEEK ali polietereterketon je polkristalni visoko zmogljiv termoplast, znan po svoji toplotni odpornosti, kemični odpornosti, mehanski trdnosti in obrabnem obnašanju. Zaradi teh lastnosti je primeren za komponente, ki se uporabljajo v zahtevnih industrijskih okoljih.
Kljub temu neizpolnjen PEEK ne izpolnjuje zahtev vsake aplikacije. Nekatere komponente potrebujejo večjo togost, nižjo toplotno razteznost, izboljšan prenos toplote ali večjo odpornost na ponavljajoči se drsni stik. Dodajanje sesekljanih ogljikovih vlaken spremeni strukturo materiala in pomaga pri reševanju teh zahtev.
Pri proizvodnji ulitih filmov se ogljikova vlakna zmešajo s smolo PEEK, preden se obdelajo s postopkom T-matričnega litja in iztiskanja. Nastali film ima črn videz in ima drugačne mehanske in termične lastnosti od naravnega PEEK filma.
Sprememba zmogljivosti je odvisna od vsebnosti ogljikovih vlaken, razpršenosti vlaken, dolžine ohranjenih vlaken, pogojev iztiskanja in naknadne toplotne obdelave. Zato je treba odstotek polnila upoštevati skupaj s predvideno uporabo in načinom obdelave.
Različne stopnje obremenitve ogljikovih vlaken ustvarjajo različna ravnovesja med ojačitvijo in sposobnostjo obdelave. Razredi CF10, CF20 in CF30 ponazarjajo, kako lahko povečanje razmerja polnila spremeni obnašanje ulite PEEK folije.
| Ocena | Glavne značilnosti | Premisleki glede obdelave |
|---|---|---|
| CF10 | Nižja vsebnost polnila, boljša žilavost in sipkost, zmerna ojačitev. | Primerno za relativno tanke cast folije, z manj površinsko lebdečimi vlakni in sorazmerno manjšim tveganjem zvijanja. |
| CF20 | Uravnotežena togost, odpornost proti obrabi, toplotna prevodnost in dimenzijska stabilnost. | Ponuja ravnovesje med zmogljivostjo materiala in možnostjo obdelave cast-filma. |
| CF30 | Večja togost, odpornost proti obrabi in toplotna prevodnost. | Zaradi višje viskoznosti in krhkosti taline je tankoslojno ulivanje in sekundarna obdelava zahtevnejša. |
CF10 je na splošno lažje predelati v tanjše filmske strukture. Njegova nižja viskoznost taline podpira boljši pretok med ulivanjem, medtem ko material ohrani sorazmerno več prožnosti in žilavosti.
CF20 zagotavlja bolj uravnoteženo kombinacijo učinkovitosti ojačitve in obdelave. Upošteva se lahko, kadar aplikacija potrebuje izboljšano togost in odpornost proti obrabi, ne da bi neposredno prešla na višjo krhkost, povezano s CF30.
CF30 nudi močnejšo ojačitev, vendar njegova višja vsebnost ogljikovih vlaken poveča viskoznost taline in oteži stabilno proizvodnjo ultratankih filmov. Informacije o izdelku opredeljujejo praktično proizvodno debelino najmanj 0,25 mm za to kakovost.
ZaKarbonsko polnjen PEEK film, je treba ustrezen razred izbrati glede na zahtevano debelino, upogibne pogoje, mehansko obremenitev, toplotno zmogljivost in metodo sekundarne obdelave.
Ojačitev z ogljikovimi vlakni ne spremeni samo lastnosti končnega materiala, temveč tudi način obnašanja PEEK med ekstrudiranjem in litjem. Ko se vsebnost polnila poveča, se poveča viskoznost taline. To vpliva na to, kako enakomerno se material razporedi skozi matrico in kako se odziva na vlečno napetost in ohlajanje.
Med proizvodnjo ulitega filma prehaja staljeni material skozi ploščato matrico in se vleče čez hladilne valje. Stabilen tok taline je pomemben za ohranjanje stalne debeline in kakovosti površine. Večja obremenitev z ogljikovimi vlakni lahko naredi postopek bolj občutljiv na temperaturo, tlak ekstrudiranja in pogoje vlečenja.
Neenakomerna razpršenost vlaken lahko povzroči vidne površinske napake, izpostavljenost vlaken ali lokalne razlike v lastnostih materiala. Prekomerna vlečna napetost lahko prispeva tudi k razpokam, luknjam in drugim napakam na filmu, zlasti pri obdelavi formulacij z večjim polnjenjem.
Ekstrudiranje in hlajenje lahko pustita preostalo napetost znotraj filma. Ko material naknadno izsekamo, se lahko te napetosti sprostijo neenakomerno, zaradi česar se odrezani del zvije ali zvije. Usmerjenost ogljikovih vlaken lahko prispeva k različnim obnašanjem pri krčenju v smeri stroja in prečni smeri.
Gradientno hlajenje, nadzorovana vlečna napetost in žarjenje so med procesnimi ukrepi, ki se uporabljajo za zmanjšanje teh tveganj. Vendar lahko te obdelave ublažijo inherentno materialno anizotropijo, namesto da bi jo popolnoma odpravile.
Glavni razlog za dodajanje ogljikovih vlaken je spreminjanje zmogljivosti matrike PEEK. Več lastnosti je še posebej pomembnih pri ocenjevanju filma za industrijsko uporabo.
Ojačitev iz ogljikovih vlaken poveča togost in pomaga omejiti toplotno deformacijo. To je lahko uporabno za natančne distančnike, tanke strukturne komponente in tesnilne elemente, ki morajo ohraniti svojo geometrijo pod mehanskimi ali toplotnimi obremenitvami.
Ogljikova vlakna izboljšajo prenos toplote v primerjavi s PEEK brez polnila. Glede na priložene podatke o materialu ima naravni PEEK toplotno prevodnost približno 0,29 W/(m·K), medtem ko CF10 doseže 0,5–0,7 W/(m·K), CF30 pa 0,8–1,2 W/(m·K).
| Material | Toplotna prevodnost |
|---|---|
| Naravni PEEK | Približno 0,29 W/(m·K) |
| CF10 PEEK | 0,5–0,7 W/(m·K) |
| CF30 PEEK | 0,8–1,2 W/(m·K) |
Ojačitev iz ogljikovih vlaken lahko izboljša odpornost proti obrabi in zmanjša trenje pri ustreznih drsnih aplikacijah. Zaradi tega je material primeren za industrijske obloge, plasti za zmanjšanje trenja in komponente, odporne proti obrabi. Dejanska zmogljivost je odvisna od kontaktnega tlaka, površinske obdelave, materiala nasprotne površine in delovnih pogojev.
Večja vsebnost ogljikovih vlaken na splošno zmanjša prožnost folije. Zlasti CF30 je bolj krhek in lahko pri rahlem upogibanju povzroči mikrorazpoke. Za aplikacije, ki vključujejo ponavljajoče se velike upogibe ali udarce, je lahko bolj primeren razred PEEK z nižjo polnitvijo ali nepolnjen.
Zaradi kombinacije toplotne prevodnosti, odpornosti proti obrabi in dimenzijske stabilnosti je folija PEEK, polnjena z ogljikovimi vlakni, primerna za več specializiranih industrijskih okolij.
Potencialne aplikacije vključujejo lahke zaščitne plasti, visokotemperaturne izolacijske komponente in drsne elemente, odporne proti obrabi. Pri izbiri materiala je treba upoštevati delovno temperaturo, vibracije, izpostavljenost sevanju in ustrezne zahteve glede kvalifikacij.
Folija PEEK, polnjena z ogljikovimi vlakni, se lahko uporablja za izolacijske obloge brez stika z rezinami, izolacijske podložke in izbrane komponente, odporne proti obrabi, znotraj vakuumske opreme. Njegove toplotne in mehanske lastnosti so lahko uporabne pri opremi, ki je izpostavljena povišanim temperaturam in ponavljajočemu se mehanskemu gibanju.
Industrijske aplikacije vključujejo drsne obloge, plasti za zmanjšanje trenja, tesnilne plošče in toplotno izolacijske blazinice. Zahtevano debelino, ravnost, torno obnašanje in dimenzijske tolerance je treba potrditi glede na zasnovo komponente.
Materialne omejitve so prav tako pomembne kot potencialne aplikacije. Standardne folije PEEK, polnjene z narezanimi ogljikovimi vlakni, ne bi smeli izbrati za vsako okolje.
● Ni nadomestek za namenski material z nadzorom ESD, kjer se zahteva stabilna površinska upornost v določenem območju.
● Ni primeren za neposreden stik s polprevodniškimi rezinami visoke čistosti, kjer je kontaminacija z delci ogljika nesprejemljiva.
● Zaradi njegove relativno visoke krhkosti ni primeren za aplikacije, ki vključujejo ponavljajoče se veliko upogibanje.
● Njegov neprozoren črn videz ne izpolnjuje zahtev glede prozornega filma.
● Ne sme se uporabljati v okoljih, ki vključujejo močne oksidativne medije, ki lahko napadejo matriko PEEK.
ZaKarbonsko polnjen PEEK film, je treba primernost uporabe oceniti na podlagi dejanskih pogojev delovanja in ne samo z imenom materiala ali odstotkom ogljikovih vlaken.
Dosledna učinkovitost materiala zahteva nadzor v celotnem proizvodnem procesu. Vsebnost ogljikovih vlaken, vlaga, dolžina vlaken, debelina in notranja napetost lahko vplivajo na kakovost končnega filma.
Vhodne sestavljene pelete je mogoče preveriti glede vsebnosti vlage, obremenitve ogljikovih vlaken in dolžine zadržanih vlaken. Ti pregledi pomagajo prepoznati razlike v materialu, preden se začne ekstrudiranje.
Spremljanje debeline in površinski pregled pomagata prepoznati razlike med ulivanjem. Sistemi za optični pregled lahko zaznajo vidne napake, kot so črne lise, luknjice, praske in izpostavljena lebdeča vlakna. Izbirni rentgenski pregled se lahko uporabi za pregledovanje vdelanih kovinskih delcev, kjer je določeno.
Inšpekcijski pregled končnega izdelka lahko vključuje merjenje dimenzij, pregled površine, analizo preseka, mehansko testiranje in vrednotenje toplotnih lastnosti. Preizkusi deformacije pri izrezovanju lahko pomagajo tudi pri ocenjevanju obnašanja preostale napetosti po sekundarni obdelavi.
Te kontrole so še posebej pomembne za natančne aplikacije, kjer ravnost filma, konsistenca debeline in mehanske lastnosti vplivajo na zmogljivost končne komponente.
Guangzhou Ideal Plastic Technology Co., Ltd.poroča, da je leta 2014 začel proizvajati folijo PEEK, polnjeno z ogljikovimi vlakni. Njene navedene kontrole proizvodnje zajemajo vhodni pregled materiala, spletno spremljanje in laboratorijsko testiranje končnih izdelkov. Podjetje nudi tudi storitve rezanja, laminiranja in izrezovanja za ustrezne specifikacije filma.
O: Razredi se razlikujejo predvsem po obremenitvi z ogljikovimi vlakni in posledičnem ravnovesju togosti, odpornosti proti obrabi, toplotne prevodnosti, žilavosti in sposobnosti obdelave. CF10 nudi boljšo pretočnost in žilavost, CF20 zagotavlja uravnoteženo kombinacijo lastnosti, CF30 pa zagotavlja večjo ojačitev z zahtevnejšimi zahtevami obdelave.
O: Zvijanje je povezano s preostalo notranjo napetostjo zaradi iztiskanja in hlajenja, pa tudi z anizotropnim krčenjem, ki ga povzroča orientacija ogljikovih vlaken. Žarjenje in nadzorovano hlajenje lahko zmanjšata tveganje, čeprav ne moreta popolnoma odpraviti inherentne anizotropije materiala.
A: Ni nujno. Standardna folija PEEK, polnjena z narezanimi ogljikovimi vlakni, ima lahko polprevodne lastnosti, vendar lahko njena upornost niha v širokem območju. Aplikacije, ki zahtevajo nadzorovano delovanje ESD, morajo uporabljati namenski material razreda ESD s preverjenimi podatki o električnem preskusu.
O: CF30 ima večjo viskoznost taline in večjo krhkost kot razredi z nižjim polnilom. Navedena proizvodna navodila opredeljujejo zanesljivo ulivanje pri debelinah 0,25 mm in več. Tanjše aplikacije je treba pred specifikacijo oceniti s proizvajalcem.
O: Inšpekcija lahko vključuje testiranje vlage, analizo vsebnosti ogljikovih vlaken, pregled dolžine vlaken, spletno spremljanje debeline, površinski pregled, merjenje dimenzij, mehansko testiranje, toplotno testiranje in oceno zvitosti pri izseku.
O: Navedite zahtevano kakovost ogljikovih vlaken, debelino filma, širino, dolžino zvitka ali dimenzije listov, zahteve glede površine, metodo obdelave in predvideno uporabo. Po potrebi je treba določiti tudi delovno temperaturo, mehansko obremenitev in električne zahteve.
Ojačitev z ogljikovimi vlakni ustvarja nove možnosti za folijo PEEK v aplikacijah, ki zahtevajo večjo togost, izboljšan prenos toplote in boljše obnašanje pri obrabi. Hkrati vsebnost polnila spremeni fleksibilnost materiala in lastnosti izdelave. Ustrezen razred je zato treba izbrati tako, da se uravnoteži zmogljivost uporabe s stabilnostjo pri litju in zahtevami za nadaljnjo obdelavo.
