Keďže moderné vybavenie vyžaduje materiály s lepšou mechanickou stabilitou a tepelným manažmentom,PEEK film plnený uhlíkompritiahla pozornosť v oblasti leteckých komponentov, polovodičových zariadení a presných strojov. Kľúčovým faktorom nie je len to, koľko uhlíkových vlákien sa pridá, ale ako pomer plniva ovplyvňuje celý proces výroby a aplikácie.
PEEK alebo polyéteréterketón je semikryštalický vysokovýkonný termoplast známy svojou tepelnou odolnosťou, chemickou odolnosťou, mechanickou pevnosťou a správaním sa pri opotrebovaní. Vďaka týmto vlastnostiam je vhodný pre komponenty používané v náročných priemyselných prostrediach.
Nevyplnený PEEK však nespĺňa požiadavky každej aplikácie. Niektoré komponenty potrebujú väčšiu tuhosť, nižšiu tepelnú rozťažnosť, zlepšený prenos tepla alebo lepšiu odolnosť voči opakovanému klznému kontaktu. Pridanie nasekaných uhlíkových vlákien upravuje štruktúru materiálu a pomáha riešiť tieto požiadavky.
Pri výrobe liatych fólií sa uhlíkové vlákna zmiešajú so živicou PEEK pred spracovaním pomocou procesu odlievania a vytláčania v tvare T. Výsledný film má čierny vzhľad a odlišné mechanické a tepelné vlastnosti ako prírodný PEEK film.
Zmena výkonu závisí od obsahu uhlíkových vlákien, disperzie vlákien, dĺžky vlákna, podmienok vytláčania a následného tepelného spracovania. Percento plniva by sa preto malo posudzovať spolu s plánovanou metódou aplikácie a spracovania.
Rôzne úrovne zaťaženia uhlíkovými vláknami vytvárajú rôzne rovnováhy medzi výstužou a spracovateľnosťou. Typy CF10, CF20 a CF30 ilustrujú, ako zvýšenie pomeru plniva môže zmeniť správanie liateho filmu PEEK.
| stupňa | Hlavné charakteristiky | Úvahy o spracovaní |
|---|---|---|
| CF10 | Nižší obsah plniva, lepšia húževnatosť a tekutosť, mierne zosilnenie. | Vhodné pre relatívne tenké liate fólie, s menším počtom povrchových plávajúcich vlákien a relatívne nižším rizikom deformácie. |
| CF20 | Vyvážená tuhosť, odolnosť proti opotrebovaniu, tepelná vodivosť a rozmerová stálosť. | Ponúka rovnováhu medzi výkonom materiálu a spracovateľnosťou liateho filmu. |
| CF30 | Vyššia tuhosť, odolnosť proti opotrebovaniu a tepelná vodivosť. | Vyššia viskozita taveniny a krehkosť zvyšujú nároky na odlievanie tenkých vrstiev a sekundárne spracovanie. |
CF10 sa vo všeobecnosti ľahšie spracováva na tenšie filmové štruktúry. Jeho nižšia viskozita taveniny podporuje lepšiu tekutosť počas odlievania, pričom materiál si zachováva porovnateľne väčšiu pružnosť a húževnatosť.
CF20 poskytuje vyváženejšiu kombináciu výstuže a spracovania. Môže sa zvážiť, keď aplikácia vyžaduje zlepšenú tuhosť a odolnosť proti opotrebeniu bez toho, aby sa priamo presunula na vyššiu krehkosť spojenú s CF30.
CF30 ponúka silnejšie vystuženie, ale jeho vyššie zaťaženie uhlíkovými vláknami zvyšuje viskozitu taveniny a sťažuje stabilnú výrobu ultratenkých filmov. Informácie o produkte uvádzajú praktickú výrobnú hrúbku minimálne 0,25 mm pre túto triedu.
PrePEEK film plnený uhlíkom, vhodná trieda by sa mala vybrať podľa požadovanej hrúbky, podmienok ohybu, mechanického zaťaženia, tepelného výkonu a spôsobu sekundárneho spracovania.
Vystuženie uhlíkovými vláknami mení nielen vlastnosti hotového materiálu, ale aj spôsob, akým sa PEEK správa počas vytláčania a odlievania. So zvyšujúcim sa obsahom plniva stúpa viskozita taveniny. To ovplyvňuje, ako rovnomerne sa materiál šíri cez matricu a ako reaguje na ťahové napätie a chladenie.
Počas výroby liateho filmu prechádza roztavený materiál cez plochú matricu a je ťahaný cez chladiace valce. Stabilný tok taveniny je dôležitý pre udržanie konzistentnej hrúbky a kvality povrchu. Vyššie zaťaženie uhlíkových vlákien môže spôsobiť, že proces bude citlivejší na teplotu, extrúzny tlak a podmienky ťahania.
Nerovnomerné rozptýlenie vlákien môže mať za následok viditeľné povrchové defekty, vystavenie vláknam alebo lokálne odchýlky vo vlastnostiach materiálu. Nadmerné ťahové napätie môže tiež prispieť k prasklinám, jamkovej jamke a iným defektom filmu, najmä pri spracovaní formulácií s vyšším obsahom plniva.
Extrúzia a chladenie môžu zanechať vo fólii zvyškové napätie. Keď je materiál následne vysekávaný, tieto napätia sa môžu uvoľňovať nerovnomerne, čo spôsobí zvlnenie alebo deformáciu vyrezanej časti. Orientácia uhlíkových vlákien môže prispieť k rozdielnemu správaniu sa pri zmršťovaní v smere stroja a v priečnom smere.
Gradientné chladenie, riadené ťahové napätie a žíhanie patria medzi procesné opatrenia používané na zníženie týchto rizík. Avšak tieto úpravy môžu skôr zmierniť inherentnú anizotropiu materiálu ako ju úplne odstrániť.
Hlavným dôvodom pridania uhlíkových vlákien je úprava výkonu matrice PEEK. Pri hodnotení fólie na priemyselné použitie je obzvlášť dôležitých niekoľko vlastností.
Vystuženie uhlíkovými vláknami zvyšuje tuhosť a pomáha obmedziť tepelnú deformáciu. To môže byť užitočné pre presné rozpery, tenké konštrukčné komponenty a tesniace prvky, ktoré si potrebujú zachovať svoju geometriu pri mechanickom alebo tepelnom zaťažení.
Uhlíkové vlákno zlepšuje prenos tepla v porovnaní s neplneným PEEK. Podľa dodaných materiálových údajov má prírodný PEEK tepelnú vodivosť približne 0,29 W/(m·K), pričom CF10 dosahuje 0,5–0,7 W/(m·K) a CF30 dosahuje 0,8–1,2 W/(m·K).
| Materiál | Tepelná vodivosť |
|---|---|
| Prirodzený PEEK | Približne 0,29 W/(m·K) |
| CF10 PEEK | 0,5 – 0,7 W/(m·K) |
| CF30 PEEK | 0,8 – 1,2 W/(m·K) |
Vystuženie uhlíkovými vláknami môže zlepšiť odolnosť proti opotrebovaniu a znížiť trenie vo vhodných klzných aplikáciách. Vďaka tomu je materiál relevantný pre priemyselné vložky, vrstvy znižujúce trenie a komponenty odolné voči opotrebovaniu. Skutočný výkon závisí od prítlačného tlaku, povrchovej úpravy, materiálu čela a prevádzkových podmienok.
Vyšší obsah uhlíkových vlákien vo všeobecnosti znižuje pružnosť fólie. Najmä CF30 je krehkejší a môže pri miernom ohnutí vytvárať mikrotrhlinky. Pre aplikácie zahŕňajúce opakované veľké ohýbanie alebo nárazy môže byť vhodnejší druh s nižším plnením alebo neplnený PEEK.
Kombinácia tepelnej vodivosti, odolnosti proti opotrebovaniu a rozmerovej stability robí z PEEK fólie vyplnenej uhlíkovými vláknami relevantnú pre niekoľko špecializovaných priemyselných prostredí.
Potenciálne aplikácie zahŕňajú ľahké tieniace vrstvy, vysokoteplotné izolačné komponenty a klzné prvky odolné voči opotrebovaniu. Výber materiálu by mal zohľadňovať prevádzkovú teplotu, vibrácie, vystavenie žiareniu a príslušné kvalifikačné požiadavky.
PEEK fólia plnená uhlíkovými vláknami sa môže použiť na bezkontaktné izolačné vložky, izolačné podložky a vybrané komponenty odolné voči opotrebovaniu vo vákuových zariadeniach. Jeho tepelné a mechanické vlastnosti môžu byť užitočné v zariadeniach vystavených zvýšeným teplotám a opakovanému mechanickému pohybu.
Priemyselné aplikácie zahŕňajú klzné vložky, vrstvy znižujúce trenie, tesniace fólie a tepelne izolačné podložky. Požadovaná hrúbka, rovinnosť, trenie a rozmerové tolerancie by mali byť potvrdené podľa návrhu komponentu.
Materiálové obmedzenia sú rovnako dôležité ako potenciálne aplikácie. Štandardná PEEK fólia plnená nasekanými uhlíkovými vláknami by sa nemala vyberať pre každé prostredie.
● Nie je náhradou za vyhradený materiál riadený ESD, kde sa vyžaduje stabilný povrchový odpor v rámci špecifikovaného rozsahu.
● Nie je vhodný na priamy kontakt s vysoko čistými polovodičovými doštičkami, kde je kontaminácia uhlíkovými časticami neprijateľná.
● Jeho relatívne vysoká krehkosť ho robí nevhodným pre aplikácie zahŕňajúce opakované veľké ohýbanie.
● Jeho nepriehľadný čierny vzhľad nespĺňa požiadavky na transparentnú fóliu.
● Nemal by sa používať v prostrediach so silnými oxidačnými médiami, ktoré môžu napadnúť matricu PEEK.
PrePEEK film plnený uhlíkomvhodnosť použitia sa musí vyhodnotiť pomocou skutočných prevádzkových podmienok a nie samotného názvu materiálu alebo percenta uhlíkových vlákien.
Konzistentný materiálový výkon vyžaduje kontrolu počas celého výrobného procesu. Obsah uhlíkových vlákien, vlhkosť, dĺžka vlákna, hrúbka a vnútorné napätie môžu ovplyvniť kvalitu hotového filmu.
Prichádzajúce zložené pelety je možné kontrolovať na obsah vlhkosti, zaťaženie uhlíkovými vláknami a dĺžku zadržaných vlákien. Tieto kontroly pomáhajú identifikovať variácie materiálu pred začatím extrúzie.
Monitorovanie hrúbky a kontrola povrchu pomáhajú identifikovať odchýlky počas odlievania. Optické kontrolné systémy dokážu odhaliť viditeľné chyby, ako sú čierne škvrny, dierky, škrabance a odkryté plávajúce vlákna. Voliteľná röntgenová kontrola sa môže použiť na vyhľadávanie vnorených kovových častíc, ak je to špecifikované.
Kontrola hotového výrobku môže zahŕňať meranie rozmerov, skúšku povrchu, analýzu prierezu, mechanické skúšanie a hodnotenie tepelných vlastností. Vyseknuté testy deformácie môžu tiež pomôcť posúdiť správanie zvyškového napätia po sekundárnom spracovaní.
Tieto kontroly sú obzvlášť dôležité pre presné aplikácie, kde rovinnosť filmu, konzistencia hrúbky a mechanické vlastnosti ovplyvňujú výkon hotového komponentu.
Guangzhou Ideal Plastic Technology Co., Ltd.uvádza, že začala vyrábať PEEK fóliu vyplnenú uhlíkovými vláknami v roku 2014. Jej uvedené výrobné kontroly pokrývajú vstupnú kontrolu materiálu, online monitorovanie a laboratórne testovanie hotového výrobku. Spoločnosť tiež poskytuje služby rezania, laminovania a vysekávania pre príslušné špecifikácie fólie.
A: Druhy sa líšia hlavne zaťažením uhlíkových vlákien a výslednou rovnováhou tuhosti, odolnosti proti opotrebovaniu, tepelnej vodivosti, húževnatosti a spracovateľnosti. CF10 ponúka lepšiu tekutosť a húževnatosť, CF20 poskytuje vyváženú kombináciu vlastností a CF30 poskytuje vyššiu výstuž s náročnejšími požiadavkami na spracovanie.
Odpoveď: Deformácia je spojená so zvyškovým vnútorným napätím z vytláčania a chladenia, ako aj s anizotropným zmršťovaním spôsobeným orientáciou uhlíkových vlákien. Žíhanie a riadené chladenie môžu znížiť riziko, hoci nedokážu úplne eliminovať vlastnú anizotropiu materiálu.
Odpoveď: Nie nevyhnutne. Štandardná PEEK fólia plnená nasekanými uhlíkovými vláknami môže mať polovodivé vlastnosti, ale jej odpor môže kolísať v širokom rozsahu. Aplikácie vyžadujúce kontrolovaný výkon ESD by mali používať vyhradený materiál triedy ESD s overenými údajmi z elektrických testov.
Odpoveď: CF30 má vyššiu viskozitu taveniny a väčšiu krehkosť ako druhy s nižším plnením. Uvedené výrobné pokyny identifikujú spoľahlivé odlievanie pri hrúbkach 0,25 mm a viac. Aplikácie tenších vrstiev by sa mali pred špecifikáciou posúdiť s výrobcom.
Odpoveď: Kontrola môže zahŕňať testovanie vlhkosti, analýzu obsahu uhlíkových vlákien, skúmanie dĺžky vlákna, online monitorovanie hrúbky, kontrolu povrchu, meranie rozmerov, mechanické testovanie, tepelné testovanie a vyhodnocovanie deformácií.
Odpoveď: Uveďte požadovanú triedu uhlíkových vlákien, hrúbku fólie, šírku, dĺžku kotúča alebo rozmery plechu, požiadavky na povrch, spôsob spracovania a zamýšľanú aplikáciu. Tam, kde je to relevantné, by mala byť špecifikovaná aj prevádzková teplota, mechanické zaťaženie a elektrické požiadavky.
Vystuženie uhlíkovými vláknami vytvára nové možnosti pre PEEK fóliu v aplikáciách, ktoré vyžadujú väčšiu tuhosť, zlepšený prenos tepla a lepšie správanie pri opotrebovaní. Obsah plniva zároveň mení pružnosť materiálu a výrobné vlastnosti. Vhodná trieda by sa preto mala zvoliť vyvážením aplikačného výkonu so stabilitou odlievania a požiadavkami na následné spracovanie.
