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揭秘!高性能PEEK材料的3D打印应用指南~

发布时间:2019-11-06

PEEK(聚醚醚酮)是一种半晶态聚合物,综合性能优良的特种工程塑料。具有高熔点(343°C)和优异的力学性能,生物相容性也十分出色, 是目前研究较热的3D 打印材料。

PEEK属于聚酮聚合物(PAEK)家族,其家族成员还有PEK、PEEKK、PEKK或PEKEKK等。在传统制造业中,基于PEEK的组件已经被许多行业所采用,得到了广泛的认可。

今天,我们就来聊聊这种高性能聚合物的特性与常见应用~

一、聚醚醚酮(PEEK)具有以下方面的特性

耐高温性:PEEK具有较高的玻璃化转变温度(Tg=143℃)和熔点(Tm=334℃),其负载热变形温度高达316℃,长期使用温度为260℃,瞬时使用温度可达300℃。

自润滑性:PEEK具有良好的滑动特性,适合于严格要求低摩擦系数和耐磨耗用途的场合,特别是用碳纤维、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常优越。

耐腐蚀性:除浓硫酸外,PEEK不溶于任何溶剂,具有很高的化学稳定性。

阻燃性:PEEK具有自熄性,即使不加任何阻燃剂,可达到UL标准的94V-0级。

易加工性:由于PEEK具有较好的高温流动性,且热分解温度高的特点,可采用多种加工方式,比如注塑成型、挤出成型、模压成型及熔融纺丝等。

机械特性:PEEK具有良好的韧性和刚性,它具备与合金材料媲美的优良耐疲劳性。

电性能:PEEK有高的体积电阻率和表面电阻率,在宽广的温度范围及环境变化下可以承受各种频率的交流电位场强,保持良好的绝缘性能。

耐水解性:树脂及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响,在高温及高压蒸汽或水环境下可以连续使用而保持良好的机械性能。

耐候性:优良的耐候性能,聚合物可用于制造工作环境要求严格或需要经常耐杀菌处理的组件。

二、PEEK的应用领域

由于PEEK具有优良的综合性能,在许多特殊领域可以替代金属、陶瓷等传统材料,使之成为当今最热门的高性能工程塑料之一,目前主要应用于航空航天、汽车工业、电子电气和医疗机械等领域。

汽车等(包括航空)运输业市场约占PEEK树脂消费量的50%,半导体制造设备占20%,压缩机阀片等一般机械零部件制品占30%,医疗器械和分析仪器等其他市场占10%。

1、汽车等运输机械领域

PEEK树脂在欧洲市场的增长尤以汽车零部件制品市场的增长最为迅速,特别是发动机周围零部件、变速传动部件、转向零部件等都选用了PEEK塑料代替一些传统的高价金属作为制造材料。随着汽车行业适应微型化、轻量化以及降低成本的要求,PEEK树脂的需求仍将不断增长。欧洲某车型有44个零部件采用了PEEK塑料代替传统的金属制品。

2、IT制造业领域

半导体制造以及电子电器行业有望成为PEEK树脂应用的另一个增长点。在半导体行业,为了达到高功能化、低成本,要求硅片的尺寸更大,制造技术更先进,低粉尘、低气体放出、低离子溶出、低吸水性是对半导体制造工艺中各种设备材质的特殊要求,这将是PEEK树脂大显身手的地方。

3、办公用机械零部件领域

对于复印机的分离爪、特殊耐热轴承、链条、齿轮等,用PEEK树脂代替金属作为它们的材料时,可以使部件轻量化、耐疲劳,并能够做到无油润滑。

4、电线包覆领域

PEEK包覆层有很好的阻燃性,不加任何阻燃剂,其阻燃级别即可达UL94 V-0级。PEEK树脂也具有耐剥离性、耐辐照性(109拉德)等优点,因此用在军工以及核能等相关领域的特种电线。

5、板材、棒材等领域

PEEK在一些特殊领域应用过程中,经常会遇到数量少、品种多的现象,这时用棒、板等型材进行机械加工制造是十分有利的。

6、纤维领域

PEEK纤维(包括单丝)工业滤布、工业用刷等制品中。在复合材料领域,PEEK纤维的魅力在于其热塑性且耐高温。在工业用滤布和工业用刷方面除耐热性外,其魅力还在于它的耐化学药品性和耐磨性。

7、医疗分析器械领域

由于PEEK可耐反复的高压灭菌,在医疗器械中可用于制造内窥镜零件、牙科用的去垢器等。另外,由于PEEK的高强度和低溶出性,已用在仪器分析的液相色谱柱、管、附件等。而且,由于PEEK与人体具有很好的相融性,作为人工骨材料已经成功地替代了传统的钛金属。

三、PEEK的3D打印技巧

随着允许高喷嘴温度和加热床的3D打印机的兴起,使用PEEK的3D打印允许构造更复杂的设计几何形状,这是使用其他技术无法生产的。它也是熔融沉积成型(FDM)的理想选择,因为它具有低吸湿性,特别是与其他常见材料(如ABS)相比。

以下是使用PEEK进行3D打印时要记住的几个基本提示和技巧:

1、一致的温度

PEEK在波动或不稳定的温度下反应不佳。因此,如果没有必要,强烈建议使用带有密封室的打印机。为了在3D打印PEEK时获得最佳效果,建议将3D打印机保持在温度变化最小的环境中,并远离太阳辐射和频繁出现的区域。

2、小心斑点

有时用户在使用PEEK打印时会遇到黑斑。虽然这可能有许多原因,但最常见的解释是所使用的打印材料的杂质或3D打印机在处理所需温度时遇到问题。

3、保持喷嘴清洁

打印过程完成后,应经常清洁喷嘴,从喷嘴中取出所有剩余材料,否则喷嘴可能会被堵塞并最终导致斑点。

4、注意结晶

有时,使用PEEK材料进行打印时,可能会发生不适当的结晶。如果打印的部分颜色不同,例如褐色变色而不是默认的米色,则这可能表明结晶不正确。这可能是由于打印过程中温度波动造成的。

5、在干燥的地方存放丝材

不使用PEEK进行3D打印时,应将材料放在袋子中并存放在阴凉、干燥和黑暗的地方。通过这种方式,可以保持材料的质量,并确保获得最佳打印结果。