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应用案例
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盘点高强度塑料PEEK的应用领域、材料商及3D打印

发布人:admin         时间:2016-07-06 11:36


 千赢国际

 

  千赢国际,聚醚醚酮PEEK是聚芳醚酮PAEK的一种。聚芳醚酮(PAEK)是一类亚苯基环通过醚键和羰基毗连而成的聚合物。按链中醚键、酮基取苯环毗连次序和比例的分歧,可构成很多分歧的聚合物。目上次要有聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)和聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)等品种。聚芳醚酮系列品种中,链中的醚键取酮基的比例(E/K)越低,其熔点和玻璃化温度就越高。到二十世纪80年代末,世界上有5大公司出产聚芳醚酮,别离是英国ICI(被阿克苏诺贝尔收购)、美国杜邦、美国索尔维、BASF 和Hoechst。

  聚芳醚酮正在航空航天范畴的使用价值正在于金属替代,正在这方面威格斯的典型案例为COMAC(中国商用飞机无限义务公司)的可用于全新干线的高效耐用的飞机地板支架。为逃求设想度、制制便当性和轻质以超越保守铝材方案。

  从金属到高机能材料的转换目前是航空航天市场的一个既定趋向。正在商飞的案例中,PAEK聚合物被是用于制制承沉和非承沉飞机支架的一个抱负选择,顺应对于部件的各类要求,兼顾强度和延展性,具有耐侵蚀性,易燃性/发烟率/毒性低,同时还连结绝缘性。

  SmarTech预测PAEK类材料将成为先辈热塑性塑料3D打印范畴利润最高的范畴,估计到2026年,PAEK类3D打印的总收入为11.81亿美元,占聚合物3D打印总收入的19% ,占所有专业级/工业级聚合物3D打印机所打印的工程级材料打印量的8%以上。

  本期,3D科学谷取谷友一路来领略PAEK家族中使用的比力多的一种聚合物:聚醚醚酮(PEEK)正在3D打印的使用范畴、材料商及所涉及到的3D打印设备。

  PEEK 自1978年由ICI公司开辟以来,一曲就被做为主要的计谋性国防军工材料。从Victrex公司接办后,正在平易近用高科技范畴使用以来则以每年15%摆布的增速持续增加。 据出名市场调研机构Research and Markets预测,2018年全球PEEK将送来需求高峰。届时其市值将破八亿大关,升至8.31亿美元。目前而言,欧洲仍是全球最大的PEEK买卖市场。取成长中国度比拟,发财国度对PEEK的需求照旧占领从导地位。PEEK树脂将会正在汽车范畴、飞机制制、电子电器、工业制制以及医疗等范畴扩大使用范畴。但目前国内PEEK市场还未充实打开,PEEK制制的终端消费品需要消费者逐渐接管承认,估计将来五年,跟着国内PEEK市场的逐渐打开,PEEK的需求量无望飞速成长,估计年增加率能达到15%以上。因而跟着人们对PEEK这一工程塑料认知以及成长中国度扩大对这一塑料的需求力度。估计将来几年,中国、印度、东南亚等新兴市场无望成为鞭策全球PEEK需求增加的次要驱动力。

  - 自润滑性:PEEK具有优良的滑动特征,适合于严酷要求低摩擦系数和耐磨耗用处的场所,出格是用碳纤维、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性很是优胜。

  - 易加工性:因为PEEK具有较好的高温流动性,且热分化温度高的特点,可采用多种加工体例,好比注塑成型、挤出成型、模压成型及熔融纺丝等。

  - 电机能:PEEK有高的体积电阻率和概况电阻率,正在宽广的温度范畴及变化下能够承受各类频次的交换电位场强,连结优良的绝缘机能。

  - 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,正在高温及高压蒸汽或水下能够持续利用而连结优良的机械机能。

  因为PEEK具有优秀的分析机能,正在很多特殊范畴能够替代金属、陶瓷等保守材料,使之成为当今最抢手的高机能工程塑料之一,目上次要使用于航空航天、汽车工业、电子电气和医疗机械等范畴。

  汽车等(包罗航空)运输业市场约占PEEK树脂消费量的50%,半导体系体例制设备占20%,压缩机阀片等一般机械零部件成品占30%,医疗器械和阐发仪器等其他市场占10%。

  PEEK树脂正在欧洲市场的增加尤以汽车零部件成品市场的增加最为敏捷,出格是策动机四周零部件、变速传动部件、转向零部件等都选用了PEEK塑料取代一些保守的高价金属做为制制材料。跟着汽车行业顺应微型化、轻量化以及降低成本的要求,PEEK树脂的需求仍将不竭增加。欧洲某车型有44个零部件采用了PEEK塑料取代保守的金属成品。

  半导体系体例制以及电子电器行业无望成为PEEK树脂使用的另一个增加点。正在半导体行业,为了达到高功能化、低成本,要求硅片的尺寸更大,制制手艺更先辈,低粉尘、低气体放出、低离子溶出、低吸水性是对半导体系体例制工艺中各类设备材质的特殊要求,这将是PEEK树脂大显身手的处所。

  对于复印机的分手爪、特殊耐热轴承、链条、齿轮等,用PEEK树脂取代金属做为它们的材料时,能够使部件轻量化、耐委靡,并可以或许做到无油润滑。

  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)等长处,因而用正在军工以及核能等相关范畴的特种电线。

  PEEK正在一些特殊范畴使用过程中,经常会碰到数量少、品种多的现象,这时用棒、板等型材进行机械加工制制是十分有益的。

  PEEK纤维(包罗单丝)工业滤布、工业用刷等成品中。正在复合材料范畴,PEEK纤维的魅力正在于其热塑性且耐高温。正在工业用滤布和工业用刷方面除耐热性外,其魅力还正在于它的耐化学药品性和耐磨性。

  因为PEEK可耐频频的高压灭菌,正在医疗器械中可用于制制内窥镜零件、牙科用的去垢器等。别的,因为PEEK的高强度和低溶出性,已用正在仪器阐发的液相色谱柱、管、附件等。并且,因为PEEK取人体具有很好的相融性,做为人工骨材料曾经成功地替代了保守的钛金属。

  英国威格斯(Victrex)、比利时索尔维(Solvay)、赢创(Evonik)是全球三大PEEK出产商。

  威格斯正率领由多家公司和机构构成的联盟,投身于3D打印(增材制制或AM)立异。做为其环节脚色的一部门,威格斯将以公用于增材制制工艺的新型化学配方设想为根本,开辟高机能聚芳醚酮(PAEK)聚合物新商标。

  新商标次要用于航空航天行业,这是联盟的次要方针,但也会兼顾其他范畴的使用,特别是医疗行业。威格斯对这些正正在开辟中的新型聚合物具有IP(学问产权),同时获得英国推进立异机构立异英国(Innovate UK)的赞帮,帮帮其鞭策项目向前成长。联盟均为其他行业的带领者,如空客集团立异公司、EOS、埃克塞特大学、E3D-正在线、HiEta手艺公司、西南金属概况处置公司、和Avon Valley细密工程公司。

  一个主要方针是提高增材制制手艺“激光烧结”(SLS)中所利用的粉料的反复操纵率。正在这种增材制制工艺中,这可显著削减聚合物华侈并降低成本。项目还将处理层间附出力的不成预测性、以及单丝打印中零件概况光洁度等问题。

  现实上,威格斯的PAEK聚合物曾经正在长丝熔融和粉料激光烧结的3D打印零件中获得使用,同时该公司还正在积极开辟新的处理方案。外行业内,该联盟正着眼于为新的PAEK聚合物商标开辟新的使用范畴,无望为以航空航天行业为沉点的增材制制手艺带来性的变化。

  索尔维的PEEK材料用于3D打印曾经获得了一系列的成功案例,此中,传奇性汽车立异者Matti Holtzberg带领的Polimotor 2项目,配备了索尔维KetaSpire® 聚醚醚酮(PEEK)加强品级出产的3D打印燃油进气歧管。该产物由复合部件增材制制领先企业Arevo Labs操纵立异性加强长丝融合手艺制成。索尔维是这一极受等候的手艺项目标次要材料赞帮商。

  用PEEK替代本来的铝制进气歧管能够减轻部件分量50%。专为Polimotor 2选定的材料是一种定制配方的加强品级KetaSpire® KT-820 PEEK 含有10%的碳纤维。KetaSpire® PEEK是索尔维机能最优异的聚合物之一,能够很好地耐受汽车工做液,并正在高达240°C (464°F)的持续利用温度下,具有靠得住的机械机能。这些质量使得该材料成为Polimotor 2燃油进气歧管极为抱负的选择,由于正在接近活塞的进气部位温度达到150°C (302°F)。

  Polimotor 2项目旨正在开辟分量介于138 至 148 磅 (63-67 公斤)、或比现有尺度策动机轻90磅 (41公斤)的全塑型四缸双顶置式凸轮轴策动机。除了现有的燃油进气歧管产物外,Holtzberg这一性项目还将充实阐扬索尔维先辈聚合物手艺的劣势,开辟多达10种策动机部件。包罗水泵、油泵、进水/出水口、节省阀、油轨和其它高机能部件。无望采用的索尔维材料包罗Amodel® 聚肽酰胺树脂(PPA)、 AvaSpire® 聚芳醚酮 (PAEK)、 Radel® 聚苯碸(PPSU)、 Ryton® 聚苯硫醚 (PPS)、 Torlon® 聚酰胺-酰亚胺(PAI)和Tecnoflon® VPL氟橡胶。

  取保守长丝融合3D打印工艺雷同,Arevo手艺将聚合物长丝顺次往上或沿着长度标的目的堆叠,最终构成复杂的外形。如许能够快速地将数字化设想的产物快速加工成功能部件,节流了先制制模具,再进行原型制制的时间和成本。可是,Arevo公司的加强长丝融合手艺平台具有奇特的能力,能够打印加强PEEK聚合物。取Arevo的工艺节制软件相连系,该平台可用于优化打印部件的机械机能。

  赢创正在高机能聚合物开辟取出产方面具有跨越40年的丰硕经验。其多元化的产物组合包含几乎所有工业使用的处理方案。因而,集团是全球PEEK市场上客户持久合做的靠得住伙伴。

  凭仗极为超卓的耐热性取耐化学性,赢创VESTAKEEP®特殊聚合物可替代金属部件,满脚轻量化布局件使用的需求。

  VESTAKEEP® Easy Slide I是一款PEEK改性产物,具有优胜的耐磨性取较低的滑动摩擦,可以或许用于出产体积更小且更为强韧的布局部件,例照实空泵。而VESTAKEEP® 5000 HCM(热压成型)级产物可以或许提高定制PEEK密封件的出产效率,使这些使用于石油天然气行业的密封件具有超卓的机械特征和杰出的表示。

  自1999年以来,美国机能材料(OPM)公司就一曲正在开辟PEKK材料的先辈使用和专有制制工艺以用于生物医药、航空航天、以及工业产物等,品牌以OXPEKK®为业界熟知。

  美国机能的PEKK材料是一种具有杰出的强度、耐化学性、耐低暖和高温、耐辐射性,以及优异的耐磨损机能的超高机能聚合物”。因为具有这些令人印象深刻的特征,OPM将其取3D打印可以或许制制具有奇特几何外形的物体的能力相连系,特地针对航空航天、运送、能源、医疗及半导体范畴供给低分量、高机能的3D打印部件。

  机能材料(OPM)已被选定为波音CST-100火箭飞船供给3D打印的布局件,OPM曾经起头出货OXFAB材料打印的零部件。CST-100火箭飞船被设想为可运输多达七名乘客,或夹杂船员和货色,正在低地球轨道运转–这个火箭飞船附属于NASA的贸易乘员打算合做项目。

  而按照3D科学谷的市场研究,机能材料所利用的打印设备为EOS P800工业级3D打印机。

  中研高机能工程塑料无限公司成立于2006年,公司现有出产能力为年产PEEK树脂1000吨,是目前全球范畴内第二家采用5000升反映釜进行出产的PEEK专利企业,是集PEEK研发、出产、发卖为一体的现代化高端的科技企业。

  吉大特塑工程研究无限公司成立于2002年,是一家处置特种工程塑料及高机能改性公用料研发、出产和发卖及相关的二次成品出产和发卖的高科技股份制企业。公司具备年产100吨PEEK、100吨聚芳砜等公用料出产及其改性塑料的出产能力,具有高耐热品级特种工程塑料、特种工程塑料基加强材料、特种工程塑料公用树脂等4大系列60多个商标的产物。

  辽宁盘锦中润特塑无限公司成立于2009年,具有4项特种工程塑料合成专利权,涉及到分歧方式出产聚砜、聚醚砜、聚醚醚砜、联苯聚醚醚砜及共聚醚醚酮的合成手艺。公司一期工程扶植1000吨/年CoPEEK的出产安拆,现已投入出产。

  金发科技股份无限公司是国内改性塑料龙头企业,采用了奇特的手艺出产PEEK树脂,商标为VisPEEK,目前已建成百吨级中试线吨摆布,正在扶植千吨级出产线。

  当然以上的PEEK材料厂商还有些没有涉脚到3D打印使用,不外正在3D科学谷看来,这是迟早的工作。

  EOS公司是选择性激光(SLS)手艺的带领厂商,从晚期的塑料3D打印使用成长到90年代初期跨入到金属粉末3D打印的使用,把整个使用范畴拓展得愈加宽阔。EOS公司的次要的计谋行业,包罗航空航天、医疗、汽车、模具、工业从动化以及其它消费性产物,面向每一个分歧的计谋行业都有它响应的使用,不管是塑料方面或金属方面,EOS供给的次要是以手艺使用为导向,从每一个行业找到可以或许阐扬这个手艺特点的使用。

  EOS P800工业级3D打印机基于激光烧结手艺的快速制制,可正在统一时间同时制制分歧设想分歧客户的分歧产物,而无需模具等其他辅帮手段。EOS公司推出基于聚芳醚酮的PEEK HP3高机能聚合物材料,操纵激光烧结手艺制制PEEK HP3材料的部件和产物,供给高效、低成本PEEK复杂产物制制方案。

  EOS P800工业级3D打印机系统内部操做温度为385摄氏度,正在此温度下,PEEK HP3材料所成型的部件取产物机能佳。因为分歧的温度、新旧粉末夹杂比例以及冷却过程城市导致烧结部件取产物的机能分歧。为了达到PEEK HP3材料的佳机能,EOS P800工业级3D打印机系统采用了OLPC(激光功率正在线节制)模块,正在升温降温过程中由OLPC模块通过实施检测对激光功率进行节制,保障所烧结的部件机能劣势且质量不变。

  EOS不只仅供给3D打印设备,还供给PEE末材料。EOS PEEK HP3是EOS公司选择的种基于聚芳醚酮族的高机能聚合物材料,使用于烧结的EOS PEEK HP3满脚DIN ISO9001尺度。这种材料具有优胜的摩擦机能、机械机能、化学机能,其阻燃机能满脚US UL94-V0尺度。这种材料具有优良的生物兼容性,并可获得极佳的消毒结果。这些是能使得这种材料成为医疗、航空航天等范畴的绝佳选择。利用该种材料烧结的部件,做为电子器件可正在260摄氏度下持久利用,做为静态机械元件可正在240摄氏度下持久利用,做为动态机械元件可正在180摄氏度下持久利用。

  Roboze的机械特点正在于耐用、不变性高,挤出嘴可达到400℃度的高温,环节的打印部件是通过机加工来获得极高的精度的,弃用传输动力,Roboze的桌面机X轴和Y轴采用引入调质钢架和斜齿轮,从而达到25微米的精度,确保了高速进给所需要的顺畅和低摩擦系数。

  Roboze正在2015年颁布发表推出的Roboze One+400,以400℃的挤出温度刷新业界视线最大的特点是可以或许支撑高机能热聚合物,好比包罗聚碳酸酯(PC) PC/ABS、PMMA、polyethelyn、PEEK和ULTEM材料等等。这些材料可以或许供给优异的机械机能,次要用于工程和医学方面的使用,这款设备包罗一种特殊的冷却系统,可以或许不变材料表示,避免高温挤出下容易发生的翘曲问题。Roboze One+400的两个挤出头使得能够同时利用两种分歧的材料,并能够打印更为复杂的外形。One+400还利用了32位微处置器,并配备3.5英寸彩色液晶触摸屏,利用户操做起来更为便利。

  INDMATEC总部位于的卡尔斯鲁厄,次要为工业级的FDM手艺开辟新型材料,他们曾经将原料PEEK制成了可正在FDM 3D打印手艺中利用的线材。

  INDMATEC通过全金属的热端挤出机的利用能够获得高达400摄氏度的温度,如许他们的PEEK线材能够获得充实的熔化和成型。INDMATE一卷200克、1.75毫米线美元,其典型用户包罗欧航局。

  Tractus 3D建制了一个高达3.5米的大型3D打印机——T3500,该打印机可以或许满脚各个行业的特定需求,正在改良后,该打印机的打印温度能够达到450摄氏度,能够打印PEEK,从而能够满脚医疗以至航空航天范畴的要求。除了可以或许打印PEEK之外,T3500的分辩率能够达到3微米,并且按照所打印的材料分歧,该3D打印机的速度能够达到最高的每秒400毫米。尺度T3500 3D打印机的售价正在2.5万欧元摆布。

  国内企业中的陕西恒通智能和Intamsys(远铸智能)公司已别离针对于PEEK 3D打印材料开辟了基于材料挤出手艺的3D打印机。

  当今社会对材料机能的要求很高,因为单一的PEEK树脂难以满脚分歧的利用要求,近年来对PEEK的改性成为国表里研究的热点之一,其次要手段有纤维加强PEEK、颗粒填充PEEK、PEEK概况改性、取聚合物共混等,如许不只可降低成品成本,还能改善PEEK的成型加工机能和利用机能。按照3D科学谷的市场研究,目前正在3D打印PEEK复合材料方面,国际上Arevo Labs, Impossible Objects独领。

  Impossible Objects公司是世界上第一个复合型3D打印的制制者,将更强的材料好比碳纤维、芳纶(Kevlar)和玻璃纤维使用到增材制制中,实现更快的建制速度,较强的机械机能,使得其具有比其他的3D打印手艺更普遍的使用空间,同时还满脚那些不成能通过保守加工体例来加工的复杂几何外形的复合材料制制手艺。

  Impossible Objects推出的PEEK碳纤维复合 3D打印零部件,比铝质零部件(6061-T6)轻50%,强度相当于铝质零部件的三分之二。此外,PEEK 碳纤维复合零部件能够收受接管操纵,削减华侈。

  Impossible Objects 公司的3D打印PEEK 碳纤维复合零部件能够使用正在航空航天、国防、油田办事、汽车、医疗等行业。比拟利用热塑性材料3D打印出来的零部件,这类零部件强度要高2倍—10倍。取同样具有气密性、水密性的尼龙碳纤维材料比拟,PEEK碳纤维材料的拉伸强度更强。尼龙碳纤维3D打印零部件的拉伸强度为拉伸强度为150兆帕,耐热性为120°C,而 3D打印PEEK碳纤维零部件的拉伸强度为 205 MPa,耐热性为250°C。

  Impossible Objects 公司的CEO 暗示,保守体例的3D打印塑料零部件无论是正在耐高温方面,仍是强度方面都是无法取金属零部件比拟。但Impossible Objects 3D打印的零部件比一些金属零部件具有更高的强度-分量比。Impossible Objects的方针是让3D打印成为更高体积、轻量化、高机能零部件的支流制制手艺。除了航空航天范畴,Impossible Objects 公司已正在PEEK 碳纤维复合材料骨科植入物范畴进行了摸索。

  Arevo Labs不只供给碳纤维工业级3D打印机,还供给3D打印的新型碳纤维和碳纳米管(CNT)加强型高机能材料,并且利用其专有的3D打印手艺和公用软件算法能够利用市场上现有的长丝融熔3D打印机制制产等第的超强聚合物零部件。

  Arevo Labs推出了一个可扩展的以机械报酬根本的增材制制(RAM-Robot-Based Additive Manucturing)设备用来打印复合材料。该平台由一个市售的机械臂,复合堆积端施行器和一个全面的软件套件。

  目前软件是特地针对ABB IRB 120六轴机械人,但可扩展的软件也能够支撑更大的ABB机械人型号和尺寸,按照机械人的大小,打印体积能够从1000立方毫米达到8立方米。