از آنجایی که تجهیزات پیشرفته به موادی با پایداری مکانیکی و مدیریت حرارت بهتر نیاز دارند،فیلم PEEK پر از کربندر قطعات هوافضا، تجهیزات نیمه هادی و ماشین آلات دقیق مورد توجه قرار گرفته است. ملاحظات کلیدی صرفاً این نیست که چقدر فیبر کربن اضافه شده است، بلکه این است که چگونه نسبت پرکننده بر کل فرآیند تولید و کاربرد تأثیر می گذارد.
PEEK یا پلی اترترکتون، یک ترموپلاستیک نیمه کریستالی با کارایی بالا است که به دلیل مقاومت حرارتی، مقاومت شیمیایی، استحکام مکانیکی و رفتار سایش شناخته شده است. این ویژگی ها آن را برای اجزای مورد استفاده در محیط های صنعتی پر تقاضا مناسب می کند.
با این وجود، PEEK پر نشده الزامات همه برنامه ها را برآورده نمی کند. برخی از قطعات به استحکام بیشتر، انبساط حرارتی کمتر، انتقال حرارت بهبود یافته یا مقاومت بهتر در برابر تماس مکرر لغزشی نیاز دارند. افزودن فیبر کربن خرد شده ساختار مواد را اصلاح می کند و به رفع این نیازها کمک می کند.
در تولید فیلم ریخته‌گری، فیبر کربن با رزین PEEK ترکیب می‌شود، قبل از اینکه از طریق فرآیند ریخته‌گری و اکستروژن با قالب T-die پردازش شود. فیلم به دست آمده دارای ظاهر سیاه و ویژگی های مکانیکی و حرارتی متفاوت از فیلم PEEK طبیعی است.
تغییر عملکرد به محتوای فیبر کربن، پراکندگی فیبر، طول فیبر حفظ شده، شرایط اکستروژن و عملیات حرارتی بعدی بستگی دارد. بنابراین، درصد پرکننده باید همراه با کاربرد و روش پردازش مورد نظر در نظر گرفته شود.
سطوح مختلف بارگذاری فیبر کربن، تعادل های متفاوتی بین تقویت و پردازش پذیری ایجاد می کند. نمرات CF10، CF20 و CF30 نشان می دهد که چگونه افزایش نسبت پرکننده می تواند رفتار فیلم PEEK ریخته گری را تغییر دهد.
| درجه | ویژگی های اصلی | ملاحظات پردازش |
|---|---|---|
| CF10 | محتوای پرکننده کمتر، چقرمگی و جریان پذیری بهتر، تقویت متوسط. | مناسب برای فیلم های ریخته گری نسبتا نازک، با الیاف شناور سطح کمتر و خطر تاب خوردگی نسبتاً کمتر. |
| CF20 | استحکام متعادل، مقاومت در برابر سایش، هدایت حرارتی و پایداری ابعادی. | تعادلی بین عملکرد مواد و قابلیت پردازش فیلم بازیگران ارائه می دهد. |
| CF30 | استحکام بالاتر، مقاومت در برابر سایش و هدایت حرارتی. | ویسکوزیته مذاب و شکنندگی بالاتر، ریخته گری لایه نازک و پردازش ثانویه را سخت تر می کند. |
CF10 به طور کلی آسان تر برای تبدیل به ساختارهای لایه نازک تر است. ویسکوزیته مذاب پایین تر از جریان بهتر در طول ریخته گری پشتیبانی می کند، در حالی که مواد انعطاف پذیری و چقرمگی نسبتاً بیشتری را حفظ می کنند.
CF20 ترکیب متعادل تری از تقویت و عملکرد پردازش را فراهم می کند. هنگامی که یک برنامه کاربردی نیاز به سفتی و مقاومت در برابر سایش بهبود یافته دارد بدون اینکه مستقیماً به شکنندگی بالاتر مرتبط با CF30 حرکت کند، می توان آن را در نظر گرفت.
CF30 تقویت قوی تری ارائه می دهد، اما بارگذاری فیبر کربن بالاتر آن، ویسکوزیته مذاب را افزایش می دهد و تولید پایدار لایه های فوق نازک را دشوارتر می کند. اطلاعات محصول ضخامت تولید عملی حداقل 0.25 میلی متر را برای این درجه مشخص می کند.
برایفیلم PEEK پر از کربندرجه مناسب باید با توجه به ضخامت مورد نیاز، شرایط خمشی، بار مکانیکی، عملکرد حرارتی و روش پردازش ثانویه انتخاب شود.
تقویت فیبر کربن نه تنها خواص مواد نهایی را تغییر می دهد، بلکه نحوه رفتار PEEK در طول اکستروژن و ریخته گری را نیز تغییر می دهد. با افزایش محتوای پرکننده، ویسکوزیته مذاب افزایش می یابد. این بر نحوه پخش یکنواخت مواد در قالب و نحوه واکنش آن به کشش و خنک شدن تأثیر می گذارد.
در طول تولید فیلم ریخته‌گری، مواد مذاب از یک قالب مسطح عبور می‌کنند و روی غلتک‌های خنک‌کننده کشیده می‌شوند. جریان مذاب پایدار برای حفظ ضخامت و کیفیت سطح ثابت مهم است. بارگذاری فیبر کربن بالاتر می تواند فرآیند را نسبت به دما، فشار اکستروژن و شرایط کشش حساس تر کند.
پراکندگی ناهموار الیاف ممکن است منجر به عیوب سطحی قابل مشاهده، قرار گرفتن در معرض الیاف یا تغییرات موضعی در خواص مواد شود. کشش بیش از حد کششی همچنین می تواند به ترک، حفره و سایر عیوب فیلم کمک کند، به ویژه در هنگام پردازش فرمولاسیون های پر شده بالاتر.
اکستروژن و خنک کننده می تواند استرس باقیمانده را در داخل فیلم ایجاد کند. هنگامی که مواد متعاقباً برش داده می‌شوند، این تنش‌ها ممکن است به‌طور ناهموار رها شوند و باعث پیچ‌خوردن یا پیچ‌خوردگی قسمت بریده شوند. جهت گیری فیبر کربن می تواند به رفتار انقباض متفاوت در جهت ماشین و جهت عرضی کمک کند.
خنک کننده گرادیان، کشش کنترل شده و بازپخت از جمله اقدامات فرآیندی است که برای کاهش این خطرات استفاده می شود. با این حال، این درمان ها می توانند ناهمسانگردی ذاتی مواد را به جای حذف کامل آن کاهش دهند.
دلیل اصلی افزودن فیبر کربن، اصلاح عملکرد ماتریس PEEK است. چندین ویژگی به ویژه هنگام ارزیابی فیلم برای استفاده صنعتی مرتبط هستند.
تقویت فیبر کربن سفتی را افزایش می دهد و به محدود کردن تغییر شکل حرارتی کمک می کند. این می تواند برای فاصله دهنده های دقیق، اجزای ساختاری نازک و عناصر آب بندی که نیاز به حفظ هندسه خود تحت بارگذاری مکانیکی یا حرارتی دارند، مفید باشد.
فیبر کربن انتقال حرارت را در مقایسه با PEEK پر نشده بهبود می بخشد. با توجه به داده های مواد ارائه شده، PEEK طبیعی دارای رسانایی حرارتی تقریباً 0.29 W/(m·K) است، در حالی که CF10 به 0.5-0.7 W/(m·K) و CF30 به 0.8-1.2 W/(m·K) می رسد.
| مواد | هدایت حرارتی |
|---|---|
| PEEK طبیعی | تقریباً 0.29 W/(m·K) |
| CF10 PEEK | 0.5-0.7 W/(m·K) |
| CF30 PEEK | 0.8-1.2 W/(m·K) |
تقویت فیبر کربن می تواند مقاومت در برابر سایش را بهبود بخشد و اصطکاک را در کاربردهای کشویی مناسب کاهش دهد. این باعث می شود که مواد به آسترهای صنعتی، لایه های کاهش دهنده اصطکاک و اجزای مقاوم در برابر سایش مرتبط باشد. عملکرد واقعی به فشار تماس، پرداخت سطح، مواد و شرایط عملیاتی بستگی دارد.
محتوای فیبر کربن بالاتر به طور کلی انعطاف پذیری فیلم را کاهش می دهد. CF30، به ویژه، شکننده تر است و ممکن است در زیر خمش جزئی، ترک های ریز ایجاد کند. برای کاربردهایی که شامل خمش یا ضربه زیاد مکرر هستند، یک درجه پر شده کمتر یا PEEK پر نشده ممکن است مناسب تر باشد.
ترکیبی از هدایت حرارتی، مقاومت در برابر سایش و پایداری ابعادی، فیلم PEEK پر از فیبر کربن را برای چندین محیط صنعتی تخصصی مرتبط می‌سازد.
کاربردهای بالقوه شامل لایه های محافظ سبک، اجزای ایزوله در دمای بالا و عناصر کشویی مقاوم در برابر سایش است. انتخاب مواد باید دمای عملیاتی، ارتعاش، قرار گرفتن در معرض تشعشع و الزامات صلاحیت مربوطه را در نظر بگیرد.
فیلم PEEK پر از فیبر کربن ممکن است برای آسترهای عایق بدون تماس ویفر، شیم های جداسازی و اجزای منتخب مقاوم در برابر سایش در داخل تجهیزات خلاء استفاده شود. خواص حرارتی و مکانیکی آن می تواند در تجهیزاتی که در معرض دماهای بالا و حرکت مکانیکی مکرر قرار دارند مفید باشد.
کاربردهای صنعتی شامل لاینرهای کشویی، لایه های کاهنده اصطکاک، ورق های آب بندی و پدهای عایق حرارتی است. ضخامت، صافی، رفتار اصطکاک و تلورانس ابعادی مورد نیاز باید با توجه به طراحی قطعه تایید شود.
محدودیت های مواد به اندازه کاربردهای بالقوه مهم هستند. فیلم PEEK استاندارد خرد شده پر از فیبر کربن نباید برای هر محیطی انتخاب شود.
● در جایی که مقاومت سطحی پایدار در محدوده مشخصی مورد نیاز است، جایگزینی برای مواد اختصاصی کنترل شده با ESD نیست.
● برای تماس مستقیم با ویفرهای نیمه هادی با خلوص بالا که آلودگی ذرات کربن غیرقابل قبول است، نامناسب است.
● شکنندگی نسبتاً زیاد آن را برای کاربردهایی که شامل خمش زیاد مکرر می شوند نامناسب می کند.
● ظاهر سیاه مات آن الزامات فیلم شفاف را برآورده نمی کند.
● نباید در محیط های حاوی محیط های اکسید کننده قوی که می توانند به ماتریس PEEK حمله کنند استفاده شود.
برایفیلم PEEK پر از کربن، مناسب بودن برنامه باید با استفاده از شرایط عملیاتی واقعی به جای نام ماده یا درصد فیبر کربن به تنهایی ارزیابی شود.
عملکرد ثابت مواد مستلزم کنترل در سراسر فرآیند تولید است. محتوای فیبر کربن، رطوبت، طول الیاف، ضخامت و تنش داخلی همگی می توانند بر کیفیت فیلم نهایی تأثیر بگذارند.
گلوله های ترکیبی ورودی را می توان از نظر رطوبت، بارگیری فیبر کربن و طول فیبر حفظ شده بررسی کرد. این بازرسی ها به شناسایی تغییرات مواد قبل از شروع اکستروژن کمک می کند.
نظارت بر ضخامت و بازرسی سطح به شناسایی تغییرات در طول ریخته گری کمک می کند. سیستم های بازرسی نوری می توانند عیوب قابل مشاهده مانند لکه های سیاه، سوراخ های سوزنی، خراش ها و فیبرهای شناور در معرض دید را تشخیص دهند. بازرسی اختیاری اشعه ایکس می تواند برای غربالگری ذرات فلزی جاسازی شده در صورت مشخص شدن استفاده شود.
بازرسی محصول نهایی ممکن است شامل اندازه‌گیری ابعاد، بررسی سطح، تجزیه و تحلیل مقطعی، آزمایش مکانیکی و ارزیابی ویژگی‌های حرارتی باشد. تست‌های تاب خوردگی با قالب نیز می‌توانند به ارزیابی رفتار استرس باقیمانده پس از پردازش ثانویه کمک کنند.
این کنترل ها به ویژه برای کاربردهای دقیق که در آن صافی لایه، قوام ضخامت و خواص مکانیکی بر عملکرد قطعه نهایی تأثیر می گذارد، مهم هستند.
Guangzhou Ideal Plastic Technology Co., Ltd.گزارش می دهد که تولید فیلم PEEK پر از فیبر کربن را در سال 2014 آغاز کرده است. کنترل های تولید اعلام شده آن شامل بازرسی مواد ورودی، نظارت آنلاین و آزمایشات آزمایشگاهی محصول نهایی می شود. این شرکت همچنین خدمات برش، لمینیت و قالب گیری را برای مشخصات فیلم قابل اجرا ارائه می دهد.
A: درجه ها عمدتاً در بارگذاری فیبر کربن و تعادل حاصل از سفتی، مقاومت در برابر سایش، هدایت حرارتی، چقرمگی و پردازش پذیری متفاوت است. CF10 جریان پذیری و چقرمگی بهتری را ارائه می دهد، CF20 ترکیبی متعادل از خواص را ارائه می دهد و CF30 تقویت بالاتری را با نیازهای پردازشی بیشتر ارائه می دهد.
پاسخ: تاب خوردگی با فشار داخلی باقیمانده ناشی از اکستروژن و خنک شدن و همچنین انقباض ناهمسانگرد ناشی از جهت گیری فیبر کربن همراه است. بازپخت و خنک سازی کنترل شده می تواند خطر را کاهش دهد، اگرچه نمی تواند ناهمسانگردی ذاتی مواد را به طور کامل از بین ببرد.
پاسخ: نه لزوما. فیلم استاندارد PEEK پر از فیبر کربن خرد شده ممکن است ویژگی های نیمه رسانا داشته باشد، اما مقاومت آن می تواند در محدوده وسیعی نوسان داشته باشد. برنامه هایی که به عملکرد کنترل شده ESD نیاز دارند باید از مواد اختصاصی درجه ESD با داده های تست الکتریکی تأیید شده استفاده کنند.
A: CF30 ویسکوزیته مذاب بالاتر و شکنندگی بیشتری نسبت به گریدهای پر شده کمتر دارد. دستورالعمل تولید بیان شده، ریخته گری قابل اعتماد را در ضخامت های 0.25 میلی متر و بالاتر مشخص می کند. برنامه های نازک تر باید قبل از تعیین مشخصات با سازنده ارزیابی شوند.
A: بازرسی ممکن است شامل تست رطوبت، تجزیه و تحلیل محتوای فیبر کربن، بررسی طول فیبر، نظارت بر ضخامت آنلاین، بازرسی سطح، اندازه‌گیری ابعاد، آزمایش مکانیکی، آزمایش حرارتی و ارزیابی تاب خوردگی قالب باشد.
A: درجه فیبر کربن مورد نیاز، ضخامت فیلم، عرض، طول رول یا ابعاد ورق، سطح مورد نیاز، روش پردازش و کاربرد مورد نظر را ارائه دهید. دمای عملیاتی، بارگذاری مکانیکی و الزامات الکتریکی نیز باید در موارد مربوط مشخص شود.
تقویت فیبر کربن امکانات جدیدی را برای فیلم PEEK در کاربردهایی ایجاد می کند که به سختی بیشتر، انتقال حرارت بهبود یافته و رفتار سایش بهتر نیاز دارند. در عین حال، محتوای پرکننده، انعطاف‌پذیری و ویژگی‌های ساخت مواد را تغییر می‌دهد. بنابراین یک درجه مناسب باید با متعادل کردن عملکرد برنامه با پایداری ریخته گری و الزامات پردازش پایین دست انتخاب شود.
