PEI (Ultem) plastiko liejimas: savybės ir projektavimo vadovas
PEI (polieteri imidas), labiausiai žinomas Sabic prekinio pavadinimo Ultem vardu, yra amorfinis aukštos klasės termoplastas, derinantis 170°C nuolatinio naudojimo temperatūrą, UL 94 V-0 atsparumą liepsnai ir konstrukcinį stiprumą, artimą PEEK — esant ženkliai mažesnėms sąnaudoms. Nordmould rekomenduoja PEI reiklių temperatūros, elektros ir medicinos taikymų atveju, kai PC negeba atlaikyti temperatūros, o PEEK nėra ekonomiškai pagrįstas.
Kokios yra PEI (Ultem) mechaninės ir terminės savybės?
PEI yra amorfinis, t. y. neturi kristalinio lydymosi taško ir kritinės formos temperatūros kristalizacijai. Tai supaprastina perdirbimą lyginant su PEEK ir PPS, ypač sudėtingoms plonasienėms geometrijoms. Kompromisas — mažesnis cheminis atsparumas lyginant su puskristaliniais polimerais, turinčiais panašų terminį įvertinimą.
| Savybė | Neprisotintas PEI | 10% stiklo PEI | 30% stiklo PEI | Bandymo standartas |
|---|---|---|---|---|
| Tempimo stiprumas | 105 MPa | 131 MPa | 165 MPa | ISO 527 |
| Lenkimo modulis | 3 300 MPa | 4 800 MPa | 8 300 MPa | ISO 178 |
| Smūgio stiprumas Izodo metodu (su įpjova) | 50–55 J/m | 55 J/m | 80 J/m | ISO 180 |
| Šilumos deformacijos temperatūra (1,82 MPa) | 210°C | 210°C | 215°C | ISO 75 |
| Nuolatinio naudojimo temperatūra | 170°C | 170°C | 170°C | — |
| Tankis | 1,27 g/cm³ | 1,34 g/cm³ | 1,51 g/cm³ | ISO 1183 |
| Formos susitraukimas | 0,5–0,7% | 0,3–0,6% | 0,1–0,3% | ISO 294-4 |
| Vandens sugertis (24 val.) | 0,25% | 0,20% | 0,17% | ISO 62 |
| Dielektrinė stipruma | 28–33 kV/mm | 25–30 kV/mm | 22–28 kV/mm | IEC 60243 |
| Ribojantis deguonies indeksas | 47% | — | — | ISO 4589 |
PEI dielektrinė stipruma 28–33 kV/mm yra viena aukščiausių tarp standartinių injekcinio liejimo medžiagų, pagrindžianti jo plačiai paplitusį naudojimą aukštos įtampos elektros komponentuose ir izoliaciniuose substratuose.
Kur naudojamas PEI (Ultem) injekcinis liejimas?
PEI terminio stabilumo, elektros izoliacijos, įgimtinio atsparumo liepsnai ir medicinos taikymų norminės atitikties derinys lemia jo centrinę vietą gerai apibrėžtame reiklių sektorių rate.
Medicina ir odontologija: Sterilizuojami dėklai ir instrumentų laikikliai (suderinami su autoklavu ir ETO), pakartotinai naudojamos chirurginių instrumentų ranklenės, odontologiniai protezavimo rėmai, skysčių kolektoriai dializės ir infuzijos įrangai bei vaizdinimo sistemų komponentai. Ultem 1010 USP Class VI statusas ir autoklavo stabilumas leidžia jam konkuruoti su nerūdijančio plieno dėklų sistemomis esant ženkliai mažesnei detalės masei.
Aviacija ir lėktuvų salonai: Sėdynių komponentai, viršutinių bagažo skyrių konstrukcijos, ortakiai, kabelių valdymo dalys ir konstrukciniai laikikliai lėktuvų salonuose. PEI UL 94 V-0 įvertinimas plonose sienelėse ir mažas dūmų bei toksiškų medžiagų kiekis degant atitinka FAR 25.853 reikalavimus, reglamentuojančius lėktuvų salono plastikus.
Elektrotechnika ir elektronika: Aukštos įtampos jungčių korpusai, spaudinių plokščių burn-in lizdai, SMD bandymo stotelės, transformatorių ritės ir variklio izoliacijos komponentai. Dielektrinė stipruma ir matmenų stabilumas veikiant temperatūros ciklams leidžia PEI tapti standartu komponentams, kurie turi išlaikyti elektrinę izoliaciją.
Puslaidininkiai: Lustų transportavimo komponentai, burn-in plokštės ir procesų įrangos detalės, kuriose galimas tiek cheminis poveikis, tiek aukšta temperatūra.
Pramoninis automatizavimas: Robotinių manipuliatorių galvutės, lengvi robotiniai griebtukai ir jutiklių korpusai, kuriuose reikalingas tiek masės sumažinimas, tiek terminis atsparumas.
Kokios yra PEI liejimo charakteristikos?
PEI yra perdirbamas, tačiau reiklus. Jo amorfinė prigimtis leidžia jam būti atlaidesniam nei PEEK ar PPS kristalizacijos jautrumo atžvilgiu, tačiau labai aukšta lydymosi temperatūra ir higroskopiška prigimtis reikalauja kruopštaus proceso valdymo.
Lydymosi temperatūra: 340–400°C. Būtinas pastovus vamzdžio temperatūros palaikymas; vietinis perkaitimas virš 420°C sukelia terminį irimą — spalvos pokyčius, molekulinės masės sumažėjimą, dujų išsiskyrimą. Vamzdžio plovimas tarp PEI ir žemesnės temperatūros medžiagų yra privalomas.
Formos temperatūra: 65–175°C. Kaip amorfinė medžiaga, PEI nereikalauja specifinės formos temperatūros kristalizacijai. Aukštesnė formos temperatūra (virš 130°C) ženkliai pagerina paviršiaus kokybę, mažina liekamuosius įtempimus ir gerina nuovarginio stiprumo rodiklius. Optiniams ar estetiniams paviršiams rekomenduojami šildomi įrankiai 150–175°C temperatūroje.
Injekcijos slėgis: 100–170 MPa. PEI lydalo klampa yra vidutinė; plonos sienelės ir ilgi srautų keliai reikalauja aukštesnio slėgio. Tinkamas vėdinimas yra svarbus, nes PEI linkęs į nudegimus įstrigusio oro vietose.
Džiovinimas: 150°C, 3–4 valandas dehidratuojančiame džiovintuve iki žemiau 0,02% drėgnumo. PEI yra ženkliai higroskopiškesnis nei PEEK; džiovinimo negalima sutrumpinti.
Įrankiai: Rekomenduojamas grūdintas įrankių plienas. PEI aukštos apdorojimo temperatūros ir formos slėgiai pagreitina aliuminio įrankių nusidėvėjimą. Tinkamas P20 arba H13 plienas; vartų zonos turi būti grūdintos.
Susitraukimas: 0,5–0,7% neprisotintų tipų, iš esmės izotropinis dėl amorfinės struktūros — panašus į PC. Šis nuspėjamas susitraukimas leidžia PEI patikimai naudoti tikslumo reikalaujančiuose sujungimo mazguose be sudėtingo vartų vietos planavimo.
Cheminis suderinamumas: PEI pažeidžiamas dalinai halogenintų tirpiklių ir kai kurių ketonų. Formos išlaisvinimo priemonės, valymo tirpikliai ir surinkimo klijai turi būti suderinami su PEI chemija — reikšmingas apribojimas detalėms, kurios bus valytos eksploatacijos metu.
Kokie PEI tipai ir variantai yra prieinami?
| Tipas | Pagrindinė savybė | Pagrindinis taikymas |
|---|---|---|
| Ultem 1010 | USP Class VI, FDA, standartinis bendrojo naudojimo | Medicina, maisto kontaktas, bendroji pramonė |
| Ultem 1000 | Bendrojo naudojimo (ne maisto kontaktui) | Pramonė, elektrotechnika |
| Ultem 2210 | 10% stiklo pluošto | Vidutinis standumo padidėjimas, geresnės suvirinimo siūlės |
| Ultem 2310 | 30% stiklo pluošto | Didelės konstrukcinės apkrovos, HDT 215°C |
| Ultem CRS5001 | ESD apsauga, statiškai dissipatyvus | Puslaidininkių stotelės, IC tvarkymas |
| Generinė PEI derva | Pasibaigusio patento alternatyvos Sabic Ultem | Kaštams jautrūs pramoniniai taikymai |
Pasibaigus pagrindiniam Sabic Ultem patentui, į rinką įžengė keli generinės PEI dervos gamintojai. Ne kritiniams pramoniniams taikymams, kuriems nereikalingi USP ar FDA sertifikatai, generiniai PEI tipai siūlo reikšmingą medžiagos kainos sumažinimą. Nordmould tiekia tiek firminį Ultem, tiek kvalifikuotą generinį PEI pagal užklausą.
Kokios yra PEI privalumai ir trūkumai?
Privalumai:
- 170°C nuolatinio naudojimo temperatūra — gerokai viršija PC, nailoną ir POM
- UL 94 V-0 įgimtinai, be halogenintų priedų; mažas dūmų ir toksiškų dujų kiekis degant
- USP Class VI ir ISO 10993 atitinkantys tipai medicinos taikymams
- Amorfinė struktūra — nuspėjamas, izotropinis susitraukimas supaprastina įrankių gamybą
- Išskirtinė dielektrinė stipruma elektros izoliacijos taikymams
- Didelis specifinis stiprumas — lengvesnis nei metalai esant ekvivalentinei apkrovai
- Autoklavo sterilizavimas (134°C) be išmatuojamo savybių pablogėjimo
Trūkumai:
- Jautrus halogenintų tirpiklių ir kai kurių ketonų poveikiui — atidžiai patikrinkite cheminį suderinamumą
- Aukšta lydymosi temperatūra (340–400°C) reikalauja specializuotos apdorojimo įrangos
- Higroskopiškesnis nei PEEK ar PPS — būtinas kruopštus džiovinimas
- Rekomenduojamas grūdintas plieno įrankis — investicija didesnė nei standartiniams polimerams
- Natūrali gintaro spalva; tikrai skaidriems tipams reikalingas kruopštus perdirbimas
- Didesnė medžiagos kaina nei PC, nailono ar POM — pagrįsta tik kai terminiai ar norminiai reikalavimai to reikalauja
Kada rinktis PEI vietoj alternatyvių medžiagų?
PEI prieš PEEK: PEI yra ženkliai pigesnis ir paprasčiau perdirbamas (amorfinis, be kristalizacijos ribos). Rinkitės PEI, kai taikymas reikalauja nuolatinio veikimo iki 170°C, UL 94 V-0 ir arba medicinos klasės atitikties, arba elektros izoliacijos savybių. Rinkitės PEEK, kai nuolatinė temperatūra viršija 200°C, reikalingas platesnis cheminis atsparumas arba reikalinga implantatų klasės biosuderinimo sertifikacija.
PEI prieš PPS: PPS suteikia geresnį cheminį atsparumą ir aukštesnę nuolatinę temperatūros ribą bei tam tikrų tipų mažesnes medžiagos sąnaudas. Rinkitės PEI sudėtingoms plonasienėms geometrijoms (amorfinė apdorojimas yra labiau nuspėjamas) ir kai reikalingas didesnis smūginis atsparumas. Rinkitės PPS, kai cheminis poveikis apima ketonus ar halogenintus tirpiklius, kurie pažeistų PEI.
PEI prieš PC: Rinkitės PEI, kai detalė turi veikti virš 125°C nuolat, reikalauja V-0 liepsnos įvertinimo arba turi atlaikyti pakartotinius autoklavo ciklus. PC yra pigesnis ir lengviau perdirbamas pasirinkimas taikymams iki 120°C, kur optinis skaidrumas yra privalumas.
Ar PEI yra perdirbamas?
PEI nesurenkamas komunalinėse perdirbimo sistemose. Švarus, vieno tipo gamybos permalas gali būti perdirbtas iki 20–30% kartu su pirmine medžiaga ne kritiniams taikymams. Aukšta apdorojimo temperatūra ir cheminis jautrumas lemia sudėtingesnį PEI permalo tvarkymą nei įprastų polimerų. Medicinos ar maisto kontakto tipams permalas turi pereiti tokį pat kvalifikavimo procesą kaip pirminė medžiaga — praktikoje dauguma medicinos PEI detalių liejamos tik iš pirminės medžiagos. Nordmould gali aptarti permalo naudojimo protokolus ir, kur savybės leidžia, alternatyvias medžiagas su geresnėmis eksploatavimo pabaigos galimybėmis.
Dažnai užduodami klausimai
Kokia yra PEI (Ultem) šilumos deformacijos temperatūra?
Standartinio neprisotinto PEI (Ultem 1010) šilumos deformacijos temperatūra yra apie 210°C esant 1,82 MPa ir nuolatinio naudojimo temperatūra — apie 170°C. Stiklo pluoštu prisotintų tipų (Ultem 2210, 2310) HDT siekia 210–215°C. Tai leidžia PEI gerokai pranokti nailoną, PC ir POM, išliekant ženkliai pigesniam už PEEK.
Ar Ultem (PEI) tinka medicinos ir maisto kontakto reikmėms?
Taip — Ultem 1010 atitinka USP Class VI ir ISO 10993 standartus; jis plačiai naudojamas sterilizuojamuose medicinos dėkluose, chirurginių instrumentų ranklenose, odontologiniuose komponentuose ir skysčių paskirstymo sistemose. Medžiaga išlaiko savybes po pakartotinio autoklavo sterilizavimo (134°C). Tam tikri tipai taip pat atitinka FDA maisto kontakto reikalavimus.
Ar PEI reikia džiovinti prieš injekcinio liejimo procesą?
Taip — PEI yra higroskopiška medžiaga ir prieš perdirbimą turi būti kruopščiai išdžiovinta. Standartiniu būdu džiovinama 3–4 valandas 150°C temperatūroje dehidratuojančiame džiovintuve, kol drėgnumas sumažinamas žemiau 0,02%. Nepakankamas džiovinimas sukelia hidrolizinį skaidymą lydymosi temperatūroje, dėl ko atsiranda brėžiniai, tuštumas ir pablogėja mechaninės savybės.
Kokios lydymosi ir formos temperatūros naudojamos PEI injekciniame liejimuose?
PEI lydymosi temperatūra paprastai yra 340–400°C. Rekomenduojama formos temperatūra — 65–175°C; aukštesnė formos temperatūra gerina paviršiaus kokybę ir mažina liekamuosius įtempimus. PEI yra amorfinis, todėl, kitaip nei PEEK ar PPS, nėra kristalinės ribinės temperatūros — formos temperatūrą galima lanksčiau reguliuoti balansui tarp ciklo laiko ir detalės kokybės.
Kaip PEI skiriasi nuo PEEK konstrukcinėms reikmėms?
PEI yra ženkliai pigesnis už PEEK ir suteikia gerą konstrukcinę laikymąją galią iki 170°C nuolatinėje terpėje. PEEK lenkia PEI aukščiau 200°C nuolatinėje terpėje, siūlo geresnį cheminį atsparumą (ypač ketonams ir halogenintoms tirpiklėms, kurios pažeidžia PEI), didesnį smūginį stiprumą ir patvirtintus implantatų klasės variantus. Daugeliui taikymų iki 180°C PEI yra ekonomiškai racionalus pasirinkimas.
Ar PEI (Ultem) atsparumo liepsnai savybė yra įgimtinė?
Taip — PEI pasiekia UL 94 V-0 įvertinimą esant 0,8 mm sienelės storiui be halogenintų antipireno priedų. Jo ribojantis deguonies indeksas (LOI) yra apie 47%, o tai reiškia, kad normaliame ore jis nedega. Mažas dūmų kiekis ir mažas toksiškų dujų išsiskyrimas degant lemia PEI pasirinkimą lėktuvų salonuose, viešajame transporte ir sveikatos priežiūros aplinkose.
Kokie PEI (Ultem) tipai yra prieinami injekciniame liejimuose?
Pagrindiniai tipai: Ultem 1010 (standartinis, medicinos ir maisto kontakto sertifikatas), Ultem 2210 (10% stiklo pluošto, didesnis standumas), Ultem 2310 (30% stiklo pluošto, didelis standumas konstrukcinėms detalėms), Ultem 1000 (bendrojo naudojimo, šiek tiek pigesnis nei 1010) ir Ultem CRS5001 (ESD apsauga, puslaidininkių klasė). Generinė PEI derva prieinama iš kelių tiekėjų, nes Sabic Ultem patentinė apsauga jau pasibaigė.
Ar PEI injekcinio liejimo detalės gali būti klijuojamos arba tirpiklyje suvirinamos?
PEI gerai klijuojasi su konstrukciniais epoksidiniais ir cianakrilato klijais po paviršiaus paruošimo. Tirpiklio suvirinimui naudojamas metileno chloridas ar panašūs agresyvūs tirpikliai — su jais reikia dirbti laikantis tinkamų saugos priemonių. Ultragarso suvirinimas taip pat tinkamas ir yra įprastas PEI korpusų bei prietaisų dėklų surinkimo metodas.
Pateikite savo STEP failą Nordmould nemokamam DFM peržiūrai — patvirtinsime, ar PEI yra tinkamas tipas jūsų terminams ir norminiams reikalavimams, ir anksti atkreipsime dėmesį į džiovinimo, vartų ar sienelių storio rizikas.