PEI (Ultem) plastmasas liešana: īpašības un projektēšanas rokasgrāmata
PEI (polietera imīds), kas visplašāk pazīstams ar Sabic tirdzniecības nosaukumu Ultem, ir amorfs augstas veiktspējas termoplasts, kas apvieno nepārtrauktas lietošanas temperatūru 170°C, UL 94 V-0 ugunsdrošību un strukturālo izturību, kas tuvinās PEEK — par būtiski zemākām izmaksām. Nordmould iesaka PEI prasīgiem termiskiem, elektrotehniskiem un medicīniskiem pielietojumiem, kur PC neiztur temperatūru un PEEK nav izmaksu ziņā pamatots.
Kādas ir PEI (Ultem) mehāniskās un termiskās īpašības?
PEI ir amorfs, kas nozīmē, ka tam nav kristāliskā kušanas punkta un nav kritiska veidnes temperatūras sliekšņa kristalizācijai. Tas vienkāršo apstrādi salīdzinājumā ar PEEK un PPS, īpaši sarežģītai plānsienu ģeometrijai. Kompromiss ir zemāka ķīmiskā noturība salīdzinājumā ar daļēji kristāliskiem polimēriem ar līdzīgu termisko vērtējumu.
| Īpašība | Nearmēts PEI | 10% GF PEI | 30% GF PEI | Testa standarts |
|---|---|---|---|---|
| Stiepes izturība | 105 MPa | 131 MPa | 165 MPa | ISO 527 |
| Liekuma modulis | 3 300 MPa | 4 800 MPa | 8 300 MPa | ISO 178 |
| Izod triecienizturība (ar iecirtumu) | 50–55 J/m | 55 J/m | 80 J/m | ISO 180 |
| Karstuma deformācijas temp. (1,82 MPa) | 210°C | 210°C | 215°C | ISO 75 |
| Nepārtrauktas lietošanas temp. | 170°C | 170°C | 170°C | — |
| Blīvums | 1,27 g/cm³ | 1,34 g/cm³ | 1,51 g/cm³ | ISO 1183 |
| Veidnes sarukums | 0,5–0,7% | 0,3–0,6% | 0,1–0,3% | ISO 294-4 |
| Ūdens absorbcija (24 h) | 0,25% | 0,20% | 0,17% | ISO 62 |
| Dielektriskā izturība | 28–33 kV/mm | 25–30 kV/mm | 22–28 kV/mm | IEC 60243 |
| Limitējošais skābekļa indekss | 47% | — | — | ISO 4589 |
PEI dielektriskā izturība 28–33 kV/mm ir viena no augstākajām starp standarta plastmasas liešanas materiāliem, kas atbalsta tā plašo izmantošanu augstsprieguma elektrotehniskajos komponentos un izolācijas substrātos.
Kur izmanto PEI (Ultem) plastmasas liešanu?
PEI termiskās stabilitātes, elektriskās izolācijas, intrinsekās ugunsdrošības un regulatīvās atbilstības medicīniskiem pielietojumiem kombinācija to novieto prasīgu nozaru centrā.
Medicīna un zobārstniecība: Sterilizējami paliktņi un instrumentu turētāji (saderīgi ar autoklāvu un ETO), atkalizmantojami ķirurģisko instrumentu rokturi, zobu protēžu ietvari, šķidruma kolektori dialīzes un infūzijas iekārtām, un attēlveidošanas sistēmu komponenti. Ultem 1010 USP VI klases statuss un autoklāva stabilitāte padara to par tiešu konkurentu nerūsējošā tērauda paliktņu sistēmām ar ievērojami mazāku detaļu svaru.
Aviācija un lidaparātu saloni: Sēdekļu komponenti, augšējo nišu struktūras, kanāli, kabeļu vadības detaļas un strukturālās kronšteinas lidaparātu salona iekārtojumā. PEI UL 94 V-0 vērtējums pie plānām sienām un zems dūmu un toksisko vielu daudzums sadegšanas laikā atbilst FAR 25.853 prasībām, kas regulē lidaparātu salona plastmasu.
Elektrotehnika un elektronika: Augstsprieguma savienotāju korpusi, shēmu plates izgāztuves ligzdas, SMD testa paliktņi, transformatoru spoles un motoru izolācijas komponenti. Dielektriskā izturība un dimensionālā stabilitāte temperatūrā padara PEI par standartu komponentiem, kuriem jāsaglabā elektriskā izolācija termiskas ciklošanas apstākļos.
Pusvadītāji: Plātņu apstrādes komponenti, izgāztuves plates un procesa iekārtu detaļas, kur ir gan ķīmiska iedarbība, gan paaugstinātas temperatūras.
Rūpnieciskā automatizācija: Rokas instrumentu uzgaļi, vieglie robotu tvērieni un sensoru korpusi, kur nepieciešama gan svara samazināšana, gan termiskā noturība.
Kādas ir PEI apstrādes īpašības?
PEI ir apstrādājams, bet prasīgs materiāls. Tā amorfā daba padara to iecietīgāku par PEEK vai PPS kristalizācijas jutīguma ziņā, bet ļoti augstā kausēšanas temperatūra un higroskopiskā daba prasa rūpīgu procesa kontroli.
Kausēšanas temperatūra: 340–400°C. Konsekventa cilindra temperatūra ir būtiska; lokāla pārkaršana virs 420°C izraisa termisko noārdīšanos — krāsas maiņu, molekulmasa samazinājumu, gāzes izdalīšanos. Cilindra skalošana starp PEI un zemākas temperatūras materiāliem ir obligāta, lai izvairītos no noārdīta materiāla piesārņošanas nākamajā ražošanas partijā.
Veidnes temperatūra: 65–175°C. Kā amorfam materiālam PEI nav nepieciešama konkrēta veidnes temperatūra kristalizācijai. Augstākas veidnes temperatūras (virs 130°C) ievērojami uzlabo virsmas apdari, samazina atlikušo spriegumu un uzlabo noguruma izturību. Optiskām vai dekoratīvām virsmām ieteicama sakarsēta instrumentu izgatavošana pie 150–175°C.
Iesmidzināšanas spiediens: 100–170 MPa. PEI kausas viskozitāte ir mērena; plānas sienas un gari plūsmas ceļi prasa augstāku spiedienu. Atbilstoša ventilācija ir svarīga, jo PEI ir pakļauts apdegumiem iesprostota gaisa vietās.
Žāvēšana: 150°C, 3–4 stundas mitrumu atdalošā žāvētājā līdz zem 0,02% mitruma. PEI ir ievērojami higroskopiskāks par PEEK; žāvēšanu nedrīkst saīsināt.
Instrumentu izgatavošana: Stipri ieteicams sacietināts instrumentu tērauds. PEI augstās apstrādes temperatūras un veidnes spiedieni paātrina nodilumu alumīnija instrumentos. Piemērots P20 vai H13 tērauds; vārtu zonas jāsacietina.
Sarukums: 0,5–0,7% nearmētajām klasēm, būtībā izotropisks amorfās struktūras dēļ — līdzīgs PC. Šis paredzamais sarukums padara PEI uzticamu precīzas montāžas savienojumiem bez sarežģītas vārtu atrašanās vietas plānošanas.
Ķīmiskā saderība: PEI uzbrūk daļēji halogenēti šķīdinātāji un daži ketoni. Veidnes atbrīvotāji, tīrīšanas šķīdinātāji un montāžas līmvielas jābūt saderīgiem ar PEI ķīmiju — būtisks ierobežojums detaļām, kuras tiks tīrītas lietošanas laikā.
Kādas PEI klases un varianti ir pieejami?
| Klase | Galvenā īpašība | Primārais pielietojums |
|---|---|---|
| Ultem 1010 | USP VI klase, FDA, standarta vispārējas nozīmes | Medicīna, pārtikas kontakts, vispārēja rūpniecība |
| Ultem 1000 | Vispārējas nozīmes (bez pārtikas) | Rūpniecība, elektrotehnika |
| Ultem 2210 | 10% stikla pildījums | Mērena stingrības palielināšana, labākas metinājuma līnijas |
| Ultem 2310 | 30% stikla pildījums | Lielas strukturālās slodzes, HDT 215°C |
| Ultem CRS5001 | ESD drošs, statiski izlādējošs | Pusvadītāju stiprinājumi, IC apstrāde |
| Vispārēja PEI sveķa | Alternatīvas Sabic Ultem ārpus patenta | Izmaksu ziņā jutīgi rūpniecības pielietojumi |
Kopš Sabic pamatā esošo Ultem patentu termiņš ir beidzies, tirgū ir ienākuši vairāki vispārēja PEI sveķa ražotāji. Nekritiskiem rūpniecības pielietojumiem, kuriem nav nepieciešama USP vai FDA atbilstība, vispārējas PEI klases piedāvā būtisku materiāla izmaksu samazinājumu. Nordmould pēc pieprasījuma nodrošina gan Ultem ar zīmolu, gan kvalificētu vispārējo PEI.
Kādas ir PEI priekšrocības un ierobežojumi?
Priekšrocības:
- Nepārtrauktas lietošanas temperatūra 170°C — ievērojami augstāka par PC, neilonu un POM
- UL 94 V-0 intrinseki, bez halogenētajām piedevām; zems dūmu daudzums un toksiskās gāzes sadegšanas laikā
- USP VI klases un ISO 10993 atbilstošas klases medicīnas pielietojumiem
- Amorfā struktūra — paredzams, izotropisks sarukums vienkāršo instrumentu izgatavošanu
- Izcila dielektriskā izturība elektriskās izolācijas pielietojumiem
- Augsts specifiskais stiprums — vieglāks par metāliem ekvivalentai slodzes nesošai kapacitātei
- Sterilizējams autoklāvā (134°C) bez izmērāma īpašību pasliktinājuma
Ierobežojumi:
- Jutīgs pret halogenētiem šķīdinātājiem un dažiem ketoniem — rūpīgi pārbaudiet ķīmisko saderību
- Augsta kausēšanas temperatūra (340–400°C) prasa specializētu apstrādes iekārtu
- Higroskopiskāks par PEEK vai PPS — obligāta rūpīga žāvēšana
- Stipri ieteicams sacietināts tērauda instruments — instrumentu ieguldījums augstāks nekā parastajiem polimēriem
- Dabiskā dzintara krāsa ir translucenta; patiesi caurspīdīgas klases prasa rūpīgu apstrādi
- Augstākas materiāla izmaksas par PC, neilonu vai POM — pamatotas tikai tad, kad to prasa termiskās vai regulatīvās prasības
Kad izvēlēties PEI nevis alternatīvos materiālus?
PEI pret PEEK: PEI ir ievērojami lētāks un vienkāršāk apstrādājams (amorfs, bez kristalizācijas sliekšņa). Izvēlieties PEI, ja pielietojums prasa nepārtrauktu lietošanu līdz 170°C, UL 94 V-0 un vai nu medicīnas klases atbilstību, vai elektroizolācijas veiktspēju. Izvēlieties PEEK, ja nepārtrauktā temperatūra pārsniedz 200°C, nepieciešama plašāka ķīmiskā noturība, vai ja nepieciešama implantu klases bioloģiskās saderības sertifikācija.
PEI pret PPS: PPS piedāvā labāku ķīmisko noturību un augstāku nepārtrauktas lietošanas temperatūras griestus ar zemākām materiāla izmaksām dažām klasēm. Izvēlieties PEI sarežģītai plānsienu ģeometrijai (amorfā apstrāde ir paredzamāka) un kur nepieciešama augstāka triecienizturība. Izvēlieties PPS, ja ķīmiskā iedarbība ietver ketonus vai halogenētus šķīdinātājus, kas uzbrūk PEI.
PEI pret PC: Izvēlieties PEI, ja detaļa ir jāekspluatē virs 125°C nepārtraukti, prasa V-0 uguns vērtējumu vai jāiztur atkārtoti autoklāva cikli. PC ir zemāku izmaksu, vieglāk apstrādājama izvēle pielietojumiem zem 120°C, kur optiskā caurspīdība ir ieguvums.
Vai PEI ir otrreiz pārstrādājams?
PEI netiek savākts pašvaldību pārstrādes plūsmās. Tīru, vienas klases ražošanas atgriezumu var atkārtoti apstrādāt līdz 20–30% kopā ar pirmatnējo materiālu nekritiskiem pielietojumiem. Augstā apstrādes temperatūra un ķīmiskā jutīgums padara PEI atgriezumu pārvaldību prasīgāku nekā parastajiem polimēriem. Medicīniskajām vai pārtikas kontakta klasēm atgriezumam jāveic tas pats kvalifikācijas process kā pirmatnējam materiālam — praksē lielākā daļa medicīnisko PEI detaļu tiek lietas tikai no pirmatnējā materiāla. Nordmould var apspriest atgriezumu izmantošanas protokolus un, kur veiktspēja to pieļauj, alternatīvos materiālus ar labākiem dzīves cikla beigām ceļiem.
Bieži uzdotie jautājumi
Kāda ir PEI (Ultem) karstuma deformācijas temperatūra?
Standarta nearmētā PEI (Ultem 1010) karstuma deformācijas temperatūra ir aptuveni 210°C pie 1,82 MPa un nepārtrauktas lietošanas temperatūra — aptuveni 170°C. Stikla pildījuma klases (Ultem 2210, 2310) sasniedz HDT 210–215°C. Tas PEI novieto ievērojami augstāk par neilonu, PC un POM, saglabājot būtiski zemākas izmaksas salīdzinājumā ar PEEK.
Vai Ultem (PEI) ir piemērots medicīniskiem un pārtikas kontakta pielietojumiem?
Jā — Ultem 1010 atbilst USP VI klasei un ISO 10993, un to plaši izmanto sterilizējamos medicīniskajos paliktņos, ķirurģiskajos instrumentos, zobārstniecības komponentos un šķidruma apstrādes sistēmās. Tas iztur autoklāva sterilizāciju (134°C, atkārtoti cikli) bez būtiska īpašību zuduma. Konkrētas klases arī atbilst FDA pārtikas kontakta prasībām.
Vai PEI pirms plastmasas liešanas ir jāžāvē?
Jā — PEI ir higroskopisks un pirms apstrādes nepieciešama rūpīga žāvēšana. Standarta žāvēšana — 3–4 stundas pie 150°C mitrumu atdalošā žāvētājā līdz zem 0,02% mitruma satura. Nepietiekama žāvēšana izraisa hidrolitisku noārdīšanos kausēšanas temperatūrā, radot smidzinājumus, dobumus un samazinātas mehāniskās īpašības.
Kādas ir PEI plastmasas liešanas kausēšanas un veidnes temperatūras?
PEI kausēšanas temperatūra parasti ir 340–400°C. Ieteicama veidnes temperatūra 65–175°C — augstāka veidnes temperatūra uzlabo virsmas apdari un samazina atlikušo spriegumu. PEI ir amorfs, tāpēc atšķirībā no PEEK vai PPS nav kristalizācijas sliekšņa, kas jāievēro; veidnes temperatūru var mainīt brīvāk, lai līdzsvarotu cikla laiku un detaļas kvalitāti.
Kā PEI salīdzinās ar PEEK strukturālajiem pielietojumiem?
PEI ir ievērojami lētāks par PEEK un nodrošina labu strukturālo veiktspēju līdz 170°C nepārtraukti. PEEK pārspēj PEI virs 200°C nepārtrauktai lietošanai, piedāvā labāku ķīmisko noturību (īpaši pret ketoniem un halogenētiem šķīdinātājiem, kas uzbrūk PEI), augstāku triecienizturību un validētas implantu klases iespējas. Lielākajai daļai pielietojumu zem 180°C PEI ir izmaksu ziņā pamatota izvēle.
Vai PEI (Ultem) ir intrinseki ugunsdrošs?
Jā — PEI sasniedz UL 94 V-0 pie 0,8 mm sienas biezuma bez halogenētām ugunsaizsardzības piedevām. Tā limitējošais skābekļa indekss (LOI) ir aptuveni 47%, kas nozīmē, ka tas nedeg normālā gaisā. Zems dūmu daudzums un zemas toksiskās gāzu emisijas sadegšanas laikā padara PEI par vēlamo izvēli gaisa kuģu salonu, sabiedriskā transporta un veselības aprūpes vidēs.
Kādas PEI (Ultem) klases ir pieejamas plastmasas liešanai?
Galvenās klases ietver: Ultem 1010 (standarta, medicīnas/pārtikas atbilstība), Ultem 2210 (10% GF, augstāka stingrība), Ultem 2310 (30% GF, augsta stingrība strukturālajām detaļām), Ultem 1000 (vispārējas nozīmes, nedaudz zemākas izmaksas par 1010) un Ultem CRS5001 (ESD drošs, pusvadītāju klases). Vispārēja PEI sveķa ir pieejama no vairākiem piegādātājiem, jo Sabic Ultem patenta aizsardzība ir beigusies.
Vai PEI plastmasas liešanas detaļas var salīmēt vai savienot ar šķīdinātājiem?
PEI labi saķeras ar strukturālajiem epoksīdiem un ciānakrilātiem pēc virsmas sagatavošanas. Savienošana ar šķīdinātājiem izmanto metilēnhlorīdu vai līdzīgus agresīvus šķīdinātājus — tie jālieto atbilstošos drošības apstākļos. Ultraskaņas metināšana ir arī iespējama un ir izplatīta montāžas metode PEI korpusiem un instrumentu apvalkiem.
Iesniedziet savu STEP failu Nordmould bezmaksas DFM analīzei — mēs apstiprināsim, vai PEI ir pareizā klase jūsu termiskajām un regulatīvajām prasībām, un agri identificēsim jebkādus žāvēšanas, vārtu vai sienas biezuma riskus.