Formsprutning av PEI (Ultem): egenskaper och konstruktionsguide
PEI (polyeterimid), bäst känt under Sabics handelsnamn Ultem, är en amorf högpresterande termoplast som kombinerar kontinuerlig driftstemperatur på 170°C, UL 94 V-0 flamhämmning och strukturell hållfasthet som närmar sig PEEK — till avsevärt lägre kostnad. Nordmould rekommenderar PEI för krävande termiska, elektriska och medicinska tillämpningar där PC inte klarar temperaturen och PEEK inte kan motiveras kostnadsmässigt.
Vilka är de mekaniska och termiska egenskaperna hos PEI (Ultem)?
PEI är amorft, vilket innebär att det inte har någon kristallin smältpunkt och inget kritiskt formtemperaturtröskel för kristallisering. Det förenklar bearbetning relativt PEEK och PPS, särskilt för komplexa tunnväggiga geometrier. Avvägningen är lägre kemikaliebeständighet jämfört med semikristallina polymerer med liknande temperaturklassning.
| Egenskap | Ofyllt PEI | 10 % GF PEI | 30 % GF PEI | Teststandard |
|---|---|---|---|---|
| Brotthållfasthet | 105 MPa | 131 MPa | 165 MPa | ISO 527 |
| Böjmodul | 3 300 MPa | 4 800 MPa | 8 300 MPa | ISO 178 |
| Izod slagtålighet (skårad) | 50–55 J/m | 55 J/m | 80 J/m | ISO 180 |
| Värmeformstabilitet (1,82 MPa) | 210°C | 210°C | 215°C | ISO 75 |
| Kontinuerlig användningstemperatur | 170°C | 170°C | 170°C | — |
| Densitet | 1,27 g/cm³ | 1,34 g/cm³ | 1,51 g/cm³ | ISO 1183 |
| Formkrympning | 0,5–0,7 % | 0,3–0,6 % | 0,1–0,3 % | ISO 294-4 |
| Vattenabsorption (24 h) | 0,25 % | 0,20 % | 0,17 % | ISO 62 |
| Dielektrisk hållfasthet | 28–33 kV/mm | 25–30 kV/mm | 22–28 kV/mm | IEC 60243 |
| Begränsande syreindex | 47 % | — | — | ISO 4589 |
PEI:s dielektriska hållfasthet på 28–33 kV/mm är bland de högsta som finns från ett standardformsprutningsbaserat material, vilket stöder dess utbredda användning i högspänningselektriska komponenter och isolerande substrat.
Var används PEI (Ultem)-formsprutning?
PEI:s kombination av termisk stabilitet, elektrisk isolering, inneboende flamhämmning och regulatorisk efterlevnad för medicinska tillämpningar placerar det i centrum av en väldefinierad uppsättning krävande sektorer.
Medicin och dentalvård: Steriliserbara brickor och instrumenthållare (autoklavs- och ETO-kompatibla), återanvändbara kirurgiska instrumenthandtag, dentala protetiska ramverk, vätskemanifold för dialys- och infusionsutrustning samt komponenter för avbildningssystem. Ultem 1010:s USP Class VI-status och autoklavstabilitet gör den till en direkt konkurrent till rostfria ståltrayesystem med avsevärt lägre delvikt.
Flyg och flygplansinteriörer: Säteskomponenter, overhead bin-konstruktioner, kanalrör, kabelhanteringsdelar och konstruktionsbeslag i flygplansinteriörer. PEI:s UL 94 V-0-klassning vid tunna väggar och låg rök-/giftig utsläpp vid förbränning uppfyller FAR 25.853-kraven som reglerar plastik i flygplansinteriörer.
Elektro och elektronik: Högspänningskontakthousing, kretstkortspluggar för inbränning, SMD-testfixtur, transformatorbobiner och motorisoleringarkomponenter. Den dielektriska hållfastheten och dimensionsstabiliteten vid temperatur gör PEI till standard för komponenter som måste upprätthålla elektrisk isolering under termisk cykling.
Halvledare: Waferhanteringskomponenter, inbränningskort och processutrustningsdelar där både kemisk exponering och förhöjda temperaturer förekommer.
Industriautomation: Toolingkomponenter för robotarmar, lättviktsrobotgrepp och sensorhousing där både viktminskning och värmebeständighet krävs.
Vilka är formsprutningsegenskaperna hos PEI?
PEI kan bearbetas men är krävande. Det amorfa tillståndet gör det mer förlåtande än PEEK eller PPS vad gäller kristallisationskänslighet, men den mycket höga smälttemperaturen och det hygroskopiska materialet kräver noggrann processkontroll.
Smälttemperatur: 340–400°C. Konsekvent cylindertemperatur är avgörande; lokal överhettning över 420°C orsakar termisk nedbrytning — missfärgning, molekylviktsminskning och avgasning. Cylinderrensning mellan PEI och material vid lägre temperaturer är obligatorisk för att undvika förorenat material i nästa produktionskörning.
Formtemperatur: 65–175°C. Som ett amorft material kräver PEI inte en specifik formtemperatur för kristallisering. Högre formtemperaturer (över 130°C) förbättrar avsevärt ytkvalitet, minskar restspänningar och förbättrar utmattningslivslängd. För optiska eller kosmetiska ytor rekommenderas uppvärmt verktyg vid 150–175°C.
Injektionstryck: 100–170 MPa. PEI:s smältviskositet är måttlig; tunna väggar och långa flödesvägar kräver högre tryck. Tillräcklig avluftning är viktig eftersom PEI är benägen för bränning vid instängd luftplatser.
Torkning: 150°C i 3–4 timmar i en avfuktande tork till under 0,02 % fukt. PEI är avsevärt mer hygroskopiskt än PEEK; torkning får inte förkortas.
Verktyg: Härdad verktygsstål rekommenderas starkt. PEI:s höga bearbetningstemperaturer och formtryck accelererar slitage i aluminiumverktyg. P20 eller H13-stål är lämpligt; grindlandningsområden bör härdas.
Krympning: 0,5–0,7 % för ofyllda kvaliteter, i princip isotropt tack vare den amorfa strukturen — liknande PC. Denna förutsägbara krympning gör PEI tillförlitligt för precisionspassningar utan komplex grindplaneringen.
Kemisk kompatibilitet: PEI angrips av partiellt halogenerade lösningsmedel och vissa ketoner. Formsläppmedel, rengöringslösningsmedel och monteringslim måste vara kompatibla med PEI-kemi — en viktig begränsning för delar som rengörs i drift.
Vilka PEI-kvaliteter och varianter finns tillgängliga?
| Kvalitet | Nyckeldata | Primär tillämpning |
|---|---|---|
| Ultem 1010 | USP Class VI, FDA, standard allmänt ändamål | Medicin, livsmedelskontakt, allmän industri |
| Ultem 1000 | Allmänt ändamål (icke livsmedel) | Industri, elektro |
| Ultem 2210 | 10 % glasfylld | Måttlig styvhetsökning, bättre sammanfogningslinjer |
| Ultem 2310 | 30 % glasfylld | Höga strukturella laster, HDT 215°C |
| Ultem CRS5001 | ESD-säker, statisk-dissipativ | Halvledarfixtur, IC-hantering |
| Generiska PEI-hartser | Off-patent alternativ till Sabic Ultem | Kostnadsmedvetna industriella tillämpningar |
Sedan Sabics grundläggande Ultem-patent löpte ut har flera generiska PEI-hartstillverkare trätt in på marknaden. För icke-kritiska industriella tillämpningar där USP- eller FDA-efterlevnad inte krävs erbjuder generiska PEI-kvaliteter meningsfull materialkostnadsreduktion. Nordmould anskaffar både märkesultem och kvalificerad generisk PEI på begäran.
Vilka är PEI:s fördelar och begränsningar?
Fördelar:
- Kontinuerlig användningstemperatur på 170°C — långt över PC, nylon och POM
- UL 94 V-0 inneboende, utan halogenerade tillsatser; låg rök och giftig gas vid förbränning
- USP Class VI och ISO 10993-kompatibla kvaliteter för medicinska tillämpningar
- Amorf struktur — förutsägbar, isotropisk krympning förenklar verktygstillverkning
- Exceptionell dielektrisk hållfasthet för elektriska isoleringstillämpningar
- Hög specifik hållfasthet — lättare än metaller för motsvarande lastbärande kapacitet
- Autoklaverbar (134°C) utan mätbar egenskapsminskning
Begränsningar:
- Känslig för angrepp av halogenerade lösningsmedel och vissa ketoner — verifiera kemisk kompatibilitet noggrant
- Hög smälttemperatur (340–400°C) kräver specialiserad bearbetningsutrustning
- Mer hygroskopiskt än PEEK eller PPS — rigorös torkning avgörande
- Härdad stålverktygstillverkning starkt rekommenderad — verktygsinvestering högre än för standardplaster
- Genomskinlig bärnstensfärg naturlig; verkligt transparenta kvaliteter kräver noggrann bearbetning
- Högre materialkostnad än PC, nylon eller POM — motiverad bara när termiska eller regulatoriska krav kräver det
När ska du välja PEI framför alternativa material?
PEI kontra PEEK: PEI är avsevärt billigare och enklare att bearbeta (amorft, inget kristallisationströskel). Välj PEI när tillämpningen kräver kontinuerlig drift upp till 170°C, UL 94 V-0 och antingen medicinsk kvalitetsefterlevnad eller elektriska isolationsprestanda. Välj PEEK när kontinuerlig temperatur överstiger 200°C, när bredare kemikaliebeständighet behövs eller när implantatgraderad biokompatibilitetscertifiering krävs.
PEI kontra PPS: PPS erbjuder bättre kemikaliebeständighet och ett högre kontinuerligt temperaturtak, med lägre materialkostnad för vissa kvaliteter. Välj PEI för komplexa tunnväggiga geometrier (amorf bearbetning är mer förutsägbar) och där högre slagtålighet behövs. Välj PPS där kemisk exponering inkluderar ketoner eller halogenerade lösningsmedel som skulle angripa PEI.
PEI kontra PC: Välj PEI när detaljen måste användas kontinuerligt över 125°C, kräver V-0 flamklassning eller måste klara upprepade autoklavcykler. PC är det billigare, enklare bearbetade valet för tillämpningar under 120°C där optisk klarhet är en fördel.
Är PEI återvinningsbart?
PEI samlas inte in i kommunala återvinningsströmmar. Rent, engrads produktionsregranulat kan återbearbetas upp till 20–30 % med jungfruligt material för icke-kritiska tillämpningar. Den höga bearbetningstemperaturen och kemiska känsligheten gör PEI-regranulatshantering mer krävande än för standardplaster. För medicinska kvaliteter eller livsmedelskontaktkvaliteter måste regranulat genomgå samma kvalificeringsprocess som jungfruligt material — i praktiken formsrprutas de flesta medicinska PEI-delar uteslutande från jungfruligt material. Nordmould kan diskutera granulatsprotokoll och, där prestandan tillåter, alternativa material med bättre livscykelvägar.
Vanliga frågor
Vad är värmeformstabiliteten (HDT) hos PEI (Ultem)?
Standard ofyllt PEI (Ultem 1010) har ett HDT på cirka 210°C vid 1,82 MPa och en kontinuerlig användningstemperatur på cirka 170°C. Glasfyllda kvaliteter (Ultem 2210, 2310) uppnår HDT på 210–215°C. Det placerar PEI väl ovanför nylon, PC och POM, och förblir avsevärt mer prisvärt än PEEK.
Uppfyller Ultem (PEI) kraven för medicinska och livsmedelskontakttillämpningar?
Ja — Ultem 1010 är USP Class VI och ISO 10993-kompatibelt och används flitigt i steriliserbara medicinska brickor, kirurgiska instrument, dentala komponenter och vätskehanteringssystem. Det klarar autoklavsterilisering (134°C, upprepade cykler) utan signifikant egenskapsminskning. Specifika kvaliteter har även FDA livsmedelskontaktgodkännande.
Måste PEI torkas före formsprutning?
Ja — PEI är hygroskopiskt och kräver grundlig torkning före bearbetning. Standardtorkning är 3–4 timmar vid 150°C i en avfuktande tork till under 0,02 % fukt. Otillräcklig torkning orsakar hydrolytisk nedbrytning vid smälttemperaturen, vilket ger ytdefekter, hålrum och minskade mekaniska egenskaper.
Vilka smält- och formtemperaturer gäller för PEI-formsprutning?
PEI-smälttemperaturen är typiskt 340–400°C. Formtemperatur på 65–175°C rekommenderas — högre formtemperaturer förbättrar ytkvalitet och minskar restspänningar. PEI är amorft, varför det till skillnad från PEEK eller PPS inte finns något kristallisationströskel att ta hänsyn till; formtemperaturen kan varieras mer fritt för att balansera cykeltid och delkvalitet.
Hur jämförs PEI med PEEK för strukturella tillämpningar?
PEI är avsevärt billigare än PEEK och erbjuder god strukturell prestanda upp till 170°C kontinuerligt. PEEK överstiger PEI vid kontinuerlig temperatur över 200°C, erbjuder bättre kemikaliebeständighet (särskilt mot ketoner och halogenerade lösningsmedel som angriper PEI), högre slagtålighet och validerade implantatgraderade alternativ. För de flesta tillämpningar under 180°C är PEI det kostnadsrationella valet.
Är PEI (Ultem) inneboende flamhämmande?
Ja — PEI uppnår UL 94 V-0 vid 0,8 mm väggtjocklek utan halogenerade flamskyddsmedel. Det begränsande syreindexet (LOI) är ungefär 47 %, vilket innebär att det inte upprätthåller förbränning i normal luft. Låg rök- och giftig gasutveckling vid förbränning gör PEI föredraget för flygplansinteriörer, kollektivtrafik och vårdmiljöer.
Vilka PEI-kvaliteter (Ultem) finns för formsprutning?
Nyckelkvaliteter inkluderar: Ultem 1010 (standard, medicin-/livsmedelskompabel), Ultem 2210 (10 % GF, högre styvhet), Ultem 2310 (30 % GF, hög styvhet för strukturella delar), Ultem 1000 (allmänt ändamål, något lägre kostnad än 1010) och Ultem CRS5001 (ESD-säker, halvledarkvalitet). Generisk PEI-harts finns från flera leverantörer sedan Sabics Ultem-patentskydd löpte ut.
Kan PEI-formsprutade delar limas eller lösningsmedelssvetsas?
PEI fäster väl med konstruktionsepoxider och cyanakrylater efter ytbehandling. Lösningsmedelssvetsning använder metylenklorid eller liknande aggressiva lösningsmedel — dessa måste hanteras under lämpliga säkerhetskontroller. Ultraljudssvetsning är också möjlig och är en vanlig monteringsmetod för PEI-kåpor och instrumenthousing.
Skicka din STEP-fil till Nordmould för en kostnadsfri DFM-granskning — vi bekräftar om PEI är rätt kvalitet för dina termiska och regulatoriska krav och identifierar torkning, grindning eller väggtjockleksrisker tidigt.