Полиэфиримид — известный на рынке под торговым названием Ultem® (SABIC) — это материал, который выбирают после того, как требования к конструкции были уточнены в результате испытаний на разрушение. Это не самый дешёвый инженерный термопласт в списке. И не самый простой в обработке. Однако он занимает особую нишу по эксплуатационным характеристикам — непрерывная эксплуатация при температурах выше 170 °C, врождённая огнестойкость класса UL94 V-0 без добавок, возможность стерилизации в паровом автоклаве и диэлектрическая стабильность, не ухудшающаяся под воздействием температуры или влажности, — которые невозможно воспроизвести ни одной комбинацией инженерных пластиков более низкого уровня.
В данном руководстве объясняется, что на самом деле представляет собой пластик PEI, какие реальные преимущества он предлагает, где пролегают его реальные ограничения, а также какие требования предъявляет литье PEI к пресс-формам, оборудованию и соблюдению технологического режима.
Химия, определяющая предельные показатели производительности PEI
Полиэфиримид — это аморфный термопласт, относящийся к семейству полиимидов, содержащий эфирные связи, которые улучшают технологичность по сравнению с полностью ароматическими полиимидами. Повторяющаяся единица содержит как имидные группы — обеспечивающие стабильность при высоких температурах и огнестойкость, — так и эфирные связи, которые снижают вязкость расплава настолько, что позволяют осуществлять традиционное литье под давлением при высоких температурах.
Такое сочетание является результатом целенаправленного химического проектирования и оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики. Структура имидного кольца термостабильна при температурах, при которых в полиэстерах, полиамидах и поликарбонатах происходит разрыв цепи. Ароматический остов устойчив к окислительному разложению, которое приводит к деградации алифатических полимеров при повышенных температурах. Эфирные связи обеспечивают достаточную гибкость цепи, позволяющую материалу течь при технологических температурах — хотя “достаточная гибкость” в контексте PEI всё же означает температуру плавления выше 340 °C.
Температура стеклования (Tg) пластика PEI составляет примерно 217 °C — самая высокая температура стеклования (Tg) среди всех коммерчески доступных аморфных термопластов, пригодных для литья под давлением, при стандартных ценах. Это одно число несет в себе больше информации, чем отражено в большинстве таблиц свойств материалов:
- Детали сохраняют механическую жесткость и точность размеров при постоянных рабочих температурах, при которых поликарбонат (PC), АБС-пластик (ABS), полиамид (PA) и полибутилентерефталат (PBT) уже давно размягчились
- Стерилизация в автоклаве при температуре 134 °C не представляет никаких проблем с точки зрения термической устойчивости — рабочая температура на 83 °C ниже Tg
- Кратковременные скачки температуры до 200 °C не вызывают необратимой деформации в деталях, подвергающихся небольшим нагрузкам
- Температура обработки, необходимая для обеспечения достаточной текучести расплава — 340–420 °C, — является прямым следствием этой же термической стабильности
Янтарная прозрачность — это характеристика, упоминаемая в техническом паспорте, но практическое значение которой инженеры порой недооценивают. Аморфная структура PEI обеспечивает естественную прозрачность янтарного цвета — не на уровне оптического качества, но достаточную для визуального контроля внутренней геометрии детали, наличия жидкости в трубке или канале или выравнивания узла — в тех случаях, когда другие высокоэффективные инженерные полимеры являются полностью непрозрачными.
Характеристики пластика PEI: цифры и их значение в реальных условиях
Тепловые характеристики — определяющий фактор
| Недвижимость | PEI (Ultem 1000) | PEI GF30 (Ultem 2300) | Единица |
|---|---|---|---|
| Температура стеклования | 217 | 217 | °C |
| Температура термического изгиба (1,82 МПа) | 198 | 210 | °C |
| Температура непрерывной эксплуатации | 170 | 180 | °C |
| Кратковременный пик температуры | до 200 | до 220 | °C |
| Класс воспламеняемости по стандарту UL94 | V-0, 5 ВА | V-0, 5 ВА | — |
| Индекс ограничения кислорода (LOI) | 47% | — | — |
Температура HDT, равная 198 °C при давлении 1,82 МПа для ненаполненного полиэфириди (PEI), — это не просто высокое значение: это означает, что при значительной механической нагрузке материал сохраняет стабильность размеров в пределах 20 °C от своей температуры стекновения (Tg). Ни один из стандартных инженерных термопластов (PA, PBT, PC, ABS, POM) не приближается к этому показателю при эквивалентных условиях нагрузки.
Этот предельный кислородный индекс 47% Для PEI это означает, что в воздухе (21% кислорода) материал не способен поддерживать горение без внешнего источника возгорания. Эта присущая материалу огнестойкость — достигнутая без использования каких-либо галогенированных или фосфорсодержащих антипиреновых добавок — имеет решающее значение для применения в аэрокосмической и авиационной отраслях, где отсутствие галогенов в составе антипиренов является нормативным требованием, а не просто предпочтением.
Механические свойства
| Недвижимость | PEI (Ultem 1000) | PEI GF30 (Ultem 2300) | Единица |
|---|---|---|---|
| Прочность на разрыв | 105 | 165 | МПа |
| Модуль упругости при изгибе | 3,300 | 9,000 | МПа |
| Ударная вязкость с надрезом (по Изоду) | 50 | 90 | м/м |
| Относительное удлинение при разрыве | 60 | 3 | % |
| Твёрдость по Роквеллу | M109 | M114 | — |
Ненаполненный полиэтилен-имида (PEI) отличается сочетанием механических свойств, которое является необычным для высокоэффективных инженерных пластиков: высокая предел прочности в сочетании с относительным удлинением при разрыве по марки 60%. Большинство инженерных пластиков с высоким модулем упругости жертвуют пластичностью ради жесткости. Ненаполненный PEI сохраняет значительную пластичность, что позволяет ему выдерживать монтажные операции, прогиб при защелкивании и термические удары без хрупкого разрушения — при этом обеспечивая прочность на разрыв 105 МПа.
PEI, армированный GF30, примерно в три раза увеличивает модуль упругости при изгибе до 9 000 МПа — что в некоторых конфигурациях нагрузки приближается к конструктивной жесткости алюминия — за счет практически полного отсутствия удлинения при разрыве (3% при разрыве). Для конструкционных кронштейнов, несущих корпусов и соединителей с точными габаритами, используемых в условиях высоких температур, пластик PEI с добавкой GF30 является стандартным материалом. Для деталей, требующих пластичности или способных выдерживать удары при монтаже, подходящим выбором являются марки без наполнителя.
Электрические свойства
| Недвижимость | Значение | Единица |
|---|---|---|
| Диэлектрическая прочность | 28–31 | кВ/мм |
| Объёмное удельное сопротивление | 10¹⁵ – 10¹⁷ | Ом·см |
| Диэлектрическая проницаемость (1 МГц) | 3.15 | — |
| Коэффициент рассеивания (1 МГц) | 0.0013 | — |
| Устойчивость к дуговому разряду | 128 | секунды |
Электрическое свойство, отличающее пластик PEI от инженерных пластиков более низкого уровня, заключается не в абсолютном значении какого-либо отдельного параметра, а в стабильность этих значений в различных диапазонах температур и влажности. Диэлектрическая проницаемость 3,15 и коэффициент потерь 0,0013 сохраняются с минимальными отклонениями в диапазоне температур от комнатной до 200 °C и в условиях от сухой до влажной среды.
Для компонентов радиолокационных систем, высокочастотных антенных подложек, корпусов авиационной электроники и прецизионных разъемов для печатных плат, эксплуатируемых в условиях переменных температур и влажности, такая электрическая стабильность является функциональным требованием, а не просто дополнительным преимуществом.
Химическая стойкость и ESC: ограничение, требующее серьезного внимания
PEI демонстрирует широкую химическую стойкость в основных условиях эксплуатации. Он устойчив к:
- Автомобильные жидкости: топливо, масла, гидравлические жидкости, охлаждающие жидкости
- Водные растворы: разбавленные кислоты, разбавленные щелочи, растворы солей
- Спирты и алифатические углеводороды
- Водяные моющие средства и большинство промышленных смазочных материалов
Однако пластик PEI обладает значительной химической уязвимостью, которую необходимо учитывать перед определением технических требований: трещинование под воздействием окружающей среды (ESC) в присутствии хлорированных растворителей, ароматических углеводородов, кетонов и некоторых концентрированных кислот при механическом напряжении.
ЭКС в аморфных полимерах — в том числе в ПЭИ — возникает, когда химическое вещество, не растворяющее основную массу полимера, тем не менее проникает в поверхность и снижает критическое напряжение, необходимое для зарождения трещины, до уровня ниже остаточного или приложенного напряжения в детали. Результатом является появление сеточной трещиноватости или хрупкое разрушение при уровнях напряжения, которые в отсутствие химического вещества не привели бы к разрушению.
В случае пластика PEI следует избегать следующих основных веществ, вызывающих эксцитационную фотодеструкцию (ESC):
- Хлорированные растворители (метиленхлорид, хлороформ, трихлорэтилен)
- Кетоны и эфиры (ацетон, МЭК, этилацетат)
- Ароматические углеводороды (толуол, ксилол) при повышенной температуре
- Сильные щелочи (NaOH, KOH в высоких концентрациях)
Практическое значение: любая пластиковая деталь из PEI, которая будет подвергаться воздействию этих веществ в условиях нагрузки — будь то предварительная нагрузка при сборке, несовпадение коэффициентов теплового расширения или эксплуатационная нагрузка, — требует либо замены материала (для экстремальных условий эксплуатации ESC следует рассмотреть использование PEEK, PPS или PPSU), либо проведения специальных испытаний на химическую совместимость в реальных условиях эксплуатации до начала серийного производства.
В компании Dimud оценка рисков, связанных с электростатическим разрядом (ЭСК), является частью процесса проверки выбора материалов для проектов с использованием полиэтилена-имида (PEI). Картирование воздействия химических веществ проводится на этапе проектирования с учетом технологичности (DFM) — его не выявляют в ходе полевой валидации.
Литье под давлением из ПЭИ: что на самом деле требует от вашего технологического процесса высокая температура стеклования (Tg)
Литье под давлением из PEI принципиально отличается от переработки стандартных или среднеклассных инженерных термопластов. Та же термическая стабильность, которая делает этот материал пригодным для эксплуатации в условиях высоких температур, одновременно препятствует текучести расплава, необходимой для литья под давлением. Понимание того, что это означает на практике, — первый шаг к получению стабильных и безотказных пластиковых деталей из PEI.
Требования к оборудованию — это не стандартное применение станка
Не каждая машина для литья под давлением способна обрабатывать PEI. Требования к ней весьма специфичны:
Диапазон рабочих температур цилиндра и шнека: Температура обработки при литье под давлением из ПЭИ составляет 340–420 °C Температура плавления — значительно превышает рабочий диапазон цилиндра большинства универсальных машин, рассчитанных на максимальную температуру 350–380 °C. Для надёжной переработки PEI с достаточным запасом по температуре требуются высокопроизводительные шнековые и цилиндровые узлы, рассчитанные на температуру 450 °C и выше.
Конструкция винта: Шнек общего назначения с высокой степенью сжатия при переработке PEI вызывает чрезмерное выделение тепла за счет трения в зоне дозирования, в результате чего локальная температура расплава превышает 430 °C, при которой начинается деградация. Шнек с низкой степенью сжатия (от 2,0:1 до 2,5:1) более равномерно распределяет поступающее тепло и позволяет инженеру-технологу реально контролировать температуру расплава.
Материалы винта и ствола: Аморфные материалы с высокой технологической температурой, такие как PEI, оказывают абразивное воздействие на винты из стандартной инструментальной стали при переработке марок, армированных стекловолокном. Для производства GF-PEI стандартно используются биметаллические цилиндры или цилиндры с покрытием из Xaloy, а также закаленные винты.
Сопло: Рекомендуется использовать сопло с позитивным отсечением, чтобы предотвратить стекание расплава PEI при высоких технологических температурах, что может привести к образованию некачественного холодного сгустка в месте входа литника и появлению тёмных полос на детали.
В компании Dimud мы услуги литья пластмасс под давлением для производства ПЭИ-пластика на установках, специально настроенных для высокоэффективных инженерных полимеров, — с проверенными на предмет температурного режима профилями цилиндров и задокументированными протоколами квалификации технологического процесса для каждого сорта.
Сушка: обязательный первый этап
Пластик PEI поглощает влагу в равновесном состоянии в количестве примерно 0,25% — это незначительное значение в абсолютном выражении, но его последствия могут быть катастрофическими при температурах переработки выше 340 °C. Вода взрывообразно испаряется в цилиндре, вызывая:
- Следы расхождения (серебристые полосы) на поверхностях деталей — являются основанием для немедленного отбраковки при применении в аэрокосмической и медицинской отраслях
- Внутренние пустоты, снижающие механическую прочность — их невозможно обнаружить без разреза или компьютерной томографии
- Гидролитическое расщепление цепи — приводит к необратимому снижению молекулярной массы, что ослабляет все механические свойства готовой детали
Требования к сушке PEI:
- Температура: 150 °C
- Продолжительность: Не менее 4 часов (Уровень сложности GF: до 6 часов)
- Оборудование: адсорбционная (осушительная) сушилка с точкой росы на выходе ≤ −30 °C
- Целевой максимальный уровень влажности: ≤ 0,051 TP3T по массе
- Действия после сушки: обработать в течение 30 минут; не возвращать высушенный материал в открытые ёмкости
Температура сушки 150 °C превышает температуру сушки большинства инженерных пластиков и требует использования сушильной камеры, способной работать при данном заданном значении с достаточным расходом воздуха. Стандартные печи с горячим воздухом не подходят — они не могут обеспечить точку росы, необходимую для удаления внутренней влаги из гранул.
Температура обработки: граница между текучестью и деградацией
Температура расплава при литье под давлением из ПЭИ для стандартных марок составляет 340–400 °C:
| Зона ствола | Незаполненный PEI | PEI GF30 |
|---|---|---|
| Зона питания | 280–310 °C | 290–320 °C |
| Зона сжатия | 320–355 °C | 330–360 °C |
| Зона учета | 355–390 °C | 360–400 °C |
| Сопло | 340–375 °C | 345–380 °C |
| Температура пресс-формы | 65–175 °C | 65–150 °C |
Начало разложения пластика PEI наступает примерно при 430–450 °C — что обеспечивает рабочий диапазон температур на 40–80 °C выше минимальной температуры потока до начала деградации. Этот диапазон более узкий, чем у большинства инженерных пластиков, и для надежного соблюдения его границ требуется регулировка температуры цилиндра с точностью до ±5 °C в каждой зоне.
Температура формы при литье под давлением полиэфир-имида (PEI) значительно выше — 65–175 °C — при этом в большинстве случаев, требующих высокой точности, используются температуры 100–150 °C. Высокая температура формы необходима по следующим причинам:
- Расплав ПЭИ обладает высокой вязкостью даже при температуре 380 °C — холодная форма приводит к преждевременному затвердеванию в тонких участках до того, как полость будет заполнена
- Более высокие температуры формы обеспечивают более полное снятие напряжений в процессе затвердевания, что позволяет снизить двулучепреломление и остаточные напряжения в прецизионных оптических или конструкционных деталях
- В случаях, когда требуется максимальное качество поверхности, температура формы выше 120 °C позволяет получить качество поверхности детали, точно повторяющее качество поверхности полости формы
Высокие температуры пресс-формы требуют использования конструкций пресс-форм с надлежащими контурами охлаждения с масляным нагревом, способными поддерживать точные заданные значения температуры, — а не стандартных контуров с водяным охлаждением, которые не могут надежно поддерживать температуру выше 90 °C.
Параметры впрыска
| Параметр | Незаполненный PEI | PEI GF30 |
|---|---|---|
| Давление впрыска | 100–170 МПа | 120–200 МПа |
| Поддержание давления | 50 – 80% впрыска | 50 – 75% впрыска |
| Скорость впрыска | Средний (профилированный) | Средне-медленно |
| Противодавление | 3–10 МПа | 3–10 МПа |
| Усадка формы | 0,5 – 0,71 TP3T | 0,1 – 0,51 TP3T |
Расплав ПЭИ обладает значительно более высокой вязкостью, чем обычные или стандартные инженерные термопласты — именно поэтому давление впрыска в диапазоне 100–200 МПа является скорее нормой, чем исключением. Размеры литниковых каналов должны быть достаточно большими; слишком узкие литниковые каналы создают высокие локальные скорости сдвига, которые вызывают выделение тепла в результате деградации в месте входа литникового канала, что приводит к изменению цвета и снижению механических свойств в области литникового канала, независимо от правильного регулирования температуры цилиндра.
Для тонкостенных деталей из полиэтилена-имида (PEI) (толщина стенок < 2 мм) требуется профилированная скорость впрыска — с постепенным увеличением по мере продвижения фронта расплава по полости — чтобы избежать недостаточного наполнения без следа течения и дефектов в виде струй, возникающих в результате начального высокоскоростного впрыска через открытый впускной канал.
Рекомендации по проектированию форм для литья под давлением из PEI
Низкая усадка PEI при формовании (0,5–0,71 TP3T для ненаполненных марок, 0,1–0,51 TP3T для марок с содержанием стекловолокна) позволяет соблюдать жесткие допуски на размеры — одно из ключевых преимуществ этого материала при производстве прецизионных разъемов и компонентов для аэрокосмической отрасли. Для достижения этих допусков на практике требуется проектирование пресс-форм с учётом условий высокой температуры обработки:
Сталь для пресс-форм: Для полостей форм для литья под давлением PEI рекомендуется использовать инструментальную сталь H13 для горячей обработки — её твердость при повышенных температурах обеспечивает стабильность размеров при температурах формы 150 °C и выше, используемых в прецизионных технологиях производства PEI. Стандартная сталь P20 теряет твердость при длительном нахождении в условиях температур выше 120 °C. Для марок пластика GF-PEI вставки в полости из стали D2 или стали H13 с PVD-покрытием обеспечивают защиту от абразивного воздействия стекловолокна.
Конструкция ворот: Предпочтительно использовать краевые или язычковые литниковые каналы, расположенные вдали от поверхностей, важных с эстетической точки зрения. Прямые или литниковые каналы используются в одногнездных пресс-формах, где требуется максимальное уплотнение толстых участков. Следует избегать тонких подводных или туннельных литниковых каналов — высокая вязкость расплава PEI приводит к образованию избыточного тепла сдвига в узких литниковых каналах.
Вентиляция: При литье под давлением PEI в случае перегрева образуются летучие продукты разложения. Вентиляция формы на краях фронта течения, по линиям разъема и на выталкивающих штифтах должна быть достаточной для предотвращения скопления газа и появления следов перегорания — глубина вентиляционных каналов для стандартного PEI составляет 0,025–0,040 мм, что не значительно отличается от показателей других инженерных пластиков.
Системы направляющих: Системы с холодными литниками, имеющие литники полного сечения большого диаметра (не менее 6 мм), позволяют свести к минимуму падение давления и теплопотери между машиной и полостью формы. Системы горячеканальных литников могут использоваться для литья под давлением PEI с коллекторами и отводами, рассчитанными на температуры до 420 °C — это требование исключает использование стандартного оборудования для горячеканальных литников, не предназначенного для высокотемпературных инженерных пластиков.
Наш сайт производство прецизионных пресс-форм Команда компании Dimud в стандартной комплектации разрабатывает инструменты из PEI из стали H13 с системой терморегулирования формы с масляным нагревом, а расположение вентиляционных отверстий проверяется на соответствие результатам моделирования потока материала в форме.
Марки пластика PEI: от универсальных до специализированных с повышенными эксплуатационными характеристиками
Ultem 1000 — базовый вариант
Ненаполненный полиэфир-имидафтор (PEI) общего назначения. Прозрачный, янтарного цвета. Температура деформации при нагревании (HDT) — 198 °C, предел прочности при растяжении — 105 МПа, относительное удлинение — 60%, класс огнестойкости по UL94 — V-0 и 5VA. Стандартный сорт для компонентов медицинского оборудования, требующих стерилизации в автоклаве, элементов интерьера самолётов, нуждающихся в врождённой огнестойкости, а также электрических изоляторов, требующих стабильных диэлектрических свойств при температурах до 200 °C. Соответствует требованиям RoHS. NSF 51 (пищевое оборудование), обозначенное стандартными цветами.
Ultem 2100, 2200, 2300 — серия, армированная стекловолокном
Стекловолоконное армирование 10%, 20% и 30% соответственно. Постепенное увеличение модуля упругости при изгибе (Ultem 2300: ~9 000 МПа), температуры деформации при нагревании (HDT) (Ultem 2300: 210 °C) и стабильности размеров — с соответствующим снижением относительного удлинения и ударопрочности. GF30 (Ultem 2300) является стандартной спецификацией для конструкционных кронштейнов в аэрокосмической отрасли, корпусов высокоточных разъемов, требующих жестких допусков при термоциклировании, а также промышленных компонентов, подвергающихся постоянной механической нагрузке при повышенных температурах. Имеет рейтинги UL94 V-0 и 5VA, включен в список NSF 51 и сертифицирован по стандарту WRAS в утвержденных цветах.
Серия Ultem 5000 — марки с минеральным наполнителем
Марки пластика PEI с наполнителем из слюды, обеспечивающие изотропную усадку (в отличие от анизотропной усадки марок GF) и повышенную стабильность размеров в плоских или симметричных деталях. Качество поверхности превосходит аналогичные показатели у марк с содержанием стекловолокна. Используются для изготовления прецизионных корпусов, плоских конструкционных панелей и деталей, в которых коробление, возникающее при использовании марк с содержанием стекловолокна, приводит к проблемам с размерами. Особенно актуально для крупных плоских деталей, где ориентация стекловолокна приводит к недопустимой дифференциальной усадке.
Марки PEI с высокой пропускной способностью
Несколько коммерческих марок — в том числе Ultem 1010 и некоторые марки Sabic CRS — разработаны с целью улучшения текучести расплава при той же температуре, что позволяет осуществлять литье под давлением с тонкостенными деталями сложной геометрии, для изготовления которых при использовании марок со стандартной вязкостью потребовалось бы чрезмерное давление. Ultem 1010, соответствующий требованиям к материалам, контактирующим с пищевыми продуктами, также является стандартным материалом для изготовления компонентов оборудования пищевой промышленности, которые должны соответствовать требованиям NSF 51 и FDA и поддаваться стерилизации в автоклаве.
Extem (PEI-SI) — когда стандартного PEI недостаточно
Для областей применения, в которых стандартная температура стеклования (Tg) PEI, равная 217 °C, является недостаточной — например, в определённом технологическом оборудовании для производства полупроводников, высокотемпературных промышленных инструментах и автомобильных системах, расположенных в непосредственной близости от силовой электроники, выделяющей большое количество тепла — марки Extem компании SABIC (сополимеры полиэфиримида и силоксана) обеспечивают значения Tg до 267 °C, сохраняя при этом возможность литья под давлением, что отличает PEI от полностью ароматических полиимидов (Vespel, Torlon), для которых требуются альтернативные методы обработки.
Когда инженеры-проектировщики останавливают свой выбор на пластике PEI
Интерьеры для аэрокосмической и авиационной отраслей
Правило FAR 25.853 (Федеральные авиационные правила, касающиеся воспламеняемости внутренних элементов воздушных судов) и требования OSU к тепловыделению определяют выбор материалов для элементов интерьера салона самолета — компонентов сидений, панелей над головой, вставок в бортовой кухне и воздуховодов. Благодаря присущему PEI классу огнестойкости UL94 5VA, низкому уровню дымовыделения (предельный кислородный индекс 47%) и галогенсодержанию без добавок этот материал является одним из предпочтительных инженерных термопластов для изготовления элементов интерьера самолетов.
Снижение веса по сравнению с металлом — плотность PEI составляет 1,27 г/см³, а алюминия — 2,7 г/см³ — является вторичным преимуществом, которое дает значительный эффект при учете сотен пластиковых деталей, используемых в интерьере современного коммерческого самолета.
Медицинские изделия и стерилизуемое оборудование
Пластик PEI выдерживает стерилизацию в паровом автоклаве при температуре 134 °C в течение сотен циклов без изменения размеров или ухудшения свойств — это уровень эксплуатационных характеристик, с которым не могут сравниться ни PC (который деформируется при температуре выше 130 °C в условиях воздействия пара), ни PA (который поглощает влагу во время стерилизации, изменяя свои размеры), и PBT (эфирные связи которого подвержены гидролизу под действием пара) не могут сравниться.
Для многоразовых хирургических инструментов, корпусов диагностического оборудования, компонентов стоматологических установок и деталей лабораторного автоматизированного оборудования, требующих многократной стерилизации паром, пластик PEI является стандартным инженерным термопластом. Он также выдерживает стерилизацию гамма-излучением и этиленоксидом (EtO) с приемлемым сохранением свойств для большинства медицинских классов.
Биосовместимость — ISO 10993 Материалы, прошедшие соответствующую оценку, можно приобрести в компании SABIC. Ultem медицинского назначения, соответствующий требованиям USP Class VI и ISO 10993, является базовым стандартом для компонентов медицинских изделий, контактирующих с пациентом и с жидкостями.
Оборудование для производства полупроводников и электроники
Благодаря сочетанию высокой термостойкости, стабильности диэлектрических свойств и низкого уровня газовыделения пластик PEI стал стандартным материалом для оборудования по обработке полупроводниковых пластин, тестовых разъемов для интегральных схем, компонентов плат для выжигания и разъемов печатных плат, эксплуатируемых в условиях высокотемпературных испытаний.
Сорта высокой чистоты с контролируемым уровнем ионного загрязнения предназначаются для применения в тех случаях, когда загрязнение поверхностей пластин ионами металлов в процессе обработки представляет угрозу для выхода готовой продукции.
Высокотемпературные электрические компоненты для автомобилей
Температура деформации при высоких нагрузках (HDT) пластика PEI, составляющая 198–210 °C, позволяет использовать его в автомобильной электротехнике, где близость к двигателям внутреннего сгорания, высокомощной электронике и тепловым средам вблизи выхлопной системы выходит за пределы практической предельной нагрузки PA66 GF30. Корпуса датчиков, расположенные на блоках цилиндров или рядом с ними, корпуса высоковольтных разъемов в системах управления аккумуляторными батареями электромобилей, а также корпуса резольверов в узлах тяговых двигателей — все это примеры областей применения, в которых пластик PEI демонстрирует характеристики, которые стандартные инженерные пластики не могут обеспечить с достаточной надёжностью.
Наш сайт литье под давлением в автомобилестроении В число производственных возможностей компании Dimud входит выпуск пластика PEI для изготовления корпусов датчиков и высокотемпературных компонентов разъемов, предназначенных для клиентов первого уровня автомобильной отрасли в Европе и Северной Америке.
PEI-пластик против PEEK: выбор высокоэффективного материала, в котором ошибаются большинство инженеров
PEI и PEEK — два наиболее значимых с коммерческой точки зрения высокоэффективных инженерных термопласта для литья под давлением. Они не являются взаимозаменяемыми, и неправильный выбор в любую сторону приводит к потере либо денег (избыточный выбор PEEK), либо эксплуатационных характеристик (недостаточный выбор PEI в тех случаях, когда требуется PEEK).
| Недвижимость | PEI (Ultem 1000) | PEEK (без наполнителя) |
|---|---|---|
| Температура непрерывной эксплуатации. | 170 °C | 250 °C |
| Температура стеклования | 217 °C | 143 °C (Tg), 343 °C (Tm) |
| Прочность на разрыв | 105 МПа | 100 МПа |
| Химическая стойкость к хлорированным растворителям | Низкий — риск развития СЭС | Превосходно |
| Химическая стойкость к концентрированной H₂SO₄ | Ограниченный | Ограниченный |
| Врождённая огнестойкость (UL94 V-0) | Да — без добавок | Да — без добавок |
| Устойчивость к гамма-излучению | Хорошо | Превосходно |
| Стоимость материалов (относительная) | Нижний (1×) | Выше (в 3–5 раз) |
| Температура обработки | 340–420 °C | 360–400 °C |
| Кристаллическая структура | Аморфный | Полукристаллический |
Выбирайте пластик PEI в следующих случаях: максимальная рабочая температура не превышает 200 °C при непрерывной эксплуатации; требуется встроенная галогенсодержащая огнестойкость; необходима возможность стерилизации в автоклаве при стандартных условиях 134 °C; основным электрическим требованием является диэлектрическая стабильность в широком диапазоне температур; либо стоимость является существенным ограничивающим фактором при выборе между этими двумя материалами.
Выбирайте PEEK в следующих случаях: рабочая температура постоянно превышает 200 °C; в условиях эксплуатации предусмотрен длительный контакт с агрессивными органическими растворителями (особенно хлорированными или кетоновыми); износостойкость является основным требованием (PEEK обладает значительно более высокой износостойкостью); либо деталь будет подвергаться длительному воздействию гамма-излучения в медицинских или ядерных областях применения.
Наиболее распространённой ошибкой при выборе материала является использование PEEK из соображений термостойкости в условиях, где PEI обеспечил бы такие же эксплуатационные характеристики — при этом стоимость материала была бы в 3–5 раз ниже. Если температура непрерывной эксплуатации не превышает 170 °C, по умолчанию следует выбирать PEI, за исключением случаев, когда особые требования к химической стойкости или износостойкости диктуют необходимость применения PEEK.
Распространенные дефекты при литье под давлением из полиэтилена (PEI) и их основные причины
Поскольку пластик PEI в основном применяется в высокотехнологичных отраслях — аэрокосмической, медицинской и в сфере прецизионной электроники — допустимый уровень дефектов практически равен нулю. Понимание первопричин каждого типа дефекта имеет гораздо большее значение при производстве PEI, чем при выпуске обычных термопластов.
Серебристые полосы / рассечение: Наиболее распространённый дефект при литье под давлением из ПЭИ. Основная причина в подавляющем большинстве случаев: недостаточная сушка. Содержание влаги в PEI, превышающее 0,05% на момент переработки, испаряется в цилиндре и приводит к расплыву поверхности. Вторичные причины: чрезмерная температура расплава (выше 430 °C), вызывающая термическую деградацию, либо «мёртвые зоны» в сопле или литнике, где PEI застаивается между циклами литья. Приоритетное решение: в первую очередь проверить протокол сушки и точку росы.
Изменение цвета / коричневые или чёрные полосы: Термическая деградация, вызванная превышением температуры расплава ~430 °C, чрезмерным временем пребывания в цилиндре или застоем у наконечника сопла. Решение: снижать заданные значения температуры цилиндра с шагом 10 °C, одновременно контролируя качество заполнения; сократить время пребывания путем корректировки объема впрыска с учетом вместимости цилиндра; заменить сопло на модель с механизмом полного перекрытия.
Короткие кадры: Недостаточная температура расплава (слишком низкая для обеспечения надлежащей текучести), слишком малые размеры литниковых каналов, приводящие к чрезмерному падению давления, или слишком низкая температура пресс-формы, вызывающая преждевременное затвердевание. Решение: проверить температуру расплава с помощью пирометра (не полагаться исключительно на заданные значения температуры цилиндра); проверить размеры литниковых каналов на соответствие минимальным рекомендуемым значениям с учетом толщины стенок; увеличить заданное значение температуры пресс-формы.
Вмятины от раковины: Недостаточное давление удержания или время удержания; застывание литника до полного заполнения полости; геометрия с толстыми участками, создающая локальную потребность в усадке. Решение: увеличить давление удержания и время удержания; убедиться, что размер литника достаточен для заполнения самого толстого участка; добавить переливные углубления рядом с толстыми участками, если переместить литник невозможно.
Следы сварки, заметные на прозрачных или янтарно-прозрачных поверхностях: Два фронта расплава сталкиваются при пониженной температуре — форма слишком холодная, скорость впрыска в точке слияния слишком низкая. Решение: повысить температуру формы до 150 °C; использовать профилированную скорость впрыска для поддержания температуры фронта расплава в точке слияния.
Появление белых полос / трещин после сборки: Растрескивание под воздействием окружающей среды, вызванное контактом с химическими веществами в сочетании с монтажными напряжениями или предварительной нагрузкой при прессовой посадке. Это не дефект обработки — это проблема, связанная с конструкцией или характеристиками материала. Проанализируйте карту воздействия химических веществ и механические нагрузки во всех точках контакта; определите, требуется ли изменение марки материала или модификация конструкции.
Сотрудничество с компанией «Dimud» в реализации проектов по производству пластика PEI
Литье под давлением с использованием ПЭИ — это технологическая дисциплина, в которую большинство контрактных производителей не вкладывают средства: требования к оборудованию, условия сушки и управление технологическим диапазоном требуют наличия специальной инфраструктуры и документированных знаний о технологическом процессе, которыми не располагают предприятия, занимающиеся литьем под давлением общего назначения.
Подход компании Dimud к производству пластика PEI основан на трёх областях, в которых терпит неудачу большинство проектов по производству PEI:
Проверка сушки, а не предположение: Каждый производственный цикл PEI начинается с документированного протокола цикла сушки, включающего данные о температуре сушилки, продолжительности процесса и измерении точки росы на выходе из сушилки. Мы не считаем, что правильно настроенный таймер сушилки гарантирует правильную сушку материала. Протокол измерения точки росы служит подтверждением этого, и он предоставляется клиентам в составе пакета документации по технологическому процессу.
Инструмент, рассчитанный на работу при высоких температурах: Формы для литья под давлением (PEI) компании Dimud разрабатываются и изготавливаются из инструментальной стали марки H13 и оснащены системами регулирования температуры форм с масляным нагревом, способными обеспечивать стабильное поддержание заданных значений до 175 °C. Это не стандартная конструкция форм — это целенаправленное вложение средств в развитие технологических возможностей для высокоэффективной переработки инженерных пластиков. Наши быстрое изготовление инструментов Кроме того, наша компания может предоставить прототипное оборудование, совместимое со стандартом PEI, для проверки первого образца перед принятием решения об инвестициях в серийное оборудование.
DFM с акцентом на риски, связанные с ESC, и проектирование сборки: Уязвимость ESC материала PEI не отображается в стандартных таблицах свойств и не указывается в большинстве технических паспортов материалов на том практическом уровне, который необходим инженерам. Наш Анализ технологичности конструкции В рамках проектов по производству пластиковых изделий методом литья под давлением (PEI) явно определяется риск воздействия химических веществ, выявляются зоны концентрации напряжений, вызванные процессом сборки, а также анализируется расположение литниковых каналов относительно зон накопления остаточных напряжений — ещё до начала изготовления пресс-форм.
Мы работаем с клиентами из различных отраслей, где эксплуатационные характеристики пластика PEI являются обязательным требованием: это компоненты интерьера для аэрокосмической отрасли, медицинские изделия, подвергающиеся стерилизации паром, высокотемпературные электрические детали для автомобилестроения, а также корпуса для полупроводникового оборудования. Наши производственные мощности, включающие собственный завод по изготовлению пресс-форм, станков с ЧПУ и производственные линии, позволяют нам обслуживать клиентов в Европе, Северной Америке и на Ближнем Востоке.
Ознакомьтесь с нашим полным руководство по материалам для литья под давлением чтобы понять, какое место занимает PEI в полном спектре инженерных термопластов, которые мы перерабатываем, или свяжитесь с нами напрямую, чтобы обсудить ваши требования к литью под давлением из PEI.
Часто задаваемые вопросы о пластике PEI
PEI — это сокращение от «полиэфиримид» — аморфный высокоэффективный инженерный термопласт из семейства полиимидов, содержащий эфирные связи для улучшения технологичности. Ultem — это коммерческое торговое название компании SABIC для смолы PEI, первоначально разработанной компанией GE Plastics в 1980-х годах. Ultem является доминирующим коммерческим видом PEI для литья под давлением и представлен почти 100 марками, начиная от ненаполненного прозрачного материала янтарного цвета и заканчивая армированными стекловолокном и минералами конструкционными компаундами.
Температура стеклования пластика PEI составляет 217 °C, а температура термического прогиба — 198 °C при нагрузке 1,82 МПа (ненаполненные марки). Температура непрерывной эксплуатации составляет примерно 170 °C для ненаполненного PEI и до 180 °C для марок GF30. В условиях слабой нагрузки допускаются кратковременные пиковые температуры до 200 °C. Для непрерывной эксплуатации при температурах выше 200 °C следует использовать марки Extem (сополимер PEI и силоксана) или PEEK.
Высокая температура стеклования PEI (217 °C) и жесткий ароматический каркас требуют высоких температур плавления — 340–420 °C — для обеспечения достаточной текучести расплава при литье под давлением. Это является прямым следствием термической стабильности, благодаря которой PEI может успешно применяться при высоких рабочих температурах. Диапазон температур переработки между минимальной температурой текучести и началом термического разложения (~430 °C) составляет примерно 40–80 °C, что требует более строгого контроля температуры цилиндра, чем при переработке большинства инженерных пластиков.
Да — пластик PEI является одним из наиболее предпочтительных инженерных термопластов для многоразовых медицинских изделий, требующих стерилизации в паровом автоклаве при температуре 121 °C или 134 °C. Его температура стеклования, равная 217 °C, на 83 °C превышает стандартные условия автоклавирования, что означает, что материал сохраняет стабильность размеров в течение сотен циклов стерилизации без размягчения или деформации. Он также подходит для стерилизации гамма-излучением и этиленоксидом (EtO). При использовании изделий, контактирующих с пациентом, всегда необходимо сверяться с документацией о медицинской сертификации конкретного сорта материала.
Оба материала представляют собой высокоэффективные инженерные термопласты, обладающие термостойкостью, огнестойкостью и широкой химической стойкостью. Основные различия: пластик PEI является аморфным с Tg 217 °C; PEEK — полукристаллический с Tm 343 °C и температурой непрерывной эксплуатации до 250 °C. PEEK обладает превосходной стойкостью к хлорированным растворителям и агрессивным химическим средам, в которых PEI подвержен риску ESC. Пластик PEI обладает лучшей врождённой огнестойкостью и более низкой стоимостью материала (как правило, в 3–5 раз ниже, чем у PEEK). Для применений при температурах ниже 200 °C без воздействия агрессивных растворителей пластик PEI обеспечивает эквивалентные функциональные характеристики при значительно более низкой стоимости.
ЭКС в ПЭИ возникает, когда материал одновременно подвергается воздействию химического агента (в частности, хлорированных растворителей, кетонов, ароматических углеводородов или сильных щелочей) и механической нагрузки — будь то приложенные нагрузки, остаточные напряжения формования или предварительная нагрузка при сборке. Химическое вещество проникает в поверхность полимера и снижает критическое напряжение, необходимое для зарождения трещины, до уровня ниже фактического напряжения в детали, что приводит к появлению сетообразных трещин или хрупкому разрушению. Для предотвращения этого явления необходимо: составить карту воздействия химических веществ до выбора материала; применять конструктивные решения, минимизирующие остаточные напряжения (достаточные радиусы углов, равномерная толщина стенок, правильное расположение литниковых каналов); а также заменить материал на PEEK или PPS для применений, при которых невозможно избежать воздействия веществ, вызывающих ESC.
Отдельные марки пластика PEI сертифицированы для применения в условиях контакта с пищевыми продуктами. Например, марка Ultem 1010 имеет сертификат NSF 51 (материалы для пищевого оборудования), соответствует требованиям FDA и имеет сертификат WRAS. Эти марки используются в оборудовании для пищевой промышленности, компонентах систем розлива напитков и оборудовании для переработки молочной продукции, где требуются как соответствие требованиям к материалам, контактирующим с пищевыми продуктами, так и возможность стерилизации паром. Не все марки пластика PEI сертифицированы для использования в контакте с пищевыми продуктами — перед выбором материала для применения в контакте с пищевыми продуктами необходимо убедиться в соответствии конкретной марки, а не только семейства полимеров.
