PEEK Malzeme Kalıplama Çözümleri
PEEK malzemesi hakkında bilmeniz gerekenler nelerdir?
İçindekiler
giriiş
Polimerler, tıp ve diğer sektörlerdeki birçok uygulamada metallerin yerini almıştır. Bu durum, çeşitli tıbbi durumların tedavi ve yönetiminde iyileşmelere yol açmıştır. Alan genişlemeye devam ederken, köklü uygulamalara sahip bazı polimerler de bulunmaktadır. Polieter eter keton veya PEEK bunlardan biridir. Biyouyumlu, sterilize edilebilir ve dayanıklıdır. Doku replasmanından tıbbi aletlere kadar çeşitli uygulamalarda kullanılır. PEEK yüksek performanslı bir polimerdir. Tıp endüstrisinin ötesinde, PEEK daha karmaşık uygulamalarda da kullanılmaktadır. Örneğin, havacılık ve makine parçalarının imalatında kullanılır. PEEK'in enjeksiyon kalıplama yöntemi, uygulamalarını daha karmaşık, seri üretilebilir ürünlere genişletmektedir. PEEK'in enjeksiyon kalıplama yöntemi, diğer plastiklerin enjeksiyon kalıplama yönteminden farklıdır. Bu makale, bu yöntemle ilgili bazı özellikleri ele almaktadır. Bunu yaparken, özelliklerini, uygulamalarını ve bazı özel özelliklerini de inceleyeceğiz. Burada, PEEK'in enjeksiyon kalıplama yönteminin diğer plastiklerden nasıl farklılaştığına dair iyi bir fikir edineceksiniz.
PEEK'i bu kadar harika yapan nedir?
Birçok polimer, onları diğer polimerlerden ayıran belirli özelliklere sahiptir. Aslında polimerler, en çeşitli malzeme sınıfı olabilir. Hem işlenmeleri hem de uygulamaları açısından daha fazla değerlendirme gerektiren olağanüstü özelliklere sahip polimerler vardır. Bunlardan biri de PEEK'tir. Uygulamalarda onu mükemmel kılan bazı özellikleriyle başlayalım.
Üstün Mekanik Özellikler
PEEK, yüksek performanslı bir malzeme olarak sınıflandırılır. Bu plastikler, çeşitli ve aşırı uygulamalarda bütünlüklerini korurlar. Mekanik özellikleri, PEEK'e yüksek performans özelliklerini kazandırır. PEEK'in kimyasal yapısına bakıldığında, üstün özellikleri açıkça görülmektedir. Tekrarlayan birimi üç benzen halkasından oluşur. Bunlar bir keton ve bir eter grubu ile bağlanır. Yapı, keton ve eter bağlı benzen halkalarının tekrarlayan bir dizisidir. Bu, ona güçlü, kararlı yarı kristal bir yapı kazandırır. Üstün mekanik özellikleri ayrıca PEEK'in işlenmesini de mümkün kılar. Bu, enjeksiyon kalıplama yöntemiyle üretilen PEEK ürünlerinden yollukları veya çapakları kesme ihtiyacı olduğunda faydalıdır. PEEK'in üstün mekanik özelliği, hafifliği ve düşük yoğunluğuyla tamamlanır. Bunu daha iyi anlamak için, PEEK'in yoğunluğu 1,32 g/cm³'tür. PTFE'nin yoğunluğu 2,2 g/cm³ iken PET'in yoğunluğu 1,38 g/cm³'tür. Bu, kaynar suyun ısısına dayanabilen güçlü bir malzemeye sahip olduğunuz anlamına gelir. Yine de içme suyu şişelerinde kullanılan plastikten daha hafiftir. Sektör bu tür malzemelere adeta bayılıyor.
Radyasyon Toleransı
Tıbbi aletlerin sterilizasyonunda sıklıkla radyasyon kullanılır. Bu ürünlerin üretiminde kullanılan malzemenin bu tür radyasyona dayanıklı olması gerekir. Sterilizasyon için kullanılan radyasyonlar arasında gama radyasyonu ve UV radyasyonu bulunur. Peek, kimyasal veya fiziksel bütünlüğünde herhangi bir bozulma olmadan bu radyasyonlara dayanabilir.
Yüksek Sıcaklık Toleransı
Metaller, birçok tıbbi alet ve ekipmanda başarılı bir şekilde yer edinmiştir. Bunun nedeni kısmen temizlenmelerinin ve sterilize edilmelerinin kolaylığıdır. Polietilen gibi plastikler yüksek sıcaklıklara dayanamaz. Hatta suyun kaynama noktasına yakın sıcaklıklara bile. Bir PET şişeye kaynar su dökmeyi deneyin ve yumuşamasını izleyin. Sterilizasyon 180°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleşir. Sterilizasyon, tıbbi uygulamanın çok önemli bir parçasıdır. Bu nedenle kullanılan malzemelerin steril olması gerekir, aksi takdirde ölümcül kayıplara yol açabilir. Yeniden kullanılan ürünler kullanımdan önce ve sonra sterilize edilir. Tek kullanımlık olanlar ise steril üretim koşullarında üretilir.
Steril üretim koşulları altında üretim, üretim maliyetine önemli ölçüde katkıda bulunur. Üretimden sonra ürünü sterilize edebilme yeteneği, süreci daha az zahmetli hale getirir. Ayrıca, steril halini koruyarak ürünün yeniden kullanımını güvenli hale getirir. Isıl sterilizasyon, en basit ve etkili sterilizasyon yöntemlerinden biridir. PEEK'in yüksek sıcaklığa dayanabilme özelliği, kullanışlılığına katkıda bulunur.
Kimyasallara ve çözücülere karşı direnç
Bu, suya karşı direnci de içerir. Tıbbi uygulamalarda, aletler veya implantlar uzun süre neme maruz kalır. Bu, çeşitli ortamlarda da olabilir. Özellikle insan dokusu, serum, kan veya iç organlarla temas eden malzemelerde bu durum daha da belirgindir. Bunlar çeşitli koşullara sahiptir. Örneğin asidik, alkali, tuzlu ve diğerleri. Midedeki asidik ortamdan kanın nötr ortamına kadar. PEEK'in daha da iyi yanı, kimyasallara ve çözücülere karşı direncini korumasıdır. Bunu yüksek sıcaklıklarda bile yapar. Bu, örneğin sıvıların ısıtma veya sürtünme nedeniyle ısındığı makinelerde harika bir özelliktir.
PEEK'in Enjeksiyon Kalıplama İşleminde Dikkate Alınması Gereken Bazı Faktörler
PEEK bazı üst düzey uygulamalar için harika olsa da, işlenmesi hiç de kolay değil. PEEK ile ilk kez çalışıyorsanız, aklınızda bulundurmanız gereken bazı özel hususlar var. Diğer plastiklerle enjeksiyon kalıplama konusunda zaten deneyimli olsanız bile, PEEK diğer plastiklerde bulunmayan bazı zorluklar sunar. Bunlar aşağıdaki gibidir.
Enjeksiyon Kalıplama Sıcaklığı
PEEK'in enjeksiyon kalıplamasında karşılaşılan ilk zorluk, yüksek erime noktasıdır. Bu, uygulamalarında harika olsa da, enjeksiyon kalıplamayı daha zor hale getirir. Yine de, enjeksiyon kalıplama, plastik üretmenin en uygun maliyetli yoludur. PEEK için bu durum daha da geçerlidir. PEEK ile çalışmak, makinenin sıcaklık aralığının en uç noktasında çalışması anlamına gelir. Bu nedenle, ekipman parçalarını ısı hasarından veya stresten korumak önemlidir. Bu, gerektiğinde yüksek kaliteli metaller ve yalıtım malzemeleri kullanmak anlamına gelir. PEEK, daha yaygın plastikler için kullanılan aynı tip enjeksiyon kalıplama makinelerinde kalıplanır. Ancak bunların PEEK'in özel gereksinimlerini karşılayacak şekilde iyi bir şekilde uyarlanması gerekir. Bu nedenle, herhangi bir eski makine işe yaramaz. Bir enjeksiyon kalıplama makinesinin işleme uygun olması için yaklaşık 400°C + 50°C'ye ulaşması gerekir. Ulaşmazsa, değişiklikler gereklidir. Yapılan değişiklikler, termokupl ısıtma kapasitesini artırmayı amaçlar. Isıtma bantları da seramik olanlarla değiştirilir. Isıyı muhafaza etmek ve daha yüksek sıcaklıklara daha hızlı ulaşmak için yalıtım örtüleri yardımcı olur. Bu, fıçının içini yalıtarak oluşan ısının içeride kalmasını ve sıcaklığın daha hızlı yükselmesini sağlar. Bu da enerji tüketimini ve dolayısıyla maliyeti düşürür.
Namlu boyunca sıcaklık dağılımı da çok önemlidir. Aynı şekilde, eriyik malzemenin yolluklardan geçerek kalıba girerkenki sıcaklığı da önemlidir. Namlu boyunca sıcaklık dağılımı besleme noktasından başlar. Köprü oluşumunu önlemek için besleme yeterince soğuk kalmalıdır. Bu, polimerin besleme bölgesinde erken erimesi sonucu oluşan akış kısıtlamasıdır. Eğer bu olursa, peletler ileriye doğru beslemek yerine besleme boğazında yapışacaktır.
Erime sıcaklığının, namlunun daha aşağı kısımlarında yaklaşık 170 ila 200°C civarında kalması gerekir. Kalıpta ise durum farklıdır. Soğuma burada gerçekleşir. Parçanın düzensiz bir şekilde soğumasını istemezsiniz. Bazı kısımlar hızlı, diğerleri daha yavaş soğur. Soğuma hızı kristalliği etkiler. Bu, aynı üründe amorf ve kristal bölgelerin karışımına neden olur. Bu genellikle üründe düzensiz renklenme olarak görülür. Aşağıdaki resim, bu tür bir renk bozulmasına örnek vermektedir.
Kapılar söz konusu olduğunda, daha büyük daha iyidir.
Erimiş malzeme, giriş noktalarından kalıba girer. Giriş noktası genellikle göz ardı edilir, ancak ürün oluşumunda önemli bir rol oynar. Giriş noktası, erimiş malzemenin kalıba akışını ve dolayısıyla soğutma düzenini belirler. Bu, özellikle yüksek büzülme özelliğine sahip PEEK gibi bir polimer için önemlidir. Daha büyük bir giriş noktası, belirli bir zamanda kalıba daha fazla erimiş malzemenin girmesine olanak tanır. Bu, daha düzgün bir sıcaklık düşüşüne yardımcı olur. Dolayısıyla daha düzgün büzülme, daha iyi parça oluşumuna yol açar. Birçok uygulamaya uygun olduğu söylense de, denizaltı giriş noktaları PEEK için çok iyi değildir. PEEK'in enjeksiyon kalıplaması için sekme, yelpaze veya kenar giriş noktaları daha iyi sonuç verir. Ancak giriş noktası özelliklerini etkileyen diğer faktörleri de göz önünde bulundurun. Örneğin, kalıp boşluklarının sayısı ve yolluk sistemlerinin türü.
Büzülme
Çoğu plastik soğutulduğunda bir miktar büzülür. Erimiş halden sert katı hale geçişteki bu hacim değişimi, kalıp tasarımında genellikle dikkate alınır. Büzülme, anizotropik olduğunda daha karmaşık hale gelir. Başka bir deyişle, malzeme farklı yönlerde farklı şekillerde büzülür. Soğutma sırasında, kalıbı basınç altında tutarak basınç uygulanır. Bu, düzgün yüzeyler ve geometri sağlar. Anizotropik büzülme için, büzülme yönünü dikkate alarak basınç uygulayın. Bu nedenle, PEEK için kalıp tasarlarken bu anizotropik büzülmeyi göz önünde bulundurun.
Makine İmalatının Malzemesi
Bu kadar yüksek sıcaklıkta çalışırken, eriyikle temas eden parçaların yüksek kaliteli olması gerekir. PEEK'in enjeksiyon kalıplamasında bakır veya alaşımlar kullanılmaz; ancak bunlar polietilen gibi daha düşük erime noktalı polimerlerin işlenmesinde işe yarayabilir. Yüksek sıcaklıklarda korozyona karşı hassastırlar. PEEK'in enjeksiyon kalıplamasında yüksek kaliteli paslanmaz çelik kullanılır. Bu, özellikle vida ve namlu için daha da önemlidir. Bunlar, makinenin diğer parçalarına göre sıcak eriyikle daha uzun süre temas halindedir. Pürüzsüz ve iyi cilalanmış yüzeylerin korunması da önemlidir. Bu, eriyiğin kolay akışını ve iyi bir akış düzenini sağlar. Yüksek erime noktasına sahip bu kadar sert bir polimer için viskozite daha düşük olma eğilimindedir. Bu, daha düşük viskozite elde etmek için daha az ısıya ihtiyaç duyan daha düşük erime noktalı bir polimerden farklıdır. Daha viskoz malzemede, pürüzsüz duvarlar akışa en az direnci gösterir.
Kurutma
PEEK, suya ve diğer çözücülere karşı çok iyi direnç gösterir. Ancak ortamdan gelen nem yüzeyine yerleşebilir. Depolama sırasında biriken nem, işleme esnasında gaz haline dönüşür. Bu kadar yüksek sıcaklıklarda eriyikte hava ceplerinin olması iyi bir fikir değildir. Tavsiye edilen yöntem, PEEK'i %0,02'nin altında bir nem içeriğine kadar kurutmaktır. Bu, yaklaşık 160°C sıcaklıkta, sirkülasyonlu bir fırında 2 ila 3 saat kurutularak gerçekleştirilir.
Kalıntılar ve Kirleticiler
Yüksek sıcaklıkta, PEEK olmayan malzemeler bozulur. Makine başka plastikleri de işliyorsa, bunlar o plastiklerin kalıntıları olabilir. Daha düşük erime noktasına sahip plastikler bozulur ve plastik üzerinde koyu lekeler oluşmasına neden olur. Bu, görünümü ve kaliteyi bozar ve parça reddine yol açabilir. Bunu önlemek için, PEEK ile işleme başlamadan önce ekipmanın her parçası temizlenmelidir. Bu, vidanın sökülmesini ve hem vidanın hem de namlunun temizlenmesini içerir. Bunlar en sıcak parçalardır ve daha fazla dikkat gerektirir. Meme, yolluklar ve kalıplar gibi diğer parçaların da temizlenmesi gerekir. Mümkünse, enjeksiyon makinesini yalnızca PEEK için ayırın. Geri dönüşümlü malzeme gibi diğer yardımcı işleme makineleri de dahil. Tüm hattı PEEK'e ayırmak, kontaminasyon olasılığını azaltır.
PEEK ile kalıplama
PEEK, çalışma sıcaklığında sert bir plastiktir. Üst kalıplama için en iyi seçeneklerden biridir. İyi bir alt tabaka malzemesi oluşturur. Daha sonra üzerine daha yumuşak veya daha düşük erime noktalı bir malzemenin kalıplanabileceği güçlü bir çekirdek oluşturur. Yüksek yumuşama sıcaklığı, üst kalıplama için daha geniş bir plastik seçeneği sunar. Erime noktası sıcaklığı seçeneklerinde daha geniş bir aralık olması, daha fazla malzemenin üst kalıplama için uygun olacağı anlamına gelir.
Enjeksiyon Kalıplama Yöntemiyle Üretilen Bazı PEEK Ürünleri
PEEK'in kullanım alanları tıptan havacılığa ve makine üretimine kadar uzanmaktadır. Aşağıda bazı kullanım alanları listelenmiştir. Bunların çoğu enjeksiyon kalıplama yöntemiyle üretilir (boru ve profiller çoğunlukla ekstrüzyon yöntemiyle üretilir).
- Ortopedik implantlar
- Diş İmplantları
- Cerrahi cihazlar
- Tıbbi cihazlar
- Kalça Protezi
- Omurga implantları
- Parmak eklemi protezi/onarımı
- Borular
- Elektrik yalıtımları
- Profiller
Çözüm
PEEK işlemesi geleneksel enjeksiyon kalıplama makinelerinde gerçekleşir. Ancak bu makinelerin PEEK'e uyarlanması için bazı değişiklikler yapılması gerekir. Başarılı bir işlem için bazı ek önlemler alınmalıdır. İyi sıcaklık kontrolü, geniş giriş noktaları ve temiz, kuru ham maddeler bunlardan bazı örneklerdir. İşleme gereksinimlerinin kullanılan PEEK kalitesine de bağlı olduğunu unutmayın.
Referans Bağlantıları
https://www.victrex.com/en/victrex-peek
https://www.plasticstoday.com/materials/new-peek-material-takes-performance-another-level
https://www.plasticstoday.com/medical/solvays-peek-polymer-gets-nod-spinal-implant-device