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素材を知る:ポリエーテルエーテルケトン (PEEK)

PEEK は、1978 年 (製造基準では比較的最近) に、ケーブル絶縁用の高温耐性材料として最初に考案されました。過去 50 年以上にわたり、PEEK は高性能用途で最も広く使用されている材料の 1 つに発展しました。

実際、PEEK は、大規模生産用に最も一般的に製造されているポリアリールエーテルケトン (または PAEK) の 1 つです。この汎用性と適応性に優れた素材を最大限に活用するには、エンジニアと製品チームは PEEK の特性、特性、および制限についてよく理解する必要があります。

PEEK とは?

PEEK は、ポリマー鎖が各重合ステップで 2 倍になる、段階成長重合によって作成されたポリマーです。この材料は、耐熱性、耐摩耗性、耐疲労性に加えて、驚異的な電気抵抗を誇っています。 PEEK は耐クリープ性も備えており、過酷な環境や高温下、機械的ストレス下に置かれた場合でも形状を保持します。 PEEK は頑丈であるだけでなく、軽量で製造も容易です。

PEEKは物理的に軽く、腐食性物質に対する耐性が高いため、さまざまな製造方法に適しています。 PEEK は、射出成形または付加製造を使用して加工できます。その高い融点により、より速い供給と速度が可能になります。 PEEK は、CNC 加工によっても製造できます。製造方法全体で、PEEK はコンポーネント間の再現性と精度を提供し、公差の厳しい部品を製造できます。

充填剤を含まない純粋な PEEK は、それ自体で非常に耐久性がありますが、PEEK はしばしば炭素繊維またはガラス繊維で強化され、もろくなりにくくなっています。ガラス充填 PEEK は、非充填 PEEK よりも剛性が高く、蒸気、化学物質、および高温に対する反応不良を回避するために、石油およびガス産業でよく使用されます。

ガラス充填 PEEK の欠点の 1 つは、嵌合部品が摩耗する傾向があることです。カーボン充填 PEEK は圧縮強度が向上しているため、膨張率が大幅に低下し、耐摩耗性と耐荷重性が向上します。カーボン充填 PEEK は熱伝導率も高く、部品の寿命と性能が向上します。

PEEK の特性と機械的仕様

PEEK は高耐熱プラスチックとして開発されたもので、非常に高い温度でしか溶けません。また、PEEK は、火にさらされたときに煙や有毒ガスの放出が非常に少ないため、炎や極端な熱の近くでの危険性が軽減されます。これにより、PEEK は、射出成形などの加熱と溶融を必要とする製造方法に最適です。

純粋な未充填 PEEK のその他の機械的仕様には、次のものがあります。

PEEK は耐薬品性と耐摩耗性にも優れており、熱水や蒸気に連続的にさらされても形状を維持できます。 PEEK は生分解耐性もあり、厳しい環境や温度などの極端な自然条件に耐えることができます。

PEEK を使用した製造に関する主な考慮事項

PEEK は非常に適応性の高い材料ですが、最良の結果を得るために留意すべきエンジニアリング上の考慮事項がいくつかあります。たとえば、PEEK は非常に耐熱性がありますが、熱を十分に放散せず、破損や変形を防ぐために機械加工中に冷却する必要があります。これは、標準的な液体冷却剤を使用することで実現できますが、そうすると生体適合性に影響を与える可能性があります。 PEEK 製品が直接人に接触する必要がある場合、PEEK を冷却するための代替手段として加圧空気が適しています。

PEEK を使用する場合は、160°C ~ 190°C (320°F ~ 374°F) の金型温度が推奨されます。これにより、反りが最小限に抑えられ、最適な結晶化が得られます。積層造形に PEEK を利用する場合、印刷ノズルの温度は 120°C (248°F) の加熱ベッドで 360°C から 400°C (680°F から 752°F) にする必要があります。

その他の考慮事項は次のとおりです。

人気の PEEK アプリケーション

PEEK コンポーネントを利用する 3 つの主要な業界があります。産業部門、ヘルスケア部門、および食品および飲料業界です。

産業用途

工業用グレードの PEEK は本質的に純粋で、高い機械的および化学的安定性をサポートします。これにより、化学およびエネルギー用途のほか、自動車、航空宇宙、および電子産業のコンポーネントの汚染が最小限に抑えられ、安全への取り組みが最大化されます。 PEEK は、産業用ホイールやポンプに関しては、ステンレス鋼などの金属よりも優れた性能を発揮します。

医療用途

PEEK は、整形外科用デバイスや脊椎固定デバイスなどのヘルスケア業界向けのコンポーネントを作成できます。 PEEK は、生体適合性のある方法で製造された場合、歯科インプラント、ヒーリング キャップなどにも使用できます。

食品および飲料用途

PEEK は最近、適切に準備された場合の安全な人間との接触について、米国食品医薬品局 (FDA) によって承認されました。現在、PEEK は、調理器具、飲料ディスペンサーとノズル、および処理アプリケーションなどのコンポーネントで使用するために、食品および飲料業界に進出しています。

PEEK を選ぶ理由

PEEK は腐食性ガスを発生させずに溶融加工できるため、射出成形や積層造形での使用が非常に安全で効果的です。また、PEEK は融点が高いため、CNC 加工の可能性が広がります。動きの速い工具は、溶けることなく PEEK を切断できるからです。

これらの方法のいずれかを使用して PEEK を製造すると、良好な機械的性能と部品間の一貫性が得られます。 PEEK は積層造形で複雑な設計と形状をサポートすることもできます。実際、PEEK は主要な材料の競合相手であるポリエーテルスルホン (PES) よりもはるかに高い引張強度と引張弾性率を提供します。

PEEK は PES やポリフェニレン サルファイド (PPS) よりも耐熱性が高く、別の材料製品チームはしばしば PEEK に交換します。 PES は 220ºC まで使用でき、PPS は 250ºC までの連続使用に耐えることができますが、PEEK はこれらの温度で溶け始めることさえありません。 PEEK は PPS と同様の耐水性と耐薬品性を提供すると同時に、温度制御が向上しているため、高熱アプリケーション全体で総合的に優れた性能を発揮します。

PEEK を始める

PEEK は、信じられないほどの耐熱性、電気抵抗、および耐食性を提供する比較的新しいポリマーです。耐久性に加えて、PEEK は軽量で非常に加工しやすく、公差が厳しい場合でも正確で一貫した生産を可能にします。製品チームは、PEEK が特定の部品に適した材料であるかどうかを判断するために独自の調査を行う必要がありますが、信頼できるメーカーの助けを借りれば、これらの決定をはるかに簡単に行うことができます。

Fast Radius では、製造目標の達成を支援することに専念しています。当社の専門の製造チームは、幅広い種類の材料と製造方法の経験を持っています。 PEEK が今後のプロジェクトに適した材料であると思われる場合は、材料の選択から発売までの製造プロセス全体をご案内します。今すぐお問い合わせください。

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