Свойства растяжения PEEK

Полиэфирэфиркетон (PEEK) — это один из самых прочных и надёжных высокопроизводительных термопластов, широко используемый в аэрокосмической, медицинской, автомобильной, полупроводниковой и энергетической промышленности. Предел прочности при растяжении является одним из ключевых механических параметров, который инженеры учитывают при выборе PEEK для нагруженных или высокотемпературных деталей.

Незаполненный PEEK обычно демонстрирует предел прочности при растяжении 90–105 МПа, в зависимости от марки и технологии обработки. Армированные версии — такие как 30% углеродного волокна (CF30) и 30% стекловолокна (GF30) — обладают совершенно другими характеристиками прочности. Понимание влияния температуры, химической среды и армирования на прочность при растяжении имеет решающее значение для разработки надёжных и стабильных компонентов.

Как температура влияет на предел прочности PEEK при растяжении

PEEK сохраняет высокие механические свойства при температурах, при которых многие инженерные пластики размягчаются или деградируют. Тем не менее, прочность при растяжении постепенно снижается по мере приближения к температуре стеклования (~143°C).

Основные температурные эффекты:

• Комнатная температура: максимальная прочность незаполненного PEEK.

• Диапазон 100–150°C: заметное снижение; армированные марки работают значительно лучше.

• Выше Tg: ускоренное снижение прочности.

• Вблизи температуры плавления (340°C): потеря способности выдерживать нагрузку.

Для длительной эксплуатации выше 120°C обычно используют армированные, особенно углеродные, марки.

Влияние факторов окружающей среды

1. Химическая среда

PEEK обладает высокой химической стойкостью к топливам, маслам, большинству кислот и растворителей. Но длительное воздействие сильных кислот, галогенов или окислителей при высоких температурах может снизить механические свойства.

2. Влага

PEEK почти не поглощает воду, поэтому влажность практически не влияет на его прочность. Даже при воздействии горячей воды или пара материал сохраняет значительную часть характеристик.

3. Радиация и стерилизация

Различные методы стерилизации (гамма, автоклав, EtO) могут постепенно менять прочностные характеристики. Армированные углеродным волокном марки более устойчивы к радиационным эффектам.

Сравнение PEEK CF30 и GF30: различия в прочности

Армирование волокнами существенно изменяет поведение PEEK при растяжении.

PEEK CF30 (30% углеродного волокна)

• Более высокая прочность (обычно выше 120 МПа).

• Значительно больший модуль упругости.

• Лучшая устойчивость при повышенных температурах.

• Меньшее удлинение, более выраженная анизотропия.

• Идеален для несущих и высокотемпературных деталей.

PEEK GF30 (30% стекловолокна)

• Прочность выше, чем у незаполненного PEEK, но ниже, чем у CF30.

• Повышенная жёсткость и стабильность размеров.

• Хорошее соотношение цена/качество.

• Более высокая плотность.

• Подходит для корпусов, изоляторов, кронштейнов.

Влияние обработки и микроструктуры

• Кристалличность: повышает модуль и термостойкость.

• Скорость охлаждения: медленное охлаждение улучшает стабильность.

• Отжиг: снимает напряжения и увеличивает кристалличность.

• Ориентация волокон: максимальная прочность вдоль направления волокон.

• Метод производства: литьё, экструзия и механическая обработка дают разные результаты.

Долговременное поведение: ползучесть и усталость

PEEK имеет отличную стойкость к ползучести, особенно армированные версии.

• Ползучесть ускоряется при повышенной температуре.

• CF30 значительно снижает ползучесть.

• Хорошие показатели усталостной выносливости.

Заключение

PEEK — это материал с выдающейся прочностью при растяжении. Его поведение зависит от температуры, среды и армирования. Углеродное волокно (CF30) обеспечивает максимальную жёсткость и прочность, тогда как стекловолокно (GF30) — отличный баланс прочности и стоимости. Правильный выбор марки и оптимальная технология обработки обеспечивают стабильность и долговечность деталей.