PEEK vs. Ultem (PEI): proprietà, lavorabilità e quando utilizzarli ciascuno

PEEK vs. Ultem (PEI): dati tecnici per una selezione più intelligente dei materiali

La scelta tra PEEK e Ultem (PEI) presenta forse il dilemma più comune nella selezione dei materiali termoplastici affrontato dagli ingegneri termoplastici ad alte prestazioni Entrambe le materie plastiche gestiscono l'alta temperatura, resistono a prodotti chimici aggressivi e portano molteplici approvazioni del settore tra cui hardware aerospaziale e medico Ma i confronti di Ultem rispetto a PEEK rivelano forti contrasti nella struttura molecolare, nel soffitto termico, nelle proprietà elettriche e nei costi Mentre Ultem e PEEK offrono entrambi proprietà superbe a temperatura elevata, le differenze di resistenza, rigidità, limiti chimici, caratteristiche elettriche e lavorabilità spesso favoriscono un polimero o l'altro in una determinata applicazione Questa guida decisionale spiega ogni uno su ciascuna dimensione della proprietà con statistiche effettive, parametri di lavorazione in officina e un albero decisionale che corrisponde alle condizioni operative con il termoplastico corretto Se lo sfondo su Lavorazione CNC PEEK la capacità è ciò che richiedi, quella pagina copre le opzioni di grado PEEK, le tolleranze e i tempi di consegna.

Struttura molecolare semi-cristallina vs. polimero amorfo

La differenza fondamentale tra PEEK e Ultem inizia a livello molecolare Come polimero semicristallino all'interno della famiglia dei poliarileterchetoni (PAEK), il PEEK contiene tipicamente circa 35% componenti cristallini quando estruso e servito correttamente Quelle zone cristalline incontaminate conferiscono al PEEK prestazioni di carico eccezionali stabilità dimensionale nella faccia a temperature elevate La famiglia delle polieterimmidi (PEI) ha prodotto Ultem (un termoplastico amorfo) con un grado di ordine minore nelle catene polimeriche La mancanza di domini cristallini adeguati rende Ultem trasparente nella tonalità (ambra gialla) ma più incline a morbidezza ampia e brusca alla sua temperatura di transizione.

Il PEEK è uguale all'Ultem?

No. Entrambi appartengono a famiglie polimeriche diverse Il PEEK (polietere etere chetone) è un termoplastico semicristallino sviluppato da Victrex nei primi anni '80 Ultem (polieterimide è un amorfo sviluppato da General Electric (Polietere etere chetone) ora prodotto da SABIC. Possono tollerare temperature di esercizio simili ed entrambi sono approvati aerospaziali, ma le loro strutture molecolari, i comportamenti di lavorazione e i profili delle proprietà sono agli antipodi I dati concreti sulla selezione del polimero corretto per le vostre condizioni operative riconoscendo la struttura, non cercando di scambiare queste diverse plastiche, definiscono la vera scelta.

Prestazioni termiche e limiti operativi e deflessione termica

Gli ingegneri in genere si concentrano sulle prestazioni di temperatura di Ultem vs. PEEK nell'avviare un processo di selezione Il polimero semicristallino sostiene carichi continui a 260 Celsius (500 Fahrenheit) e Ultem arriva solo a 170 Celsius (338 Fahrenheit) L'intervallo della differenza di temperatura disponibile aumenta una volta che il carico è solo per poche ore, PEEK resiste a brevi escursioni a 300 Celsius (572 Fahrenheit) dove il tetto effettivo a breve termine di Ultem è di 220 Celsius (428 Fahrenheit).

Immaginate una staffa per gondola di un motore aerospaziale posizionata in un flusso d'aria secco di 230 C. Ultem è una scelta chiaramente inaccettabile: non solo la temperatura supera la temperatura massima consentita di servizio continuo, ma supera anche la temperatura di transizione vetrosa Il polietere etere chetone gestisce questa condizione comodamente entro i limiti di progettazione, motivo per cui è dominante nell'hardware aerospaziale sollecitato termicamente. Per applicazioni con scambiatori di calore di almeno 170°C o meno, Ultem offre stabilità termica a meno della metà del costo.

Resistenza meccanica, usura e resistenza alla fatica

Entrambe queste plastiche ingegneristiche performanti richiedono profili di servizio diversi Il PEEK fornisce la maggiore resistenza alla trazione, un modulo di flessione più elevato e prestazioni di usura e fatica significativamente migliori per percorsi di carico che subiscono un carico ciclico Sulla rottura per allungamento, Ultem supera il PEEK e offre una risposta dimensionale estremamente prevedibile (una caratteristica elevata) che rende preferibile l'uso statico della resina nelle parti strutturali con tolleranze strette.

Quali sono gli svantaggi del PEEK?

Pesare i vantaggi relativi di prestazione di PEEK contro i costi e le comodità di elaborazione che richiede I prezzi dei materiali sono circa $500-$1,00/kg secondo grado 0 alto 2-5 volte come Ultem per le forme di stock PEEK richiede utensili diamantati o carburo, liquido refrigerante ad alta pressione di inondazione, e una fase di ricottura post-lavorazione per normalizzare lo stress residuo La sua stabilità UV compromessa può essere sanata con stabilizzanti aggiunti alla ricetta di compounding, ma non senza un colpo al prezzo della resina Infine, la resistenza dielettrica inferiore (480 V/mil contro 830 V/mil) lo rende inadatto per scopi di isolamento elettrico ad alta tensione.

I packer downhole di petrolio e gas che operano in gas acido, HS e altri ambienti difficili hanno in genere una tripletta impegnativa di pressione ciclica, temperatura di servizio elevata a lungo termine e gas acidi o altri gas corrosivi Un ingegnere spinto a scegliere tra PEEK e Ultem in un gruppo sede della valvola per questo ambiente considera la resistenza alla corrosione del gas acido e il numero di cicli di pressione previsti entro la durata di servizio del prodotto Le guarnizioni Ulltem mostreranno crepe da stress entro un breve lasso di tempo di 3-6 mesi, mentre spesso ci si può aspettare che PEEK sopravviva intatta alla piena vita del campo La sua natura semicristallina blocca i progressi molecolari ogni mezzo senza età che determinano l'invecchiamento incontrollato dei polimeri amorfi in questi ambienti.

Resistenza chimica e stabilità ambientale

Rispetto l'uno all'altro, PEEK e Ultem sono altamente resistenti a un'ampia fascia di comuni prodotti chimici industriali, attraverso il suo profilo di resistenza chimica, PEEK è impermeabile alla maggior parte degli idrocarburi, solventi alifatici e aromatici, acidi forti, basi, gas idrocarburici e vapore Il polimero amorfo di conseguenza ha una comprovata resistenza ai carburanti per autoveicoli, idrocarburi alifatici e acidi diluiti Tuttavia, chetoni e idrocarburi clorurati sono fattori scatenanti dello stress ambientale che possono sciogliere completamente la resina.

La sterilizzazione a vapore a 134C non pone alcun problema per il PEEK, quindi la strumentazione medica riutilizzabile può essere sottoposta a sterilizzazione ripetuta del ciclo in autoclave. Questo materiale termoplastico viene utilizzato anche nella strumentazione a banco umido a semiconduttore e negli strumenti offshore a valle dell'olio dove le sostanze chimiche sono molto più dure del vapore puro. La resina PEI è ugualmente in grado di sopravvivere alla sterilizzazione mediante calore ed entrambe le resine si sono dimostrate durevoli contro il vapore a temperature operative.

Proprietà elettriche e dielettriche

Sulle proprietà di isolamento elettrico, Ultem supera nettamente PEEK. Le prove di stress termico di pannelli spessi 1/8 "(ASTM D149 ASTM D149) hanno mostrato una rigidità dielettrica di 830 V/mil per Ultem, il valore più alto tra tutti i materiali termoplastici di ingegneria. I 480 V/mil del PEEK rimangono funzionalmente eccellenti per un polimero semicristallino, ma le applicazioni di ingegneria elettrica ad alta tensione richiedono Ultem quando la durata del componente è più critica.

Nelle prese di prova elettroniche per semiconduttori, nei componenti isolanti ad alta tensione o in altri componenti elettrici in cui la resistenza alle alte temperature non è la loro caratteristica più critica: Ultem batte di gran lunga il PEEK grazie alle proprietà dielettriche di gran lunga superiori Per applicazioni ad alto stress che operano sopra i 170C simili ai componenti dell'ambiente motore utilizzati nei sistemi di propulsione ibridi per autoveicoli o aerei, dove dielettrici elevati potrebbero non essere così rilevanti come una buona stabilità meccanica alle temperature di esercizio, il PEEK è spesso la scelta di riferimento Entrambi questi polimeri trovano applicazione di successo nell'industria dei semiconduttori in componenti di stampa 3D ad alte prestazioni.

Lavorazione CNC, tolleranze e costi

Sebbene entrambe le apparecchiature PEEK e Ultem siano ben presenti in officina, non presentano le stesse sfide tecniche. Quella struttura amorfa si traduce in una formazione di trucioli più coerente, una ridotta usura degli utensili e tempi di ciclo più brevi. La natura cristallina delle trappole PEEK riscalda nella posizione di taglio, un fenomeno identificato da Andrew Gerr Macchinista Pratico fama nel forum come il principale contributore a difetti di produzione come trucioli gommosi, scarsa finitura superficiale e imprecisione dimensionale.

Quante volte più costoso è PEEK di Ultem?

Costo della resina grezza per la lavorazione a 2-5 volte (il confronto Ultem-PEEK dipende dagli esatti gradi di resina utilizzati). (Le aste vergini non riempite di PEEK vanno da 14T500 TPkg 1000/, mentre le aste Ultem 1000 sono in 1TP 4T 100 100 kg Gamma) Il costo finale della lavorazione tende ad essere molto più vicino quando vengono lavorate ripetutamente le geometrie (poiché il fattore dominante nel costo di lavorazione è il tempo piuttosto che la materia prima) poiché un processo di lavorazione di tre ore che produce un componente a 5 assi ad alte prestazioni maturerà la stessa commissione di lavorazione indipendentemente dal fatto che venga utilizzato PEEK o Ultem. Le parti tipiche di PEEK sono circa 1,5-2,5× il costo degli equivalenti Ultem per questi componenti una volta lavorati, sono inclusi i costi di ricottura, finitura e ispezione.

Non importa quale polimero si macchina, la vostra porzione locale del mondo CNC in plastica tenderà ad affrontare il lavoro in modo familiare: prendere la stessa quantità di volume da ciascun lato del pezzo da lavorare Ad esempio, se è necessario tagliare 0,25 mm dal viso, macchina 0,125 mm da ciascun lato del blocco Questo allevia il materiale dalle sollecitazioni interne in modo equo e aiuta a prevenire le tendenze di deformazione associate ai passaggi grezzi su un solo lato In condizioni normali per PEEK, mantenere un numero di giri del mandrino moderato con velocità di alimentazione elevate Altri tendono a correre troppo velocemente a causa della sua re“ plastica e a guidare calore eccessivo, creando trucioli gommosi con finitura superficiale pessima.

Quale dovresti scegliere? (The 200 °C Rule)

L'esperienza dimostra che dopo aver considerato 7 proprietà fisiche e meccaniche, il set point in cui può essere presa la decisione di utilizzare uno di questi polimeri o l'altro è solitamente una questione di un'unica specifica: temperatura operativa continua Se una parte funzionerà continuamente al di sopra di 200C, il PEEK può essere l'unico materiale fattibile dei due polimeri Al di sotto di 200C, Ultem fornisce circa 80% delle proprietà meccaniche del PEEK a circa 33% del costo del materiale 100% dell'epoca Questo è un argomento economico convincente in una serie di aree impegnative: strutture secondarie aerospaziali, sensori automobilistici, accessori per utensili a semiconduttore I perfezionamenti del processo di selezione Ultem vs PEEK in genere iniziano con gli ingegneri che chiedono se le temperature operative continue potrebbero essere impostate più basse prima che vengano introdotti i toolkit un po ' più ricchi dei processi PEEK.

“Il polimero più costoso è quello che non è presente in servizio Noi sostenitori per i polimeri ad alte prestazioni bisogno di raccogliere e comprendere attentamente le resistenze termiche e chimiche richieste dalle condizioni di servizio previste, quindi definire il materiale a minor costo che può essere soddisfare tutti questi con margine Per la maggior parte delle applicazioni fino a 170C e la mancanza di solventi aggressivi, Ultem sarà adeguato e quindi si adatta meglio al budget.”

– Team di ingegneria dei polimeri di precisione, basato su 17 anni

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