Введение

Полиэфирэфиркетон (PEEK) — бесцветный органический термопластичный полимер семейства полиарилэфиркетонов (PAEK), применяемый в инженерных областях. Он был изобретен в ноябре 1978 года и поступил в продажу в начале 1980-х годов подразделением компании Imperial Chemical Industries (ICI), впоследствии ставшей Victrex PLC.

Синтез

Полимеры PEEK получают посредством ступенчатой полимеризации, включающей диалкилирование солей бисфенолятов. Типичным примером является реакция 4,4'-дифторбензофенона с динатриевой солью гидрохинона, которая образуется непосредственно в реакционной смеси в результате депротонирования карбонатом натрия. Реакция проводится при температуре около 300 °C в полярных апротонных растворителях, таких как дифенилсульфон.

Свойства

PEEK – это полукристаллический термопласт с превосходными механическими и химическими свойствами, сохраняющимися при высоких температурах. Условия переработки, используемые для формования ПЭЭК, могут влиять на степень кристалличности и, следовательно, на механические характеристики. Модуль Юнга составляет 3,6 ГПа, а предел прочности при растяжении – от 90 до 100 МПа. Температура стеклования ПЭЭК составляет около 143 °C (289 °F), а температура плавления – около 343 °C (662 °F). У некоторых марок рабочая температура может достигать 250 °C (482 °F). Теплопроводность почти линейно возрастает с температурой в диапазоне от комнатной до температуры солидус. Материал обладает высокой устойчивостью к термической деградации, а также к воздействию органических и водных сред. Он подвержен воздействию галогенов, сильных кислот Брёнстеда и Льюиса, а также некоторых галогенированных соединений и алифатических углеводородов при высоких температурах. ПЭЭК растворим в концентрированной серной кислоте при комнатной температуре, однако процесс растворения может быть очень длительным, если полимер не имеет формы с большим отношением площади поверхности к объему, например, тонкого порошка или пленки. Он обладает высокой устойчивостью к биодеградации.

Приложения

ПЭК используется для изготовления деталей для ответственных применений, включая подшипники, детали поршней, насосы, колонки для высокоэффективной жидкостной хроматографии, пластинчатые клапаны компрессоров и изоляцию электрических кабелей. Это один из немногих пластиков, совместимых с условиями сверхвысокого вакуума, что делает его пригодным для аэрокосмической, автомобильной и химической промышленности. ПЭК применяется в медицинских имплантатах, например, для создания частичной замены черепа в нейрохирургических операциях. ПЭК используется в устройствах для спинального сращения и в качестве армирующих стержней. Он рентгенопрозрачен, но гидрофобен, что препятствует его полному срастанию с костной тканью. Уплотнения и коллекторы из ПЭК широко используются в системах с жидкостями. ПЭК также демонстрирует хорошие характеристики при высоких температурах (до 260 °C / 500 °F). Благодаря этому и его низкой теплопроводности, он также применяется в технологии печати методом послойного наплавления (FFF) для термической изоляции горячей и холодной частей принтера.

Варианты обработки

ПЭЭК плавится при относительно высокой температуре (343 °C / 649,4 °F) по сравнению с большинством других термопластов. В диапазоне температуры плавления его можно обрабатывать методами литья под давлением или экструзии. Технически возможно перерабатывать гранулированный ПЭЭК в нить и осуществлять 3D-печать деталей из этой нити с использованием технологии моделирования методом наплавления (FDM) или изготовления нитью (FFF). Филаменты из ПЭЭК успешно применяются для производства медицинских изделий до класса IIa. С помощью этой новой нити можно использовать метод FFF для различных медицинских применений, например, для изготовления зубных протезов. В твердом состоянии ПЭЭК легко поддается механической обработке, например, на станках с ЧПУ, и широко используется для производства высококачественных пластиковых деталей, обладающих термостойкостью, а также электрической и теплоизоляцией. Модифицированные сорта ПЭЭК также могут быть обработаны на станках с ЧПУ, но необходимо проявлять особую осторожность при управлении напряжениями в материале. ПЭЭК – высокоэффективный полимер, однако его высокая стоимость, обусловленная сложным производственным процессом, ограничивает его применение наиболее требовательными задачами.

ПЭЭК с формовой памятью в биомеханических приложениях

PEEK традиционно не является полимером с памятью формы; однако недавние достижения в области обработки позволили добиться эффекта памяти формы в PEEK при механической активации. Эта технология нашла применение в ортопедической хирургии.