ポリエーテルエーテルケトン (PEEK) は、優れた機械的特性、耐薬品性、および過酷な条件に耐える能力で知られる高性能熱可塑性プラスチックです。航空宇宙、自動車、医療、電子機器などの業界の厳しい用途で広く使用されています。PEEK は耐久性と強度に優れているため、精度と信頼性が求められるコンポーネントに最適な素材です。
射出成形 PEEK 部品を製造する最も効果的な製造方法の 1 つです。このプロセスでは、PEEK 粒子を溶かして金型に注入し、厳しい公差で複雑な形状を作成します。この記事では、PEEK プラスチック射出成形の重要な側面、その利点、課題、用途について説明します。
PEEK素材について
PEEK は、高い融点 (343°C)、優れた寸法安定性、および強い化学薬品や -196°C ～ 260°C の温度に対する耐性を特徴とする半結晶性熱可塑性プラスチックです。エーテル基とケトン基が交互に並んだ分子構造が、その優れた特性の理由です。1970 年代に Victrex plc によって導入されて以来、PEEK は製造プロセスで大幅な改善が行われ、要求の厳しい用途にとってますます魅力的な材料となっています。
PEEK材料特性の比較
PEEK (ポリエーテルエーテルケトン) にはさまざまなグレードがあり、それぞれ異なる機械的、物理的、加工特性を備えています。
| プロパティ | PEEK 450G 未充填 | PEEK 90GL30 GF 30% | PEEK 450CA30 CF 30% | PEEK 150G903 ブラック |
|---|---|---|---|---|
| 密度（g /cm³） | 1.30 | 1.52 | 1.40 | 1.30 |
| 収縮率（％） | 1.0〜1.3 | 0.3〜0.9 | 0.1〜0.5 | 1.0〜1.3 |
| ショア硬度 (D) | 84.5 | 87 | 87.5 | 84.5 |
| 引張強さ（MPa） | 98 @ 利回り | 195 @ 休憩 | 265 @ 休憩 | 105 @ 利回り |
| 伸び（％） | 45 | 2.4 | 1.7 | 20 |
| 曲げ弾性率（GPa） | 3.8 | 11.5 | 24 | 3.9 |
| 曲げ強度（MPa） | 165 | 290 | 380 | 175 |
| 乾燥温度（℃） | 150 | 150 | 150 | 150 |
| 乾燥時間（時間） | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 融点（℃） | 343 | 343 | 343 | 343 |
| 金型温度（℃） | 170〜200 | 170〜200 | 180〜210 | 160〜200 |
重要な所見
- 未充足グレードと充足グレード: PEEK 450G 未充填および PEEK 150G903 ブラック: 伸び率が高く (弾性が高い) なりますが、引張強度と曲げ強度は低くなります。PEEK 90GL30 GF 30% および PEEK 450CA30 CF 30%: 引張強度と曲げ弾性率は高くなりますが、弾性は低下します。
- 強度と弾力性: 充填グレードは強度は高くなりますが、柔軟性は大幅に低下します。これは、剛性または柔軟性のいずれかを必要とする用途にとって重要です。
- 収縮率: ガラス繊維と炭素繊維は収縮を抑え、精密な用途においてより厳しい許容誤差を実現します。
- 着色PEEK（PEEK 150G903 ブラック）: PEEK 450Gよりわずかに高い引張強度。UVカットや色識別に使用されます。
PEEK射出成形プロセス
PEEK プラスチック射出成形では、溶融した PEEK 材料を精密に設計された金型に押し込み、冷却して目的の形状に固化させます。このプロセスは高度に自動化され、効率的であるため、複雑な部品を高い一貫性と精度で大量生産できます。
ステップ1. 材料の準備
最初のステップでは、通常は顆粒の形で PEEK 材料を準備します。これらの顆粒は射出成形機のホッパーに供給され、重力によって加熱されたバレルに送り込まれます。
ステップ2. 溶解と注入
加熱されたバレル内で、PEEK 顆粒は回転するスクリューまたはプランジャーによって加熱され、溶融されます。スクリューが前進すると、溶融した PEEK がノズルから押し出され、高圧で金型キャビティに注入されます。
ステップ3. 冷却と固化
金型は冷たいままなので、キャビティに充填するとすぐに PEEK プラスチックが固まります。部品の形状と寸法安定性を保つためには、冷却プロセスが重要です。
ステップ4. 排出と後処理
PEEK 部品が完全に冷却され固まったら、金型を開いて部品を取り出します。要件に応じて、部品の外観と機能性を向上させるために、トリミング、研磨、表面処理などの後処理工程をさらに行う場合があります。
ステップ5. 再現性
このプロセスは繰り返し性が高く、同一部品を大量に生産できます。金型と射出成形機は、各サイクルで一貫した品質と精度を確保するように設計されています。
PEEK射出成形のメリット
PEEK (ポリエーテルエーテルケトン) プラスチック射出成形は、特に厳しい環境で高い性能が求められる用途において、幅広い利点を提供します。以下は、射出成形で PEEK を使用する主な利点です。
高温耐性
PEEK は、劣化することなく最大 260°C (500°F) の連続動作温度に耐えることができるため、高熱アプリケーションに最適です。これにより、PEEK 成形部品は、極端な温度にさらされることがよくある航空宇宙、自動車、石油・ガスなどの業界で確実に機能します。
耐薬品性
PEEK は、さまざまな酸、塩基、有機溶剤、油に対して優れた耐薬品性を備えています。そのため、化学処理装置、ポンプ、バルブなど、部品が腐食性化学物質にさらされる環境に適しています。
耐摩耗性と耐摩擦性
PEEK は摩擦が少なく、耐摩耗性に優れているため、ベアリング、ブッシング、ギアなど、長期間にわたってスムーズな動作が求められる部品によく使用されます。この素材は摩擦係数が低いため、潤滑の必要性が減り、部品の寿命が長くなり、メンテナンス コストが削減されます。
生体適合性
PEEK は生体適合性があり、FDA の承認も受けているため、医療用インプラントや医療機器によく使用されています。オートクレーブ、ガンマ線照射などの方法で滅菌できるため、医療環境における安全性と耐久性が確保されています。さらに、PEEK は放射線透過性があるため、X 線や MRI などの画像技術を妨げません。
低吸湿性
PEEK は、高湿度環境でも吸湿性が非常に低くなっています。この特性により、寸法安定性が維持され、機械的特性の低下が防止されます。これは、厳しい公差を維持する必要がある精密部品にとって不可欠です。
金属に代わる軽量素材
PEEK の強度対重量比は、多くの用途で金属の代替となり、耐久性を犠牲にすることなく軽量なソリューションを提供できます。これにより製品の軽量化が可能になり、特に航空宇宙や自動車などの業界では、軽量化によって燃料効率と性能を向上させることができるため、有益です。
PEEKプラスチック射出成形の用途
PEEK 射出成形は、さまざまな業界でさまざまな高性能部品の製造に使用されています。
- 航空宇宙用コネクタ
- ベアリング
- ブッシング
- ギア
- シール
- 医療用インプラント
- 手術器具
- 電気コネクタ
- ガイシ
- ポンプ部品
- 真空管
- 自動車トランスミッション部品
- 燃料システムコンポーネント
- 半導体部品
- 石油・ガス探査機器
PEEKプラスチック射出成形の設計ガイドライン
PEEKプラスチックを採用する部品設計者 射出成形設計ガイドライン 製造性の向上、コストの削減、欠陥の最小化が可能になります。主な考慮事項は次のとおりです。
- 壁の厚さ: 推奨される壁の厚さは 1.0 ～ 3 mm です。均一な厚さが理想的ですが、異なる厚さが徐々に変化しても問題ありません。
- 半径: 鋭いエッジや角を避けてください。壁の厚さの 25% 以上の半径にすると、応力の集中を防ぐのに役立ちます。
- ドラフト角度: 部品の取り出しを容易にするために、0.5° ～ 2° のドラフト角度を適用します。テクスチャのある部品にはより大きなドラフトが必要であり、滑らかな部品にはより小さなドラフトが必要です。
- ゲートの位置: ゲートを適切に配置すると、材料の流れが均一になり、部品にかかるストレスが軽減されます。
- 部品公差: PEEK の許容誤差は 0.05% と非常に狭くなります。充填剤なしの PEEK は 1 ～ 1.8% 収縮しますが、充填剤入りの PEEK は最大 0.9% 収縮します。
- 冷却時間反りを防ぎ、寸法安定性を確保するには、十分な冷却時間が重要です。
PEEK 射出成形にはどれくらいの費用がかかりますか?
PEEK 射出成形のコストは、材料のグレード、ツール、生産量などの要因によって異なります。材料コストは 60 kg あたり 120 ～ 5,000 ドルです。ツールのコストは 100,000 ～ 20 ドルです。部品あたりのコストは通常、少量生産の場合は 100 ～ 5 ドル、大量生産の場合は 30 ～ XNUMX ドルです。
BOYIによるPEEKプラスチック射出成形
BOYI は高性能 PEEK プラスチック射出成形を専門とし、要求の厳しい用途に精度と信頼性を提供します。当社の高度な機械と専門家チームは、すべての部品が厳しい許容誤差と複雑な設計に適合することを保証します。
当社のラピッドプロトタイピングサービスは、プロトタイプや生産工程のターンアラウンドタイムを短縮します。当社は厳格なテストと品質チェックで品質を最優先し、すべての部品が確実に機能し、最高水準を満たしていることを保証します。当社の知識豊富なアプリケーションエンジニアにご連絡ください。 [メール保護]
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質疑応答
PTFE と比較すると、PEEK は機械的強度と熱安定性に優れています。PPS と比較すると、PEEK は耐薬品性に優れ、高温にも耐えられるため、過酷な環境に適しています。
バレル温度は通常 350°C ～ 400°C (662°F ～ 752°F) の範囲で、金型温度は通常 200°C ～ 250°C (392°F ～ 482°F) に設定されます。
PEEK ペレットは、欠陥の原因となる水分を除去するために、加工前に完全に乾燥させる必要があります。乾燥には通常、ペレットを約 150°C (302°F) で数時間加熱します。
PEEK に必要な高温処理に耐えるために、高温鋼の金型または特殊コーティングされた金型が使用されます。金型は正確な温度制御を維持できる必要があります。
はい、PEEK は試作に使用できますが、コストが高いため、最終用途で高性能特性が求められる場合にのみ試作に使用されます。予備テストでは、コストを削減するために他の材料が使用される場合があります。
この記事は、BOYI チームのエンジニアによって執筆されました。Fuquan Chen は、ラピッドプロトタイピング、金型製造、プラスチック射出成形の分野で 20 年の経験を持つプロのエンジニア兼技術専門家です。
