PEEK-filament voor de best mogelijke eigenschappen

19. september 2024

PEEK, oftewel polyetheretherketon, is een semi-kristallijne thermoplast en vormt de absolute top van de hoogwaardige kunststofpiramide. PEEK werd in 1979 op de markt geïntroduceerd door Imperial Chemical Industries, dat in 2007 werd opgeheven, en werd aanvankelijk voornamelijk verwerkt via het spuitgietproces.

Het gebruik van deze hoogwaardige kunststof ging lange tijd gepaard met grote problemen bij de additieve productie. Omdat PEEK een zeer hoge temperatuurbestendigheid heeft, zijn extrudertemperaturen van meer dan 350 °C vereist om überhaupt een PEEK-filament te kunnen verwerken. Tegelijkertijd moet de temperatuur van de bouwplaat boven de 230 °C liggen om componenten zonder vervorming te verkrijgen.

Deze hogere temperaturen alleen zijn echter niet voldoende: temperatuurschommelingen moeten gedurende het hele drukproces worden vermeden. Er is daarom een printer nodig die niet alleen zeer hoge temperaturen kan bereiken, maar deze ook op een constant niveau kan houden.

Zelfs vandaag de dag zijn filament 3D-printers met deze eigenschappen net zo zeldzaam als witte raven. Met de ARGO-serie van de Italiaanse fabrikant Roboze hebben we echter een van deze witte raven in ons serviceportfolio en kunnen daarom uit de eerste hand rapporteren over de vele voordelen die 3D-geprinte componenten van PEEK bieden.

In deze blogpost karakteriseer ik de eigenschappen waaruit PEEK-componenten bestaan en benoem ik de ideale toepassingsgebieden die uit deze eigenschappen voortvloeien. Laten we dus meteen beginnen met het eerste kenmerk.

Hittebestendigheid

Hoewel de bovengenoemde eigenschap van PEEK's hoge hittebestendigheid het materiaal moeilijk te verwerken maakt, is het een briljante veiligheidsgarantie bij gebruik. Zelfs bij constante temperaturen tot 250 °C behoudt PEEK-filament zijn mechanische eigenschappen en smelt het pas bij ca. 334 °C.

Dit maakt PEEK het perfecte materiaal voor toepassingen bij hoge temperaturen. Het zorgt voor een risicovrije werking van bijvoorbeeld lucht- en ruimtevaartcomponenten, auto-onderdelen, zowel voor personenvoertuigen als in de motorsport, en elektronische componenten, waarbij het hittegerelateerde falen van componenten niet alleen schade zou toebrengen aan de machines, maar ook aan de mensen die ze bedienen.

Diëlektrische eigenschappen

PEEK is een goed diëlektricum met een diëlektrische sterkte van 20 kV/mm, een permittiviteit, d.w.z. polarisatiecapaciteit, van 3,1 en een dissipatiefactor van 0,004. Dit betekent dat PEEK nauwelijks elektriciteit geleidt, maar er tegelijkertijd voor zorgt dat er een elektrostatisch veld in stand wordt gehouden - een combinatie die maar weinig materialen kunnen bieden.

Daardoor wordt PEEK steeds vaker als isolator gebruikt. De goede diëlektrische eigenschappen in combinatie met de uitstekende mechanische eigenschappen maken het mogelijk dat het wordt gebruikt als isolator in hoogspanningstechnologie en voedingskabels, maar ook als waferdrager in de halfgeleidertechnologie.

Treksterkte

De treksterkte van PEEK is een andere eigenschap die het materiaal tot een hoogwaardige kunststof maakt. Met een waarde tot 110 MPa overtreft PEEK veruit de overgrote meerderheid van de filamenten, waarvan de waarden gewoonlijk tussen 50 en 80 MPa liggen. PEEK presteert zelfs beter dan sommige non-ferrolegeringen met deze waarde.

Treksterkte is vereist in veel industriële toepassingen. Vooral de auto- en ruimtevaartindustrie profiteren van de hoge treksterkte van structurele componenten gemaakt van PEEK.

Lichtgewicht

PEEK biedt al zijn eigenschappen bij een zeer laag gewicht. De gemiddelde dichtheid van PEEK is 1,3 g/cm³, wat lager is dan zelfs lichtgewicht aluminiumlegeringen, die een gemiddelde dichtheid van 2,8 g/cm³ hebben.

Dit lichte gewicht in combinatie met de uitstekende mechanische eigenschappen maakt het een ideale vervanger voor kostenintensieve en vaak zeer zware metalen componenten om transportmiddelen lichter en dus energiezuiniger te maken.

Chemische weerstand

Weerstand tegen een breed scala aan chemicaliën is essentieel in veel toepassingen - en met PEEK wordt aan deze weerstand meer dan alleen voldaan. PEEK is bestand tegen de overgrote meerderheid van organische en anorganische chemicaliën. De enige grote uitzonderingen zijn hydrochloriden, hooggeconcentreerd salpeter- en zwavelzuur en enkele gehalogeneerde en alifatische koolwaterstoffen.

Deze verregaande chemische resistentie zorgt ervoor dat de chemische industrie opgelucht kan ademhalen. Terwijl veel andere materialen met vergelijkbare weerstand zwakker zijn in termen van mechanische of thermische eigenschappen, vormt PEEK een ideale symbiose van deze eigenschappen om ideale componenten te bieden voor chemisch veeleisende toepassingen.

Biocompatibiliteit

Mensen zelf hebben ook baat bij het gebruik van PEEK. PEEK is veilig voor contact met de menselijke huid en slijmvliezen en kan ook herhaaldelijk worden gesteriliseerd, is bestand tegen elektromagnetische golven, b.v. gamma- en röntgenstraling, en heeft duurzame, botachtige mechanische eigenschappen.

Als gevolg hiervan wordt PEEK op veel verschillende manieren gebruikt in de medische technologie. Zowel medische instrumenten als verschillende soorten implantaten, van de wervelkolom tot de thorax tot het schedeldak, zijn nu niet alleen mogelijk met 3D-printen in combinatie met PEEK, maar zijn al realiteit.

Lage ontgassing

Last but not least een specifieker voordeel, namelijk voor toepassingen in het ultrahoogvacuüm (UHV) bereik. De ontgassingsnelheid beschrijft de hoeveelheid gassen die vrijkomen uit verschillende materialen onder negatieve druk. Standaard kunststoffen geven dergelijke gassen vrij bij hoog vacuüm - PEEK daarentegen heeft een buitengewoon lage ontgassingsnelheid, wat UHV-toepassingen enorm ten goede komt.

PEEK voldoet zelfs aan de strenge eisen van de lucht- en ruimtevaartindustrie op het gebied van de ontgassingsnelheid. Andere toepassingsgebieden in de UHV-sector zijn onder meer de halfgeleidertechnologie en de energiesector.

Conclusie

PEEK wordt al enige tijd gebruikt als garantie voor uitstekende mechanische, thermische en chemische eigenschappen in een breed scala van industrieën. De combinatie van dit materiaal met 3D-printen opent echter een breed scala aan extra toepassingsgebieden.

De hoge mate van ontwerpvrijheid, het gemak van het vervaardigen van complexe componenten, de hoge snelheid en alle andere voordelen die 3D-printen biedt, maken een productievere en efficiëntere productie van deze hoogwaardige PEEK-componenten mogelijk.

Heeft u al een project dat profiteert van de eigenschappen van 3D-printen en PEEK, dan zijn wij de ideale partner voor u. Upload eenvoudig uw digitale model hier en we nemen zo snel mogelijk contact met u op om uw project naar volledige tevredenheid te implementeren.

Bedankt voor uw aandacht - en tot ziens in de volgende blogpost!

Van: Marco Lepple Marketing Content Manager

Gepubliceerd op 19. Sep 2024