PEEK (polieteroeteroketon) to wysokowydajne tworzywo termoplastyczne, które łączy temperaturę pracy ciągłej do 260 °C z wysoką wytrzymałością, doskonałą odpornością chemiczną i naturalną niepalnością. Tworzywo PEEK należy do najbardziej zaawansowanych – i zarazem najdroższych – tworzyw sztucznych, dlatego stosuje się je tam, gdzie metale są zbyt ciężkie, a standardowe tworzywa osiągają swoje granice termiczne lub chemiczne.
Ten przewodnik wyjaśnia właściwości i gatunki tworzywa PEEK, porównuje je z innymi tworzywami konstrukcyjnymi i podaje praktyczne wskazówki dotyczące projektowania i obróbki części z PEEK.
Co to jest tworzywo PEEK?
PEEK to częściowo krystaliczne tworzywo termoplastyczne z rodziny poliaryloeteroketonów (PAEK). Należy do wysokowydajnych, tzw. „super” tworzyw konstrukcyjnych – o klasę wyżej niż tworzywa konstrukcyjne, takie jak POM i poliamid (nylon). Łańcuch cząsteczkowy z pierścieni aromatycznych połączonych grupami eterowymi i ketonowymi zapewnia PEEK wyjątkową odporność na temperaturę, sztywność i stabilność chemiczną.
W przeciwieństwie do tworzyw powszechnego użytku, takich jak polietylen, czy przezroczystych tworzyw sztucznych stosowanych na osłony i okienka, PEEK produkuje się w stosunkowo małych ilościach do wymagających zastosowań – od urządzeń dla przemysłu półprzewodnikowego i implantów medycznych po komponenty lotnicze i motoryzacyjne.
Właściwości tworzywa PEEK
Poniższe wartości dotyczą standardowego, niewypełnionego PEEK. Wartości mechaniczne są wartościami referencyjnymi meviy; nie są gwarantowane i zależą od gatunku.
| Właściwość | Wartość typowa |
|---|---|
| Wytrzymałość na rozciąganie | Ok. 98–116 MPa |
| Wytrzymałość na zginanie | Ok. 170–175 MPa |
| Moduł Younga | Ok. 4200–4350 MPa |
| Wydłużenie przy zerwaniu | Ok. 20–40% |
| Gęstość | 1,32 g/cm³ |
| Temperatura pracy ciągłej | Ok. 250–260 °C |
| Temperatura topnienia | Ok. 343 °C |
| Temperatura zeszklenia | Ok. 143 °C |
| Palność | UL 94 V-0, naturalnie niepalny bez dodatków |
| Nasiąkliwość | Bardzo niska (ok. 0,5% w stanie nasycenia) |
Gatunki PEEK
PEEK jest dostępny w kilku gatunkach, z których każdy zmodyfikowano pod kątem określonych wymagań:
| Gatunek | Skład | Główna zaleta | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|---|
| Niewypełniony (standardowy) | Czysty PEEK | Najwyższa udarność i odporność chemiczna | Ogólne części obrabiane skrawaniem, uszczelnienia, izolatory |
| Wzmocniony włóknem szklanym | Zwykle 30% włókna szklanego | Wyższa sztywność i wytrzymałość, mniejsza rozszerzalność cieplna | Części konstrukcyjne, komponenty elektryczne |
| Wzmocniony włóknem węglowym | Zwykle 30% włókna węglowego | Najwyższa wytrzymałość i sztywność, niska masa | Części lotnicze i silnie obciążone |
| Gatunek łożyskowy | Włókno węglowe, grafit i PTFE | Niskie tarcie i wysoka odporność na zużycie | Tuleje, łożyska ślizgowe, koła zębate, pierścienie tłokowe |
| Przewodzący i antystatyczny | Włókno węglowe lub sadza | Odprowadza ładunki elektrostatyczne | Transport i manipulacja w przemyśle półprzewodnikowym i elektronicznym |
| Gatunki medyczne i spożywcze | Czysty, certyfikowany PEEK | Biokompatybilność (ISO 10993) lub kontakt z żywnością (FDA, EU 10/2011) | Implanty, narzędzia chirurgiczne, maszyny spożywcze |
Zalety PEEK
- Wyjątkowa odporność na temperaturę: praca ciągła do ok. 260 °C i temperatura topnienia ok. 343 °C. PEEK jest odporny na gorącą wodę i parę i można go wielokrotnie sterylizować w autoklawie.
- Wysoka wytrzymałość i sztywność: PEEK zachowuje swoje właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach i wykazuje doskonałą odporność na pełzanie i zmęczenie. Wzmocnienie włóknami dodatkowo zwiększa wytrzymałość.
- Wyjątkowa odporność chemiczna: odporny na niemal wszystkie kwasy, zasady, oleje i rozpuszczalniki organiczne – głównymi wyjątkami są stężony kwas siarkowy i azotowy.
- Naturalnie niepalny: UL 94 V-0 bez dodatku środków zmniejszających palność, przy bardzo niskiej emisji dymu i gazów toksycznych.
- Stabilny wymiarowo: bardzo niska nasiąkliwość, dzięki czemu wymiary pozostają stabilne w środowisku wilgotnym i mokrym.
- Czysty i certyfikowany: niskie odgazowanie w zastosowaniach próżniowych i półprzewodnikowych, wysoka odporność na promieniowanie oraz gatunki dopuszczone do kontaktu z żywnością i do zastosowań medycznych.
Wady PEEK
- Wysoki koszt: PEEK jest wielokrotnie droższy niż POM czy poliamid. Opłaca się tylko tam, gdzie jego właściwości są naprawdę potrzebne.
- Umiarkowana odporność na UV: długotrwała ekspozycja na światło słoneczne na zewnątrz degraduje powierzchnię, o ile część nie jest zabezpieczona lub pigmentowana.
- Wymagające przetwórstwo: formowanie wtryskowe wymaga temperatur przetwórstwa ok. 360–400 °C i podgrzewanych form.
- Obróbka wymaga staranności: PEEK dobrze się obrabia, ale trzeba kontrolować nagrzewanie i naprężenia wewnętrzne, a gatunki wypełnione włóknami szybko zużywają narzędzia.
PEEK a inne tworzywa konstrukcyjne
PEEK nie zawsze jest najlepszym wyborem. To porównanie z innymi tworzywami dostępnymi w obróbce CNC pokazuje, kiedy PEEK jest wart swojej ceny (wartości referencyjne meviy):
| Właściwość | PEEK | PPS | POM | Nylon MC |
|---|---|---|---|---|
| Wytrzymałość na rozciąganie | 98–116 MPa | 79–85 MPa | 60–68 MPa | 96 MPa |
| Moduł Younga | Ok. 4300 MPa | Ok. 3300 MPa | Ok. 3000 MPa | Ok. 3400 MPa |
| Gęstość | 1,32 g/cm³ | 1,35 g/cm³ | 1,41 g/cm³ | 1,16 g/cm³ |
| Temperatura pracy ciągłej | 250–260 °C | Ok. 220 °C | 95–100 °C | Ok. 120 °C |
| Odporność chemiczna | Doskonała | Doskonała (poniżej 200 °C) | Dobra | Dobra (nie wobec mocnych kwasów) |
| Nasiąkliwość | Bardzo niska | Bardzo niska | Niska | Wysoka |
| Cena | Bardzo wysoka | Wysoka | Niska | Średnia |
- Wybierz PEEK przy temperaturach powyżej ok. 200 °C, agresywnych chemikaliach, sterylizacji parowej lub najwyższych wymaganiach mechanicznych.
- Wybierz PPS, jeśli potrzebujesz wysokiej odporności termicznej i chemicznej do ok. 200 °C w niższej cenie.
- Wybierz POM lub nylon MC do ogólnych części mechanicznych pracujących w normalnych temperaturach. Zobacz też nasze porównanie PP vs ABS vs nylon.
Zastosowania PEEK
| Branża | Typowe części z PEEK |
|---|---|
| Półprzewodniki i elektronika | Nośniki płytek półprzewodnikowych, gniazda testowe, izolatory, pierścienie CMP |
| Technika medyczna | Implanty kręgosłupowe, narzędzia chirurgiczne, sterylizowalne komponenty urządzeń |
| Lotnictwo i kosmonautyka | Wsporniki, klipsy, tuleje i izolacja kabli jako zamiennik metalu |
| Motoryzacja | Podkładki oporowe, pierścienie uszczelniające, komponenty skrzyń biegów i układów hamulcowych |
| Przemysł spożywczy i farmaceutyczny | Gniazda zaworów, zgarniacze, prowadnice i części czyszczone parą |
| Przemysł chemiczny oraz naftowo-gazowy | Części pomp, elementy zaworów, uszczelnienia i pierścienie oporowe |
Wskazówki dotyczące projektowania i obróbki części z PEEK
- Unikaj ostrych naroży wewnętrznych: zaokrąglenia i promienie rozkładają naprężenia i zwiększają trwałość zmęczeniową części.
- Oszczędnie gospodaruj materiałem: półfabrykaty z PEEK są drogie, dlatego projektuj części o zwartych gabarytach i unikaj zbędnego materiału.
- Uwzględnij rozszerzalność cieplną: PEEK rozszerza się znacznie bardziej niż metal. W przypadku części pracujących w wysokich temperaturach lub osadzanych w metalowych obudowach uwzględnij to w tolerancjach i pasowaniach.
- Określaj realistyczne tolerancje: przy wąskich tolerancjach półfabrykaty odprężone (wyżarzone) oraz wyżarzanie między obróbką zgrubną a wykańczającą ograniczają odkształcenia.
- Stosuj odpowiednie narzędzia: do niewypełnionego PEEK dobrze sprawdzają się ostre narzędzia z węglika spiekanego; do gatunków z włóknem szklanym i węglowym, które są bardzo ścierne, zaleca się narzędzia z powłoką diamentową lub z PCD.
- Kontroluj temperaturę: umiarkowane prędkości skrawania i chłodzenie powietrzem lub odpowiednim chłodziwem zapobiegają przegrzaniu i zapewniają czyste powierzchnie.
Części z PEEK obrabiane skrawaniem z meviy
meviy, platforma produkcji na żądanie firmy MISUMI, wytwarza indywidualnie zaprojektowane części z PEEK bezpośrednio z Twoich danych 3D CAD – nie są to części katalogowe ani standardowe. PEEK (standardowy, szarobrązowy) jest dostępny do frezowania CNC i toczenia CNC.
- Natychmiastowa cena i czas realizacji – porównaj PEEK z alternatywami, takimi jak PPS, POM czy nylon MC, w kilka sekund.
- Tolerancje, gwinty i specyfikacje otworów ustawiasz bezpośrednio w przeglądarce 3D – bez rysunku 2D.
- Idealne rozwiązanie dla prototypów i małych serii, w których formy wtryskowe są nieopłacalne.
Dowiedz się więcej o obróbce CNC z meviy.
Najczęściej zadawane pytania o tworzywo PEEK
Co to jest tworzywo PEEK?
PEEK (polieteroeteroketon) to częściowo krystaliczne, wysokowydajne tworzywo termoplastyczne. Zapewnia temperaturę pracy ciągłej do ok. 260 °C, wysoką wytrzymałość, doskonałą odporność chemiczną i naturalną niepalność.
Jaką temperaturę wytrzymuje PEEK?
PEEK może pracować w sposób ciągły w temperaturze ok. 250–260 °C, a topi się w ok. 343 °C. Jego temperatura zeszklenia wynosi ok. 143 °C; powyżej niej sztywność spada, co gatunki wzmocnione włóknami w dużej mierze kompensują.
Dlaczego PEEK jest tak drogi?
PEEK wytwarza się z kosztownych surowców w złożonej syntezie w wysokich temperaturach, a produkuje się go w znacznie mniejszych ilościach niż standardowe tworzywa. Jego cena jest wielokrotnie wyższa niż cena POM czy poliamidu.
Czy PEEK łatwo się obrabia?
Tak, niewypełniony PEEK dobrze obrabia się ostrymi narzędziami z węglika spiekanego. Trzeba kontrolować nagrzewanie i naprężenia wewnętrzne, a gatunki z włóknem szklanym lub węglowym wymagają narzędzi z powłoką diamentową, ponieważ są bardzo ścierne.
Czym różni się PEEK od PPS?
Oba są wysokowydajnymi tworzywami o doskonałej odporności chemicznej i niskiej nasiąkliwości. PEEK jest wytrzymalszy, bardziej udarny i wytrzymuje wyższe temperatury (ok. 260 °C wobec ok. 220 °C), natomiast PPS jest tańszy.
Podsumowanie
Tworzywo PEEK łączy odporność na temperaturę do ok. 260 °C, wysoką wytrzymałość, doskonałą odporność chemiczną i naturalną niepalność jak żadne inne popularne tworzywo termoplastyczne. Ze względu na wysoką cenę opłaca się tam, gdzie te właściwości są naprawdę potrzebne – w przemyśle półprzewodnikowym, medycznym, lotniczym, motoryzacyjnym i spożywczym. Przy mniej wymagających częściach PPS, POM lub nylon MC są często bardziej ekonomicznym wyborem.