O masterbatch PEEK é um tipo de masterbatch para moldagem por injeção feito a partir do material poliétereterecetona (PEEK). É um plástico especial de engenharia semicristalino, termoplástico, com excelentes propriedades, como resistência à temperatura elevada, auto-lubrificação e resistência à corrosão. O masterbatch PEEK foi projetado especificamente para processos de moldagem por injeção, e diversos formatos e tamanhos de produtos podem ser fabricados através desses processos.

Tipos

O masterbatch PEEK pode ter vários tipos de acordo com diferentes padrões de classificação. A seguir estão alguns métodos comuns de classificação e os respectivos tipos:

De acordo com a classificação dos aditivos

Masterbatch de PEEK melhorado: fibra de vidro, fibra de carbono e outros materiais de reforço são adicionados à resina de PEEK para melhorar sua resistência mecânica, rigidez e resistência ao calor. Por exemplo, a adição de fibra de carbono ao masterbatch de PEEK pode melhorar significativamente a resistência e o módulo do produto, mantendo ao mesmo tempo uma boa resistência ao desgaste e resistência à corrosão química. É comumente utilizado em áreas como a fabricação aeroespacial e automotiva, que exigem alto desempenho dos materiais.

Masterbatch PEEK repleto: A adição de enchimentos, como carbonato de cálcio, talco em pó, mica, etc., pode reduzir os custos e melhorar certas propriedades do material, como aumentar a estabilidade dimensional e reduzir a taxa de contração. O masterbatch PEEK repleto é amplamente utilizado em áreas como eletrônica, aparelhos elétricos e fabricação mecânica.

Masterbatch PEEK retardante à chamas: Ao adicionar retardantes de chamas, o masterbatch PEEK possui boas propriedades retardantes de chamas, o que pode atender às exigências de diferentes cenários de aplicação em relação à segurança contra incêndio dos materiais. Comumente utilizado em indústrias como transporte ferroviário, fios e cabos que possuem requisitos rigorosos em relação à retardância de chamas.

Classificação baseada no desempenho de processamento

Masterbatch PEEK de alta fluidez: Por meio de um design especial de fórmula e tecnologia de processamento, possui baixa viscosidade de fusão e boa fluidez, o que facilita a formação de produtos de formas complexas em processos de moldagem por injeção, extrusão e outros, melhorando a eficiência de produção e a qualidade dos produtos. É adequado para a fabricação de peças de instrumentos de precisão, componentes de dispositivos médicos, etc.

Masterbatch PEEK resistente ao calor: Possui maior estabilidade térmica e temperatura de deformação resistente ao calor, podendo ser utilizado por longo período em ambientes de alta temperatura sem uma significativa degradação das suas características. Comumente utilizado na fabricação de componentes em ambientes de trabalho a alta temperatura, como motores de aeronaves e fornos industriais.

Classificado por campo de aplicação

Masterbatch PEEK para a aviação: Os requisitos de desempenho para o material são extremamente rigorosos, exigindo alta resistência, alta resistência ao calor, leveza e outras características para atender aos rigorosos requisitos de confiabilidade e desempenho dos componentes no setor aeroespacial.

Masterbatch PEEK para a indústria automotiva: é necessário que tenha boas propriedades mecânicas, resistência ao desgaste, resistência ao óleo, resistência às intempéries, etc. Pode ser utilizado para a fabricação de componentes de motores automotivos, componentes de sistemas de transmissão, carcaças de equipamentos eletrônicos automotivos, etc., o que ajuda a alcançar a leveza e o alto desempenho dos automóveis.

Masterbatch PEEK para aparelhos eletrônicos: deve apresentar excelente desempenho de isolamento elétrico, resistência ao arco, estabilidade dimensional e desempenho de processamento, e é comumente utilizado na fabricação de materiais de embalagem de componentes eletrônicos, conectores de circuitos integrados, camadas de isolamento de fios e cabos, etc.

Masterbatch PEEK utilizado no setor médico: é necessário ter boa biocompatibilidade, não toxicidade, resistência à corrosão e transparência em raios-X, e pode ser utilizado para a fabricação de articulações artificiais, implantes dentários, carcaças de dispositivos médicos, etc.

Relação de fórmula

A relação de fórmula do masterbatch de PEEK pode variar dependendo do tipo de masterbatch e das exigências de aplicação. Os seguintes intervalos de relação de fórmula são típicos para vários masterbatches de PEEK comuns:

Masterbatch PEEK melhorado

Resina PEEK: 60% -80%

Material de reforço (fibra de vidro/fibra de carbono): 20% -40%

A fibra de vidro ou a fibra de carbono podem melhorar significativamente as propriedades mecânicas do PEEK, como a resistência à tração, a resistência à flexão e o módulo. O reforço com fibra de carbono tem um efeito melhor e também pode conferir ao material condutividade, mas o custo também é mais alto.

Masterbatch PEEK preenchido

Resina PEEK: 70% -90%

Aditivos (carbonato de cálcio/talco/mica, etc.): 10% -30%

Os enchimentos podem reduzir os custos, melhorar a estabilidade dimensional e a rigidez, mas podem sacrificar, em certa medida, a resistência e a resistência do material. O carbonato de cálcio tem baixo custo, o pó de talco pode melhorar a qualidade da superfície dos materiais e a mica pode aumentar a resistência ao calor e o isolamento elétrico dos materiais.

Masterbatch PEEK retardante de chamas

Resina PEEK: 75% -90%

Retardante de chama: 10% -25%

O tipo e a quantidade de retardante de chama devem ser determinados de acordo com os requisitos específicos de retardante de chama. Os retardantes de chama comuns incluem retardantes de chama halogenados, retardantes de chama a base de fósforo, retardantes de chama a base de nitrogênio, etc. Os retardantes de chama halogenados apresentam bons efeitos retardantes de chama, mas podem representar certos riscos para o meio ambiente e para a saúde humana; os retardantes de chama a base de fósforo e a base de nitrogênio são relativamente ecologicamente corretos e também podem ter um certo efeito de plastificação, melhorando o desempenho de processamento dos materiais.

Masterbatch PEEK de alta fluidez

Resina PEEK: 90% -95%

Modificador de fluxo: 5% -10%

Os modificadores de fluxo são geralmente polímeros de baixo peso molecular ou surfactantes que podem reduzir a viscosidade do fundido do PEEK, melhorar sua fluidez e aumentar o desempenho de processamento. No entanto, a adição excessiva pode afetar as propriedades mecânicas do material.

Masterbatch PEEK resistente ao calor

Resina PEEK: 85% -95%

Aditivo resistente ao calor: 5% -15%

Os aditivos resistentes ao calor podem ser enchimentos inorgânicos resistentes a altas temperaturas ou compostos orgânicos, como alumina, nitreto de boro, polibenzimidazol, etc., que podem melhorar a estabilidade térmica e a temperatura de deformação térmica do PEEK, mas podem aumentar o custo do material.

Os coeficientes da fórmula acima são apenas para referência. Na produção real, a otimização e o ajuste devem ser feitos com base nas exigências específicas da aplicação, na tecnologia de processamento e nos fatores de custo.

Processo de produção

O processo de produção do masterbatch PEEK geralmente inclui etapas como preparação da matéria-prima, mistura, extrusão, granulação, embalagem, etc. A seguir, apresentamos uma introdução específica:

1. Preparação da matéria-prima

Seleção da resina: selecione o tipo adequado de partículas de resina PEEK com base nos requisitos de desempenho do produto e assegure que sua pureza, distribuição de peso molecular e outros indicadores cumprem os padrões de produção.

Preparação aditiva: Pesar com precisão vários aditivos de acordo com as especificações da fórmula, como materiais de reforço, enchimentos, retardadores de chama, modificadores de fluxo, aditivos resistentes ao calor, etc. Certifique-se de que o tamanho das partículas e a pureza dos aditivos atendem aos requisitos do processo.

2. Mistura

Mistura prévia: Adicione a resina PEEK e os aditivos a um misturador de alta velocidade ou uma máquina de amassar para a mistura prévia, de modo que cada componente seja inicialmente disperso de forma uniforme. Pela rotação de alta velocidade da lâmina de mistura, são geradas forças de cisalhamento e frição para promover a mistura dos materiais.

Mistura: O material pré-misturado entra na máquina de mistura para uma mistura adicional. Dentro da misturadora existem dois rotores em rotação relativamente, que misturam e dispersam a resina PEEK e os aditivos de forma completa sob alta temperatura, alta pressão e forte cisalhamento, formando uma mistura uniforme. A temperatura de mistura é geralmente controlada entre 300 e 350 ℃ durante 10 a 30 minutos.

3. Extrusão

Aquecimento: Adicione o material misturado à câmara do extrusor e o tambor do extrusor é aquecido por aquecimento elétrico ou aquecimento por óleo térmico. Geralmente, desde o final da câmara até a direção da cabeça da máquina, a temperatura do tambor aumenta gradualmente, fazendo com que o material se funda gradualmente durante o processo de extrusão.

Extrusão por parafuso: Sob a rotação do parafuso, o material move-se para a frente no cilindro, enquanto é submetido à cisalhamento e compressão do parafuso, o que promove uma maior plasticização e mistura. Os parâmetros de velocidade do parafuso, relação de aspecto, relação de compressão, etc., são otimizados e ajustados de acordo com as características do material e as exigências do produto. A temperatura de extrusão geralmente está entre 350-400 ℃, para garantir que a resina PEEK esteja completamente derretida e que os aditivos estejam bem dispersos na mistura.

4. Granulação

Granulação submersa: o material fundido extrudado é extrudado em tiras ou filamentos através de uma matriz e entra diretamente no tanque de água de resfriamento do granulator submerso. Na água, o material resfria rapidamente e solidifica, e depois é cortado em partículas uniformes por um cortador de pellets rotativo. As vantagens da granulação submersa são a forma regular das partículas, a superfície lisa, o bom efeito de resfriamento, o que pode evitar eficazmente a adesão e a oxidação das partículas.

Granulação refrigerada a ar: Outro método é a granulação refrigerada a ar, em que o material extrudado passa pela matriz e é naturalmente refrigerado no ar ou acelerado por um dispositivo de refrigeração a ar forçado antes de ser cortado em pellets. O equipamento para granulação refrigerada a ar é relativamente simples, mas a velocidade de refrigeração das partículas é lenta, o que pode afetar a eficiência de produção e a qualidade das partículas.

5. Embalagem

Screening: The PEEK masterbatch after granulation is screened through a vibrating screen or rotary vibrating screen to remove particles that are too large or too small, ensuring the uniformity of the product’s particle size.

Embalagem: Os produtos qualificados que foram submetidos a triagem são embalados em sacos ou recipientes especializados, geralmente selados para evitar a absorção de umidade, oxidação ou outra contaminação da mistura mestre. Os produtos embalados são armazenados em um armazém seco e ventilado, aguardando o transporte e a venda.

Durante todo o processo de produção, é necessário controlar estritamente os parâmetros de cada etapa, como temperatura, pressão, velocidade, tempo, etc., e monitorar e testar a qualidade do produto através de detecção online e análise offline, para garantir que o masterbatch PEEK produzido atenda aos padrões relevantes e às exigências do cliente.

Equipamento de produção

O equipamento para a produção de masterbatch PEEK inclui principalmente os seguintes tipos:

Equipamento de mistura

Misturador de alta velocidade: utilizado para misturar preliminarmente a resina PEEK com aditivos, alcançando um certo grau de dispersão uniforme do material em um curto período de tempo através de pás de agitação rotativas a alta velocidade. Possui as características de alta eficiência de mistura e bom efeito de mistura.

Misturador interno: capaz de misturar e dispersar completamente a resina PEEK com vários aditivos sob alta temperatura, alta pressão e forte cisalhamento, garantindo uma mistura uniforme do material e estabelecendo uma boa base para o processamento subsequente.

Equipamento de extrusão

Extrusor de um parafuso: Com uma estrutura simples e operação fácil, é adequado para situações com exigências de produção baixas ou dificuldade de processamento do material. Ele empurra o material para a frente dentro do cilindro através da rotação do parafuso, enquanto utiliza o dispositivo de aquecimento do cilindro para derreter gradualmente o material, alcançando a plasticização e a extrusão.

Extrusor de dois parafusos: Com excelentes capacidades de mistura, dispersão e transporte, pode lidar melhor com materiais de alta viscosidade e difíceis de processar, como a adição de grandes quantidades de materiais de reforço ou enchimentos na produção de masterbatch de PEEK. A estrutura de engrenagem do extrusor de dois parafusos garante que o material seja submetido a uma força de corte e amassamento mais forte durante o processo de extrusão, o que ajuda a melhorar a qualidade do produto e a eficiência de produção.

Equipamento de granulação

Granulador subaquático: composto por cabeça de moldagem, tanque de água de resfriamento, dispositivo de corte, etc. O material fundido extrudado é formado em tiras ou filamentos através da cabeça de matriz, e entra diretamente no tanque de água de resfriamento para resfriamento rápido e solidificação. Em seguida, é cortado em partículas uniformes por uma faca de corte. As partículas produzidas por este dispositivo têm formas regulares, superfícies lisas, alta qualidade e um processo de produção relativamente limpo e eficiente.

Equipamento de granulação com refrigeração por ar: inclui sistema de refrigeração por ar e dispositivo de granulação. Depois que o material extrudado passa pela matriz, é naturalmente refrigerado no ar ou acelerado por um dispositivo de refrigeração por ar forçado para atingir uma certa dureza antes de ser cortado em pellets. A estrutura do equipamento é relativamente simples e o custo é baixo, mas a velocidade de refrigeração é lenta e a eficiência de produção pode não ser tão boa quanto a dos granuladores submersos.

Equipamento auxiliar

Máquina de alimentação: utilizada para transportar automaticamente matérias-primas para o tanque do equipamento de mistura ou extrusor, alcançar a alimentação automática de matérias-primas, melhorar o nível de automação da produção e reduzir a intensidade do trabalho manual. Entre elas, encontram-se os alimentadores de parafuso, os alimentadores a vácuo, etc.

Equipamentos de secagem: Antes da produção, a resina de PEEK e os aditivos são secos para remover a umidade e as substâncias voláteis, prevenindo defeitos como bolhas e fios de prata durante o processamento, o que pode afetar a qualidade do produto. Os equipamentos comuns de secagem incluem fornos, desumidificadores e secadores.

Equipamentos de triagem: como peneiras vibratórias, peneiras vibratórias rotativas, etc., utilizados para triar o masterbatch de PEEK após a granulação, remover partículas de tamanho excessivo ou inadequado, garantir a uniformidade do tamanho das partículas do produto e melhorar a qualidade do produto.

Equipamentos de embalagem: incluindo máquinas de embalagem automáticas, máquinas de selagem, etc., utilizadas para embalar produtos qualificados após a triagem, alcançar a embalagem quantitativa e a embalagem selada, prevenir a absorção de umidade, a oxidação ou outra contaminação da mistura mestre e garantir a qualidade estável dos produtos durante o armazenamento e o transporte.

Requisitos relacionados

O extrusor desempenha um papel fundamental na produção de masterbatch de PEEK, e a seguir estão algumas exigências para o extrusor:

Prestação em altas temperaturas

Resistência à temperatura: Como a temperatura de processamento da resina PEEK geralmente está entre 350-400 ℃, o cilindro, a porca e outros componentes do extrusor devem ser feitos de materiais de liga resistentes a altas temperaturas, como ligas a base de níquel, para garantir boa resistência, dureza e resistência à corrosão a altas temperaturas, e para evitar a deformação, o desgaste ou as reações químicas dos componentes.

Precisão no controle de temperatura: O controle preciso da temperatura é crucial durante o processo de extrusão. O extrusor precisa estar equipado com um sistema de controle de temperatura de alta precisão, como termopares, instrumentos de controle de temperatura e dispositivos de aquecimento e resfriamento, que podem controlar a temperatura de cada seção de aquecimento dentro de ± 2 ℃ do valor definido, garantindo a fusão uniforme da resina PEEK e evitando propriedades do material instáveis ou superaquecimento local e subrefrigeração causadas por flutuações de temperatura.

Design de parafuso

Relação de comprimento a diâmetro: Uma relação de comprimento a diâmetro adequada é crucial para a produção de masterbatch de PEEK. Em geral, uma relação de comprimento a diâmetro entre 25 e 40 é mais adequada. Parafusos mais longos podem proporcionar distâncias mais longas de transporte e plastificação do material, permitindo que a resina de PEEK seja completamente misturada, derretida e homogeneizada com aditivos, o que melhora a qualidade do produto.

Estrutura do parafuso: A estrutura do parafuso deve ser otimizada e projetada de acordo com a fórmula e o processo de produção do masterbatch PEEK. Normalmente, são utilizados parafusos de tipo gradiente ou mutante. Os parafusos de tipo gradiente são adequados para o processamento de materiais com alta viscosidade e baixa fluidez, o que permite aquecer gradualmente e derreter os materiais no parafuso, reduzindo o calor de cisalhamento e as flutuações de pressão. O parafuso mutante é adequado para a produção de masterbatch PEEK com uma grande quantidade de preenchimentos ou materiais de reforço adicionados, o que pode gerar uma forte força de cisalhamento e facilitar a dispersão e a mistura dos materiais. Além disso, devem ser instaladas seções de mistura e dosagem adequadas no parafuso para melhorar ainda mais a uniformidade da mistura de materiais e a estabilidade do volume de extrusão.

Controle da pressão

Estabilidade da pressão: Durante o processo de extrusão, a pressão estável é um dos fatores-chave para garantir a qualidade do produto e a eficiência da produção. O sistema hidráulico ou o sistema de transmissão mecânica do extrusor devem ser capazes de fornecer uma pressão de extrusão estável, com um intervalo de flutuação controlado dentro de ± 5%, para evitar volumes de extrusão instáveis, desvios de tamanho do produto ou defeitos na superfície causados por flutuações de pressão.

Interval de regulagem da pressão: A extrusora deve ter um amplo interval de regulagem da pressão para atender às exigências de diferentes formulações e processos de produção. Por exemplo, na produção de mistura mestre de PEEK com diferentes tipos e quantidades de aditivos adicionados, a pressão de extrusão pode ser ajustada de forma flexível de acordo com as características do material e as exigências de extrusão, para garantir uma extrusão suave do material e obter o desempenho do produto esperado.

Produção e eficiência

Capacidade de produção: Selecione extrusoras com capacidade de produção adequada, baseada na escala de produção e na demanda do mercado. Geralmente, a produção das extrusoras de um único parafuso é relativamente baixa e adequada para produção em pequena escala ou pesquisa experimental. A produção das extrusoras de dois parafusos é relativamente alta, o que pode atender às necessidades da produção industrial em grande escala. Ao selecionar uma extrusora, parâmetros como o diâmetro do parafuso, a velocidade e a potência do motor devem ser considerados de forma abrangente, com base nas necessidades reais de produção, para garantir que a extrusora possa atingir o objetivo de produção esperado.

Eficiência de produção: Para melhorar a eficiência de produção, os extrusores devem ter as características de inicialização rápida, operação estável e extrusão eficiente. Ao mesmo tempo, deve ser equipado um sistema de controle automatizado para permitir o monitoramento e ajuste em tempo real do processo de extrusão, reduzir a intervenção manual e melhorar a eficiência de produção e a consistência da qualidade do produto. Além disso, a manutenção do extrusor deve ser conveniente e rápida para reduzir o tempo de inatividade do equipamento e melhorar a utilização do equipamento.

Resistência à corrosão

Contato com componentes materiais: Devido ao uso de aditivos corrosivos, como certos retardadores de chama e lubrificantes, no processo de produção do masterbatch de PEEK, as peças em contato com o material no extrusor, como a parede interna do tambor, a superfície do parafuso e a cabeça da matriz, precisam ser tratadas com medidas anticorrosivas, como galvanoplastia de cromo, galvanoplastia de níquel ou pulverização de revestimentos resistentes à corrosão, para melhorar a resistência à corrosão das peças, prolongar a vida útil do equipamento e garantir que a qualidade do produto não seja afetada por substâncias corrosivas.

Aplicação

O masterbatch PEEK possui excelentes propriedades e é, portanto, amplamente utilizado em diversos setores, como a aviação, a fabricação de automóveis, a eletrônica e a elétrica, a medicina, etc. A seguir, apresentamos uma introdução específica:

Área da aviação espacial

Fabricação de componentes: O masterbatch PEEK pode ser utilizado para fabricar componentes estruturais de aeronaves, componentes de motores, etc. Sua alta resistência, rigidez e boa resistência à fadiga podem suportar várias cargas complexas da aeronave durante o voo. Além disso, sua excelente resistência à alta temperatura permite que mantenha um desempenho estável mesmo em ambientes de motores a alta temperatura, o que ajuda a reduzir o peso da aeronave, melhorar a eficiência do combustível e aumentar o desempenho geral da aeronave.

Interior de aviação: No que diz respeito ao interior de aeronaves, o masterbatch PEEK pode ser utilizado para a fabricação de estruturas de assentos, suportes para bagagem, etc. Ele não apenas possui boas características mecânicas, mas também atende aos rigorosos requisitos de retardamento de chamas, baixa emissão de fumo, não-tóxico e outros materiais para interiores de aeronaves, melhorando a segurança e o conforto dos interiores de aeronaves.

Setor de fabricação de automóveis

Sistema de motor: Nos motores automotivos, o masterbatch de PEEK pode ser utilizado para a fabricação de componentes como anéis de pistão, selos de válvulas, isoladores de bujias, etc. Possui resistência à temperatura elevada, resistência ao desgaste e estabilidade química, podendo funcionar de forma estável por longo tempo no ambiente de alta temperatura, alta pressão e agressivo químico do motor, melhorando a confiabilidade e a durabilidade do motor, ao mesmo tempo que ajuda a reduzir o peso do motor e a melhorar a economia de combustível do veículo.

Sistemas eletrônicos e elétricos: Nos sistemas eletrônicos e elétricos automotivos, o masterbatch de PEEK pode ser utilizado para a fabricação de conectores, tomadas, quadros de bobinas, etc. Sua excelente desempenho de isolamento e resistência à corrosão química pode garantir a operação estável de componentes eletrônicos e elétricos em ambientes elétricos automotivos complexos, prevenir falhas elétricas e curtos-circuitos, e melhorar a confiabilidade e a segurança dos sistemas eletrônicos automotivos.

Área eletrônica e elétrica

Fabricação de semicondutores: Nos equipamentos de fabricação de semicondutores, o masterbatch de PEEK pode ser utilizado para a fabricação de suportes de wafer, dispositivos de chip, componentes de máquinas de exposição a feixe de elétrons, etc. Possui excelente resistência à corrosão química, baixo coeficiente de frição e estabilidade dimensional de alta precisão, o que pode atender aos rigorosos requisitos para os materiais no processo de fabricação de semicondutores, garantindo a precisão e a qualidade da produção de dispositivos semicondutores.

Fios e cabos: O masterbatch PEEK pode ser utilizado para a fabricação de camadas de isolamento e revestimentos para fios e cabos de alto desempenho. Possui boa performance de isolamento, resistência a altas temperaturas e propriedades mecânicas, o que garante a operação segura e confiável de fios e cabos em ambientes de alta temperatura e alta tensão. É amplamente utilizado em áreas como a aviação espacial, a energia nuclear e a petroquímica, que exigem alto desempenho de fios e cabos.

Área médica

Dispositivos médicos: o masterbatch PEEK pode ser utilizado na fabricação de dispositivos médicos, como articulações artificiais, dispositivos de fusão espinhal, implantes dentários, etc. Sua boa biocompatibilidade, semelhante ao módulo elástico dos ossos humanos, pode reduzir o efeito de proteção contra estresse entre os implantes e os tecidos humanos, e diminuir o risco de soltura e fratura dos implantes. Ao mesmo tempo, sua boa resistência à corrosão e à abrasão permite que ele funcione de forma estável no corpo humano por um longo período, melhorando a vida útil e o efeito terapêutico dos dispositivos médicos.

Componentes de equipamentos médicos: Nos equipamentos médicos, o masterbatch de PEEK pode ser utilizado para a fabricação de peças como manípulos para instrumentos cirúrgicos, carcaças para endoscópios, engrenagens e rolamentos para dispositivos médicos. Sua alta resistência, alta tenacidade e boa performance de processamento podem atender aos requisitos de precisão, resistência e confiabilidade dos componentes de equipamentos médicos, ao mesmo tempo em que são fáceis de desinfetar e limpar, em conformidade com os padrões de higiene do setor médico.