Поликристаллические термопласты для кабельного производства от компании Arkema

Авторы и источники / Правообладателям

Французская химическая компания Arkema Inc., ведущая деятельность в 55 странах и имеющая 141 предприятие и дочерние компании в Германии и США, является поставщиком материалов с исключительно высокими эксплуатационными свойствами. Необходимость в увеличении мощностей значительно возрастает по мере того, как будущие технологии, в том числе те, которые связаны с электрическими транспортными средствами, всё больше смещаются в сторону более высоких уровней напряжения.

Выпускаемый компанией Arkema новый высокоэффективный материал Kepstan® PEKK отвечает этим запросам. PEKK, или полиэфиркетонкетон, относится к семейству PAEK (полиарилэфиркетон). Он был первоначально разработан компанией Dupont в качестве высокоэффективного термопласта, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками, для программы Apollo в 1960-е годы. Успех материала PEKK в авиационно-космической и оборонной отраслях с тех пор распространился и на другие рынки, включая транспорт, химическую переработку, нефтегазовую добычу, производство полупроводников и электротехнику.

Kepstan PEKK принадлежит к семейству PAEK, которое состоит из полукристаллических термопластов, отличающихся высокой химической стойкостью, стойкостью к воздействию высоких температур и механической прочностью. В семействе полимеров PAEK основой мономеров служат простые эфирные группы и кетонные группы. Семейство PAEK характеризуется высокими термомеханическими свойствами, устойчивостью к химическому воздействию, стойкостью к термическому окислению, огнестойкостью и трибологическими свойствами. Материал PEKK имеет соотношение кетон/эфир 2:1, что обеспечивает ему невероятно высокую прочность, эластичность и оптимальные теплотехнические свойства. Это позволяет использовать материал PEKK при постоянно высоких температурах, до 260°C, что аналогично требованиям, предъявляемым к PEEK. В результате PEKK можно отнести к материалам “PEEK plus”, аналогичным материалам PEK и PEKEKK, при сохранении более низкой стоимости, предоставлении более широкого выбора возможностей обработки и более широких окон обработки. По сравнению с PEEK, материал PEKK обеспечивает более высокую температуру стеклования в диапазоне от 17°C до 22°C или выше, на 10% более высокую прочность на растяжение, на 20% более высокую прочность на сжатие, в 2,5 раза улучшенные барьерные свойства для газов, таких как CO2 или H2S, улучшенные трибологические свойства, включая более низкий и контролируемый коэффициент трения при высоких температурах и более высокой полярности. В отличие от других полимеров того же семейства, PEKK можно перерабатывать методом литья под давлением и экструзии, а также использовать для нанесения порошкового покрытия и печати на 3D-принтере.

PEKK – это полимер высокой прочности (его прочность на разрыв составляет от 120 до 140 МПа), обладающий феноменальной химической стойкостью, включая сохранение механических свойств более чем на 90% даже после недели погружения в агрессивные агенты, такие как фосфорная или соляная кислота, толуол или ацетон.

Преимущества PEKK также заключаются в превосходных износостойких свойствах и низкой диэлектрической проницаемости. Кроме того, способность материала PEKK к образованию сплавов для обеспечения ещё более высоких эксплуатационных характеристик (улучшенные диэлектрические свойства, повышенная гибкость) представляет большую ценность на рынке проводов и кабелей.

Рынок электрических транспортных средств

Рынок электрических двигателей имеет широкий спектр областей применения. Электрические двигатели являются частью повседневной жизни – бытовые приборы и небольшие электронные устройства, такие как вентиляторы, пылесосы, фены, стиральные машины, холодильники, компьютеры и даже электрические ключи для консервных банок. Но эти электрические двигатели также работают более масштабно, включая промышленное применение: электрические дрели и пилы и даже электрические вилочные погрузчики. При этом не только здесь требуются новые поколения электродвигателей. В автомобильной отрасли увеличивается присутствие электрических транспортных средств, что требует инновационных материалов, рассчитанных на более высокие температуры и мощности. PEKK – проверенный на практике материал, пригодный для эксплуатации при значительно более высоких температурах и обладающий улучшенными электроизоляционными свойствами, который может быть использован для производства более эффективных и более мощных двигателей.

Обмоточные провода

PEKK играет большую роль в электродвигателях благодаря низкой диэлектрической проницаемости (2,9). Сохраняя такую низкую диэлектрическую проницаемость при высоких температурах, материал PEKK способен превзойти другие материалы семейства PAEK. Это отрывает огромные преимущества для использования материала PEKK в качестве изоляции обмоточных проводов. По сравнению с классическими термореактивными эмалями для обмоточных проводов термопласт PEEK в качестве изоляции обмоточных проводов для электромобилей обладает не только более низкой диэлектрической проницаемостью, но также обеспечивает более низкие производственные издержки при наложении изоляции методом экструзии.

По сравнению с материалами PEEK термопласт PEKK отличается более высокой полярностью и, следовательно, лучшей адгезией к металлу. По сравнению с PEEK, PEKK обладает более высокой полярностью благодаря тому, что его основа состоит из двух кетонов, что обеспечивает отличную адгезию к металлу, включая возможность покрытия медной или алюминиевой проволоки без использования грунтовки. В дополнение к этим свойствам материал PEKK известен своей высокой температурой плавления и чрезвычайно высокими термическими свойствами, включая стойкость к температурам до 260°C при непрерывном использовании. Он также обладает превосходной огнестойкостью в соответствии с UL94 V0. Материал PEKK не содержит галогенированных групп, что позволяет ему демонстрировать отличные показатели по таким характеристикам, как распространение пламени, дымовыделение и токсичность (FST).

Электроника

Замечательные изоляционные свойства (низкая диэлектрическая проницаемость даже при повышенных температурах) также делают PEKK отличным кандидатом для использования на рынках электроники и полупроводников, включая соединители RFI/EMI, пластины для электронных схем или полупроводниковые тестовые розетки. Простота переработки материала PEKK, надёжные механические и трибологические характеристики, а также отличные термические свойства обеспечивают его лёгкое внедрение в этих областях применения.
PEKK также демонстрирует низкую дегазацию, что позволяет рассматривать возможность применения этого термопласта в космическом пространстве. Он выпускается в чистом виде или с заполнением из стекла или углеродных волокон для достижения требуемых механических или антистатических характеристик.

Для тех, кто заинтересован в изучении новых гибких производственных методологий, полезно узнать, что PEKK нашёл коммерческое применение для 3D печати, как методом наплавления нитей (FFF), так и методом выборочного лазерного спекания (SLS).

Электрические шины

И, наконец, PEKK рассматривается в качестве материала для нанесения покрытий на шины нового поколения. Учитывая ужесточение требований по безопасности, следует отметить, что более высокая температура плавления PEKK позволяет деталям с этим покрытием выдерживать сложные условия при возникновении дорожно-транспортных происшествий. Предотвращение электрических пробоев и способность выдерживать экстремально высокие температуры в течение коротких периодов времени обеспечивает повышение безопасности пассажиров. PEKK можно наносить на шины при помощи различных методов, включая покрытия из порошкового материала, экструзию или многослойное литьё, экструзию с лёгкой адгезией к металлу, что ещё раз подчёркивает большое практическое значение этого материала. Пригодность PEKK к окраске (продемонстрированная ярким оранжевым цветом) также повышает ценность его использования для покрытия электрических шин.

Совместимость и универсальность

Ценность материала PEKK не ограничивается его свойствами при использовании в чистом виде. Благодаря его повышенной полярности он обеспечивает лучшую совместимость с другими полимерами, давая возможность использовать разнообразные средства для улучшения его эксплуатационных характеристик. В настоящее время на стадии разработки находятся несколько новых полимерных сплавов, повышающих универсальность применения PEKK. Первый сплав представляет собой более экономичное решение при повышении температуры стеклования до 15°C - 20°C. Это также обеспечивает лучшую адгезию к меди и пониженный модуль упругости при растяжении (от 3,8 до 3,4 – 3,6 ГПа).

Второй сплав обеспечивает более высокие эксплуатационные характеристики. К ним относятся очень низкая диэлектрическая проницаемость и повышенная на 25% - 33% гибкость материала (всего 2,6 ГПа).