Khi nói đến nhựa nhiệt dẻo tiên tiến, không thể không kể đến PEEK (Polyether Ether Ketone) và PEKK (Polyetherketoneketone). Hiểu được sự khác biệt giữa hai loại vật liệu này là rất quan trọng đối với nhiều ứng dụng sản xuất, bao gồm cả chất phụ gia và in 3D.
PEKK và PEEK, giống như những cặp song sinh có tính cách khác nhau, sở hữu những đặc tính riêng biệt khiến chúng phù hợp cho những mục đích sử dụng nhất định. Cùng đào sâu hơn vào các tính chất của chúng để khám phá những điểm riêng biệt làm nên bản sắc từng loại vật liệu.
1. PEKK vs PEEK: Định nghĩa
PEKK (Polyetherketoneketone) và PEEK (Polyetheretherketone) đều là các polyme nhiệt dẻo hiệu suất cao thuộc họ polyaryletherketone (PAEK).
1.1. Polyetherketoneketone (PEKK)
Cả hai polyme đều có tỏa sáng với cấu trúc hóa học riêng biệt
Polyetherketoneketone, hay PEKK, là một loại nhựa nhiệt dẻo hiệu suất cao được biết đến với khả năng kháng hóa chất và tính cơ học vượt trội. PEKK được hình thành từ một cấu trúc phân tử đặc biệt với hai nhóm ketone trong mỗi đơn vị lặp lại, điều này làm cho nó nổi bật so với các loại nhựa khác. Chính nhờ cấu trúc độc đáo này đã làm nên thương hiệu vật liệu PEKK.
Ngoài cấu trúc phân tử, việc đảm bảo hàm lượng các thành phần cấu tạo và quy trình chế biến cũng quyết định phần lớn đến chất lượng của PEKK.
Nhựa chịu nhiệt tốt, bền bỉ về mặt hóa học và cơ học là điều kiện tiên quyết trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, ô tô và y tế. Hexcel Corporation, trước đây là Oxford Performance Materials, sản xuất các bộ phận dựa trên PEKK cho các phương tiện vận chuyển không gian
Starliner của Boeing với phương pháp in 3D. Những bộ phận này có độ bền tương đương nhôm nhưng tải trọng nhẹ hơn 40%, bao gồm cả khả năng chống cháy và bức xạ vượt trội, chiếm ưu thế lớn trong các ứng dụng hàng không vũ trụ.
1.2. Polyetheretherketone (PEEK)
Vào ngày 19 tháng 11 năm 1978,
ICI, một công ty hóa chất đầu ngành, đã cho ra mắt lô Polyether Ether Ketone (PEEK) đầu tiên, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực polyme hiệu suất cao.
Polyether Ether Ketone, hay PEEK, là loại vật liệu có cấu trúc phân tử xen kẽ giữa các nhóm ether và ketone. Độ bền cơ học đặc biệt, độ ổn định nhiệt và khả năng kháng hóa chất của PEEK có được nhờ các liên kết đặc biệt này, khiến nó trở thành vật liệu được săn đón không kém cạnh PEKK.
Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) gần đây đã phê duyệt PEEK an toàn với tiếp xúc con người theo các điều kiện chuẩn bị cho phép. Sự tiến bộ này đã mở đường cho việc đưa PEEK vào ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, nơi nó ngày càng được sử dụng nhiều trong nhiều bộ phận khác nhau bao gồm dụng cụ nấu nướng, dụng cụ pha chế đồ uống và vòi phun cũng như các ứng dụng chế biến.. Sự phê duyệt này lần nữa khẳng định độ tin cậy và sự an toàn của vật liệu, không chỉ trong xử lý và chế biến thực phẩm mà cả trong bối cảnh công nghiệp.
PEEK dễ dàng tích hợp vào các thiết kế phức tạp bởi nó có thể được chế tác bằng nhiều phương pháp sản xuất khác nhau, chẳng hạn như ép phun, ép đùn và gia công.
PEEK từng được chọn để sản xuất hai thành phần quan trọng cho Thí nghiệm phân phối cực quang Sao Mộc trên
Tàu thăm dò không gian Juno của NASA. Viện Nghiên cứu Tây Nam San Antonio đã phát triển các cảm biến JADE dành cho electron và ion. Tiềm năng PEEK đem lại không chỉ gói gọn trong vai trò của nó mà còn cả thúc đẩy các nỗ lực khám phá không gian.
2. PEKK vs PEEK: Đâu là sự khác biệt?
PEKK và PEEK luôn đi đầu trong công nghệ y tế, cung cấp những cải tiến chưa từng có về thiết bị cấy ghép
2.1. Cấu trúc hóa học:
Cấu trúc phân tử của PEKK bao gồm các đơn vị lặp lại, mỗi đơn vị chứa hai nhóm ketone (-CO-). PEKK thể hiện sức mạnh cơ học, sự ổn định nhiệt và khả năng chống hóa chất đáng kinh ngạc nhờ cấu trúc này, tạo ra chuỗi polymer với các nhóm ketone và ether xen kẽ.
Trái lại, PEEK được tạo thành từ các đơn vị lặp lại gồm một nhóm ether (-O-) và một nhóm ketone (-CO-). Với sự xen kẽ giữa chức năng ketone và ether, cấu hình phân tử này tạo ra chuỗi polymer. Bởi vì mỗi đơn vị lặp lại của PEEK chỉ có một nhóm ketone, nên tất cả các đặc tính của nó có thể xảy ra các biến số đáng kể. Nhìn chung, PEEK vẫn mạnh mẽ hơn, ổn định ở nhiệt độ cao hơn và kháng hóa chất tốt hơn so với PEKK.
2.2. Độ bền cơ học:
PEKK:
- Độ bền kéo nằm trong khoảng từ 70 đến 150 MPa.
- Mô đun uốn có thể dao động từ 2.800–4.000 MPa.
PEEK:
- Độ bền kéo nằm trong khoảng từ 90 đến 100 MPa.
- Mô đun uốn có thể dao động từ 3.500–4.000 MPa.
Nguyên nhân chính dẫn đến sự khác biệt về độ bền cơ học giữa PEEK (Polyether Ether Ketone) và PEKK (Polyetherketoneketone) là những thay đổi trong cấu trúc phân tử của chúng.
Tuy nhiên, các thông số xử lý như nhiệt độ, áp suất và tốc độ làm mát trong quá trình sản xuất cũng có thể ảnh hưởng đến tính chất cơ học của PEKK và PEEK. Những thay đổi trong quá trình xử lý có thể tác động đến mức độ kết tinh và sự liên kết phân tử, từ đó ảnh hưởng đến độ bền cơ học.
Ví dụ, trong quá trình ép phun, tốc độ kết tinh bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ nóng chảy của polyme khi được đổ vào khuôn. Việc điều chỉnh cấu hình nhiệt giúp tối đa hóa độ kết tinh. Nhiệt độ đúc cao thì độ kết tinh cũng cao hơn và do đó, độ bền cơ học cũng được gia tăng.
2.3. Độ bền nhiệt:
Cho các vật liệu tiếp xúc với nhiệt độ, các nhà nghiên cứu đảm bảo tiềm năng của chúng cho các ứng dụng hiệu suất cao.
PEKK: Dễ dàng chống chịu với biên độ nhiệt từ -70°C đến 260°C
PEEK: Dễ dàng chống chịu với biên độ nhiệt từ -70°C đến 250°C
Bằng cách thêm các chất phụ gia hoặc chất độn, như sợi carbon hoặc sợi thủy tinh, độ ổn định nhiệt của PEKK và PEEK có thể được gia giảm tùy ứng dụng. Điều này cũng tương tự hiệu suất cơ học.
2.4. Kháng hóa chất:
PEKK: Có khả năng kháng ấn tượng trước axit, bazơ, dung môi và dầu
PEEK: Dễ dàng chống lại axit, bazơ, dung môi và hydrocarbon.
Để tăng cường khả năng kháng hóa chất trong nền polyme. Một số nhà sản xuất thường bổ sung chất độn và chất phụ gia. Chất độn có khả năng cung cấp một rào cản vật lý ngăn chặn các hóa chất xâm nhập và phá vỡ nền polyme.
2.5. Tính tương thích sinh học:
Thành phần hóa học của PEEK và PEKK được các hệ thống sinh học dung nạp tốt, đảm bảo không giải phóng các chất có hại. Cả hai vật liệu đều có đặc tính trơ, làm giảm nguy cơ sinh ra phản ứng mang độc tính khi cấy ghép.
Đặc tính bề mặt của chúng thường được sửa đổi để tăng cường tương tác với các mô sinh học, thúc đẩy sự tích hợp và giảm sự đào thải.
Trong chỉnh hình, PEEK được sử dụng trong các thiết bị thay thế khớp và bản xương, trong khi PEKK được ứng dụng trong lồng hợp nhất cột sống. Ngoài ra, chúng còn xuất hiện trong các dụng cụ phẫu thuật và hệ thống phân phối thuốc nhằm kiểm soát lượng dược phẩm được hấp thụ qua cơ thể con người
2.6. Ứng dụng:
PEKK và PEEK đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực vật liệu tiên tiến, mang đến các giải pháp đổi mới trong nhiều ngành công nghiệp.
| Ứng dụng |
Giải pháp/Sản phẩm PEEK |
Giải pháp/Sản phẩm PEKK |
| Thành phần kết cấu |
Giá đỡ, kẹp và bảng nhẹ |
Kết cấu khung, ống dẫn và tấm nội thất |
| Linh kiện động cơ |
Bộ phận piston, phốt van |
Vòng đệm, con dấu |
| Cấy ghép chỉnh hình |
Thay khớp, lồng hợp nhất cột sống |
Lồng hợp nhất cột sống, thiết bị liên cơ thể |
| Bộ phận nhân tạo |
Cấy ghép răng, trụ cầu |
Cấy ghép răng, cầu răng |
| Linh kiện sản xuất |
Bánh răng, vòng bi, ống lót |
Bộ phận bơm, ghế van, con dấu |
| Cách điện |
Đầu nối, vỏ |
Đầu nối điện, vỏ thiết bị |
| Bộ phận ép phun |
Các bộ phận ép phun như khuôn và vòi phun |
Khuôn ép đùn, dụng cụ ép phun và đồ đạc |
3. PEKK vs PEEK: Khác biệt trong quy trình sản xuất
Những thay đổi trong thành phần monome và điều kiện phản ứng dẫn đến những đặc tính riêng cho từng loại vật liệu.
3.1. Quy trình sản xuất PEKK:
Thông thường, quá trình trùng hợp tăng trưởng từng bước—còn được gọi là quá trình đa ngưng tụ—được sử dụng để tạo PEKK. Chuỗi polyme dài được tạo ra trong quy trình bằng một loạt các phản ứng hóa học liên quan đến các monome bao gồm nhóm ether và ketone. Cụ thể, clorua điacid aromat và bisphenol aromat được cho phản ứng dưới điều kiện xúc tác để tạo ra PEKK.
PEKK thu được được tinh chế và xử lý thành các dạng khác nhau, bao gồm cả dạng viên hoặc bột, để sử dụng tiếp sau khi quá trình trùng hợp kết thúc. Để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh, viên hoặc bột PEKK này sau đó có thể được in, đúc hoặc ép đùn 3D.
3.2. Quy trình sản xuất PEEK:
PEEK thường được sản xuất thông qua phản ứng thế nucleophile, thường được biết đến là polycondensation, một kỹ thuật trùng hợp tiên tiến. Phương pháp này tạo ra các chuỗi polyme PEEK bằng phản ứng của dihalua và bisphenol dưới nền xúc tác axit hoặc bazơ.
Để thúc đẩy phát triển chuỗi và liên kết ngang, phản ứng trùng hợp được hỗ trợ trong áp suất và nhiệt độ cao, thường ở trạng thái nóng chảy hoặc dung môi. Sau khi đạt trọng lượng phân tử cần thiết, các chất dư thừa và dung môi còn sót lại sẽ được loại bỏ khỏi PEEK bằng kết tủa, rửa và sấy khô.
Sau đó, các kỹ thuật như ép phun, ép nén hoặc gia công được ứng dụng để xử lý PEEK và hoàn thiện thành phẩm cuối cùng.
3.3. Điểm khác biệt chính trong khâu sản xuất::
Thành phần monome: Các monome được sử dụng để tổng hợp PEKK chứa các nhóm ketone và ether, trong khi tổng hợp PEEK chứa các nhóm ketone và halogenua, dẫn đến sự khác biệt về cấu trúc và tính chất hóa học.
Điều kiện phản ứng: Nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác được sử dụng trong phản ứng trùng hợp PEKK và PEEK khác nhau, điều này có tác động đến động học trùng hợp và cấu trúc tổng thể.
Chi phí: Do có sự khác nhau về tính sẵn có của nguyên liệu thô, điều kiện phản ứng và kỹ thuật tinh chế nên quy trình sản xuất PEKK và PEEK có thể tốn nhiều chi phí. So với PEEK, việc sản xuất PEKK có thể yêu cầu các quy trình tổng hợp phức tạp hơn và các chất xúc tác chuyên dụng hơn, điều này có thể làm tăng mức phí sản xuất.
4. PEKK vs PEEK: Vậy cái nào tốt hơn?
| Tiêu chí |
PEKK |
PEEK |
Nhận định |
| Độ bền cơ học |
- Có độ bền kéo cao hơn (70-150 MPa) |
- Có độ bền kéo thấp hơn (90-100 MPa) |
PEKK: Thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền cơ học cao hơn. |
| |
- Có mô đun uốn cao hơn (2.800-4.000 MPa) |
- Có mô đun uốn tương tự (3.500-4.000 MPa) |
|
| Ổn định nhiệt |
- Có thể chịu được nhiệt độ (-70°C đến 260°C)
|
- Có thể chịu được nhiệt độ (-50°C đến 250°C) |
PEKK: Được ưu tiên cho các ứng dụng nhiệt độ cao do phạm vi nhiệt độ rộng hơn. |
| |
- Độ ổn định nhiệt cao hơn |
- Độ ổn định nhiệt thấp hơn một chút |
|
| Kháng hóa chất |
- Có khả năng kháng axit, bazơ, dung môi, dầu cao |
- Có khả năng kháng axit, bazơ, dung môi, hydrocarbon cao |
Bằng nhau: Cả hai vật liệu đều có khả năng kháng hóa chất đặc biệt. |
| Tương thích sinh học |
- Đã được thử nghiệm rộng rãi về khả năng tương thích sinh học, thích hợp cho các thiết bị và mô cấy y tế |
- Được sử dụng rộng rãi trong cấy ghép và thiết bị y tế |
Bằng nhau: Cả hai vật liệu đều phù hợp cho các ứng dụng y tế đòi hỏi tính tương thích sinh học. |
| Sản xuất linh hoạt |
- Có thể bao gồm các bước tổng hợp phức tạp hơn và các chất xúc tác chuyên dụng hơn, có khả năng dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn |
- Nói chung dễ xử lý hơn và tiết kiệm chi phí hơn |
PEEK: Cung cấp tính linh hoạt trong sản xuất tốt hơn và hiệu quả chi phí. |
| Chi phí |
- Chi phí sản xuất có thể cao hơn do sự phức tạp của các bước tổng hợp và chất xúc tác chuyên dụng |
- Nói chung chi phí sản xuất thấp hơn |
PEEK: Cung cấp hiệu quả chi phí tốt hơn |
Cả PEKK và PEEK đều không thể được dán nhãn là "tốt hơn" cái kia. Thay vào đó, sự lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu và mức độ ưu tiên cụ thể của ứng dụng của bạn. PEKK vượt trội trong môi trường nhiệt độ cao và mang lại các đặc tính cơ học vượt trội, trong khi PEEK được công nhận rộng rãi nhờ tính linh hoạt, độ bền và hiệu quả chi phí.
Chú trọng các yếu tố như khả năng chịu nhiệt độ, độ bền cơ học, khả năng kháng hóa chất, khả năng tương thích sinh học và chi phí khi lựa chọn vật liệu phù hợp nhất cho dự án của bạn.
5. Giới thiệu EuroPlas
EuroPlas (EuP) nổi bật là công ty dẫn đầu toàn cầu trong ngành vật liệu nhựa, nổi tiếng với cam kết đổi mới, ưu tiên sự hài lòng của khách hàng và mục tiêu phát triển bền vững.
Tận dụng công nghệ tiên tiến, đội ngũ lao động chuyên nghiệp và tầm nhìn quốc tế, EuroPlas cung cấp các giải pháp vật liệu nhựa tùy chỉnh nhằm đáp ứng các nhu cầu đa dạng của ngành công nghiệp toàn cầu.
Khám phá nhiều giải pháp vật liệu nhựa và tìm hiểu thêm về cách EuroPlas có thể giúp ích cho doanh nghiệp của bạn bằng cách truy cập
trang web của chúng tôi.
Đừng bỏ qua
blog của EuroPlas, nơi thường xuyên cập nhật những thông tin, phân tích và giải pháp mới nhất trong lĩnh vực vật liệu nhựa.