PEEK는 광범위한 산업 분야와 다양한 애플리케이션에서 활용되는 완벽한 소재에 가장 근접한 제품입니다. 혹독한 환경에서도 뛰어난 내구성을 자랑하는 것으로 유명합니다. 유리 및 탄소 강화 등급은 상온에서 모든 열가소성 플라스틱 중 가장 강하며, 비보강 등급은 고압 증기 등 화학적으로 가장 공격적인 환경에 대한 내성이 뛰어납니다.
1980년대 초 빅트렉스 PLC에 의해 처음 도입된 후 1980년대 초 ICI(Imperial Chemical Industries)에 의해 도입되어 거의 40년 동안 사용되어 왔습니다. 2000년대 초 빅트렉스 PLC의 특허권이 만료된 후 솔베이를 비롯한 다른 업체들이 PEEK 수지 생산에 뛰어들었기 때문에 오늘날 최종 사용자와 지정업체는 선택할 수 있는 PEEK 수지 등급이 부족하지 않습니다. 인지도는 여전히 빅트렉스 브랜드를 선호하지만 솔베이의 케타스파이어 픽(Ketaspire PEEK)이 이끄는 다른 브랜드가 매년 판매량과 시장 점유율을 모두 높이고 있습니다. 오늘날 솔베이는 미국에 본사를 둔 유일한 PEEK 수지 생산업체입니다.
왜 PEEK인가요?
PEEK는 폴리에테르 에테르 케톤의 줄임말로, 화학에 대한 배경 지식이 풍부한 사람 외에는 잘 이해하지 못하는 용어입니다. 간단히 말해, 폴리머의 화학 구조를 의미하지만 대부분의 폴리머 과학자들은 PEEK를 폴리아릴에테르 케톤(PAEK)이라는 광범위한 케톤 폴리머 계열에 속하는 것으로 파악합니다. 이 PAEK 제품군은 에테르 그룹과 케톤 그룹의 비율이 다른 여러 가지 구성을 포함하며, 가장 일반적인 것은 PEEK입니다. 특정 화학 물질에 관계없이 PEEK가 다양한 환경에서 강력한 성능을 발휘하는 것은 폴리케톤 화학 구조 때문입니다. PEEK가 수많은 엔지니어링 애플리케이션에 자연스럽게 어울릴 수 있는 이유는 무엇일까요?
빅트렉스 PEEK
탄소 섬유 강화 등급 30%
빅트렉스 PEEK 450 CA30은 탄소 섬유를 30% 보강하여 PEEK 등급 중 가장 높은 기계적 강도와 강성을 달성했습니다. PEEK 450 CA30은 반복적인 오토클레이브 사이클에 영향을 받지 않으며 다양한 화학 물질에 대한 내성이 있습니다. 또한 식품과 직접 접촉하는 애플리케이션에 대해 FDA 규정을 준수하며 UL 94 V-0을 비롯한 항공우주 산업의 엄격한 가연성 및 저연기 요건을 충족합니다.
20% PTFE – 강화 등급
20%의 균일하게 분산된 PTFE 분말 함량으로 빅트렉스 PEEK 450 FE20은 탁월한 베어링 및 마모 특성을 제공합니다. 비충진 PEEK보다 마찰 계수가 50% 낮고 마모율이 25% 낮은 것이 간헐적 서비스 부싱과 로터에 사용되는 주요 요인입니다. 450 FE 20 등급은 FDA 규정을 준수하며, 비충진 및 강화 등급보다 낮은 압력에서 밀봉이 가능합니다.
10-10-10 베어링 등급
흑연 10%, 탄소 섬유 10%, PTFE 분말 10%로 제조된 빅트렉스 PEEK 450FC30은 폴리케톤 폴리머 중 마모가 가장 적고 PV가 가장 높습니다. 재사용 가능한 의료 기기부터 헬리콥터 부품까지 다양한 부싱과 베어링에 적합한 이 고급 열가소성 플라스틱은 반복적인 고압 멸균 처리에도 영향을 받지 않습니다. 식품과 직접 접촉하는 구성 요소에 대해 FDA 규정을 준수하며 인화성 및 연기 발생에 대한 항공우주 산업의 요구 사항도 충족합니다.
고온 PEK 기반 등급
화학적으로 폴리에테르케톤(PEK) 폴리머인 빅트렉스 HT는 기존 PEEK보다 유리 전이 온도(Tg)가 높고 내크리프성이 뛰어납니다. 또한 인장 강도와 굴곡 계수가 높고 30°C(54°F) 이상의 고온에서도 강도를 유지합니다. 진정한 PEEK의 광범위한 내화학성 및 피로 특성은 부족하지만, 빅트렉스 PEK HT는 다양한 고온 다운홀 애플리케이션에 적합한 옵션이 될 수 있습니다.
케타스파이어 엿보기
두 제품 모두 동일한 Mil-P46183 표준을 충족하지만 솔베이의 KT-820 시리즈 PEEK 수지는 빅트렉스 450 시리즈보다 분자량(MW)이 더 높습니다. 일반적으로 MW가 높을수록 인성이 커지고 그에 따라 모듈러스도 감소합니다. 용융 공정에서 KT-820 수지의 높은 MW 덕분에 Drake는 더 두꺼운 단면을 생산할 수 있습니다. KT-820 시리즈의 옵션으로 빅트렉스는 650 등급으로 더 높은 MW 수지를 제공하며, 솔베이는 그보다 더 높은 MW 수지를 제공합니다. Drake는 이 두 가지 높은 MW 옵션을 모두 주문 제작 방식으로 제공합니다.
채워지지 않은 PEEK 등급
이 비충진 등급은 내화학성, 내마모성 및 내열성이라는 PEEK 고유의 균형을 갖추고 있습니다. 섬유 강화 및 베어링 등급은 고강도 및 내마모성 부품에 사용하기 위해 수정되지만, 비충진 PEEK도 적용 요건에 따라 이러한 영역에서 성능을 발휘합니다. KetaSpire KT820NT는 다운홀 사워 가스 및 증기 서비스에 대한 NORSOK M-710 인증을 받았으며 항공우주 가연성 및 연기 발생 요건을 충족합니다.
30% 유리 섬유 강화 등급
유리 섬유를 30% 보강한 KT 820GF30 PEEK는 비강화 PEEK 등급보다 강도와 강성이 크게 향상되었습니다. 또한 유리 섬유 함량은 적절한 설계와 봉쇄를 통해 서비스 온도가 PEEK의 Tg 150C/ 302F를 훨씬 초과할 수 있는 애플리케이션에서 구조적 성능을 향상시킵니다. KT820GF30 PEEK는 사워 가스 및 증기 서비스에 대한 NORSOK M-710 인증을 받았으며 항공기에 대한 가연성 및 연기 발생 요구 사항을 충족합니다.
탄소 섬유 강화 등급 30%
KetaSpire KT 820CF30의 30% 탄소 섬유 강화는 PEEK 등급 중 가장 높은 강도와 강성 수준을 제공합니다. 이 고급 열가소성 플라스틱은 재사용 가능한 의료 기기에서 반복적인 고압 멸균을 견딜 수 있으며 내화학성으로 인해 반도체 습식 공정에 응용되고 있습니다. KT820CF30은 다운홀 사워 가스 및 증기 서비스에 대해 NORSOK M-710 인증을 받았으며 항공 우주 가연성 및 저연기 발생 요건을 충족합니다.
고온 PEEK 등급
고온용 케타스파이어 PEEK XT는 PEEK 고유의 성능 속성에 36°F(20°C) 더 높은 유리 전이 온도(Tg)를 결합한 제품입니다. 또한 Tg는 빅트렉스 HT PEK보다 18°F(10°C) 더 높습니다. 진정한 PEEK 폴리머와 동일한 에테르 대 케톤 비율을 가지고 있기 때문에 고온용 KetaSpire XT는 PEK, PAEK 및 기타 폴리케톤에 비해 PEEK가 제공하는 우수한 내화학성 및 내피로성을 동일하게 갖습니다.
PEEK 산업 등급
Drake는 Mil-P 46183 및 기타 사양에 대한 인증이 필요하지 않은 애플리케이션을 위한 산업용 등급 PEEK 스톡 형상을 제공합니다. 당사의 프리미엄 품질 등급보다 저렴한 가격의 Drake 산업용 등급 PEEK 제품은 사출 성형, 압출 또는 압축 성형된 다른 상업용 PEEK 스톡 형태와 경쟁할 수 있는 위치에 있습니다. 모든 Drake 산업용 등급 PEEK 형상에는 수지 성분 및 비중 범위를 확인하는 Drake 인증이 제공되지만 수지 제조업체 인증은 제공되지 않습니다. 인증 예시
Mil-P 46183, ASTM D6262 및 기타 인증이 필요한 애플리케이션의 경우, KetaSpire 및 Victrex PEEK 수지로 제작된 Drake의 스톡 형상을 다양한 인기 등급과 크기로 이용할 수 있습니다. 이러한 제품에 대한 샘플 인증: 빅트렉스 제품 인증; 솔베이 케타스파이어 제품 인증
Drake의 비보강 산업용 PEEK는 시중에서 판매되는 비보강 PEEK에 필적하는 물리적 특성과 내화학성을 갖추고 있습니다. 쉽게 가공할 수 있으며 증기와 뜨거운 물에 장시간 노출되어도 잘 견딥니다.
Drake의 산업용 등급 베어링 및 마모 강화 PEEK는 비충진 PEEK보다 PV가 높고 마모율이 낮습니다. 강도, 온도 및 내화학성은 비충진 PEEK와 비슷합니다. 또한 정밀 부품으로 쉽게 가공할 수 있습니다. 이 산업용 등급에는 흑연, 탄소 섬유 및 PTFE가 각각 10%씩 함유되어 있으며, Ketron HPV 형상 및 빅트렉스 450FC30 및 케타스파이어 KT-820 SL30 베어링 및 마모 등급 수지와 유사합니다.
유리 섬유가 30% 보강된 Drake의 GF30 산업용 등급은 비보강 및 베어링 등급 PEEK보다 기계적 강도가 높습니다. 높은 강도와 PEEK와 유리의 고유한 내화학성을 결합한 Drake 산업용 등급 GF30 PEEK 형상은 고온에서 내화학성과 강도가 필요한 가공 절연체 및 석유 및 가스 애플리케이션에 자주 사용됩니다.
탄소 섬유 함량이 30%인 이 포뮬레이션은 Drake의 산업용 등급 PEEK 스톡 형태 중 가장 높은 수준의 기계적 강도를 제공합니다. 내마모성과 내열성이 뛰어나며 증기, 온수 및 다양한 화학 물질에 장기간 노출되어도 견딜 수 있습니다. 또한 딱딱한 결합 표면에 부딪힐 때 베어링 재료로서도 우수한 성능을 발휘합니다. 이 등급의 스톡 형상으로 정밀 가공된 부품을 만들 수 있습니다.
왜 Peek인지 자세히 알아보기
- 우수한 열적 특성 – 비충진 PEEK는 강도가 높고 고온에 대한 저항력이 뛰어나며 화씨 약 650도에 도달할 때까지 녹지 않습니다. 장기적으로는 화씨 500도에 가까운 온도에서, 단기적으로는 그보다 훨씬 높은 온도에서 유용하며, 이는 대부분의 폴리머가 견딜 수 있는 범위를 훨씬 뛰어넘는 온도입니다. PEEK의 유리 전이 온도 또는 연화 온도는 화씨 300도에 가깝습니다. 이 고유한 특성은 강화 및 화학적 수정을 통해 보완할 수 있습니다.
- 강력한 내화학성 – 언필드 PEEK는 PTFE에 근접하는 광범위한 내화학성을 제공하지만 강도는 훨씬 더 높기 때문에 화학 처리 및 석유 및 가스 회사에서 선호하는 선택입니다. 견딜 수 있는 화학물질에는 대부분의 산(불산과 수소화수소산만 예외), 아세톤, 모든 알코올, 암모니아, 벤젠, 염소, 산화에틸렌, 포름알데히드, 가솔린 및 대부분의 연료, 글리세린, 과산화수소, 황화수소, 메탄, MEK, 염화메틸렌, 오존, 펜탄, 탄산나트륨, 수산화나트륨 및 톨루엔이 있습니다. 그리고 이는 PEEK가 내성을 가진 물질 중 일부에 불과합니다. 이러한 광범위한 저항성은 거의 모든 애플리케이션에 적용할 수 있기 때문에 PEEK가 보편화된 주요 이유입니다.
- 뛰어난 내마모성 – 균형 잡힌 내마모성 측면에서 PEEK를 따라올 수 있는 폴리머는 거의 없습니다. 물론 ‘마모’는 일반적인 용어이며 추가 설명이 필요합니다.
마모성 마모는 카운터 표면의 요철로 인해 발생하는 절단 작용을 의미합니다. 피로 마모는 반복적인 압력과 응력으로 인해 발생하는 재료의 변형을 말합니다. 마찰은 움직임에 저항하는 힘으로, ‘마모’는 아니지만 그럼에도 불구하고 문제가 됩니다. PEEK의 특성은 마모 및 피로 마모에 대한 내성을 제공하며, 자연적으로 마찰이 적은 소재입니다. PTFE 흑연과 탄소 섬유가 합금된 PEEK는 마모가 심한 환경에서도 높은 압력-속도 조건에서 낮은 마모율을 제공합니다. 최대 응력과 속도가 낮을 경우, 비충진 PEEK는 우수한 내피로성과 우수한 내마모성을 제공합니다. 20%(20%) PTFE 충진 PEEK(FE20)는 비충진 PEEK에 비해 마찰 계수가 낮고 마모율이 개선되었습니다. - 뛰어난 처리성 – PEEK의 처리 용이성 덕분에 대량 상업용 애플리케이션에서 널리 사용되고 있습니다. PEEK 부품은 핫 러너 시스템이 장착된 대량 툴링에서 사출 성형되며, 압출 및 사출 성형 스톡 모양으로 가공되고 얇은 스트립 스톡 또는 필름으로 스탬핑 및 가공되기도 합니다. 고성능 열가소성 플라스틱 가공은 필요한 형상의 가용성이 제한되어 있어 불필요한 가공 스와프와 제작 시간으로 인해 제조 비용이 증가하는 경우가 많기 때문에 어려울 수 있습니다. PEEK의 높은 분자량과 용융 안정성 덕분에 200mm 이상의 로드, 최대 4인치의 플레이트, 2인치 두께의 튜브와 같은 큰 단면으로 압출할 수 있습니다. 50가지 이상의 다양한 크기의 PEEK 로드와 플레이트가 재고로 준비되어 있으며 즉시 배송할 수 있습니다. 또한 PEEK는 복잡한 형상의 부품을 생산하는 데 필요한 광범위한 가공을 견딜 수 있는 몇 안 되는 고성능 열가소성 플라스틱 중 하나로, 다양한 응용 분야에서 사용되는 이유 중 하나입니다.
- 생체 적합성 – 의료 산업은 항상 인체에 활용될 수 있는 소재를 찾고 있습니다. 많은 폴리머는 신체의 면역 체계에 의해 거부되어 심각하고 심지어 생명을 위협하는 합병증을 유발할 수 있습니다. 또한 재료가 수용되더라도 마모와 심한 마찰로 인해 마모되어 재료의 조각이 떨어져 나가 생체 기능을 방해할 수 있습니다. 사람의 뼈에 가까운 높은 강도와 탄성을 가진 PEEK는 이미 척추 임플란트, 두개골 재건 등 다양한 수술에 사용되고 있습니다. PEEK는 불활성이며 생체 적합성이 뛰어나 화학 분석이나 수술 과정에서 생체액과 직접 접촉하는 표면 및 부품에 가장 적합한 후보로 꼽힙니다.
가공 또는 사출 성형… 제작 방법을 선택하세요.
PEEK는 사출 성형하거나 부품으로 가공할 수 있으므로 두 가지 공정에 대한 인사이트를 언급할 필요가 있습니다. 미리 말씀드리자면, 어느 프로세스가 모든 경우에 명확하게 우월한 것은 아닙니다. 프로세스 선택은 프로젝트 엔지니어가 면밀히 검토해야 할 사항이며, 부품 공급업체와도 논의해야 할 사항입니다.
사출 성형 시 PEEK는 일반적으로 10,000달러 이상의 비용이 드는 복잡한 도구의 일부인 맞춤형 캐비티에 사출 성형됩니다. 툴링에 대한 투자가 정당하다면 이 방법이 가장 효율적이고 빠르게 부품을 제작할 수 있는 방법입니다. 반면 기계 가공은 대부분의 금속 부품이 생산되는 경로를 반영하는 재고 모양과 기계 공장을 사용합니다. 일반적으로 PEEK 막대는 수백 달러의 비용으로 며칠 내에 부싱이나 베어링으로 가공할 수 있으므로 속도와 유연성이 타의 추종을 불허합니다. 압출 성형의 특성은 가장 높은 강성과 가장 큰 인성을 제공하며 일반적으로 가장 안정적인 성능을 제공합니다.
대부분의 고정밀 애플리케이션에서는 가공 PEEK가 선호되는 옵션입니다. 여기에는 생산량이 적은 경우(특히 5,000개 미만의 부품을 생산하는 경우), 더 큰 부품을 생산해야 하는 경우, 인성 및 충격 강도가 주요 우선 순위인 경우 등이 포함됩니다. 요컨대, 가공은 부품이 우수한 기계적 및 마모 특성을 제공해야 할 때 가장 효과적입니다.
다시 말하지만, 두 프로세스 사이에 명확한 승자는 없지만 어느 쪽이 더 큰 이점을 제공하는 상황도 있습니다. 사출 성형은 가공 시간과 낭비를 줄여 단가를 낮출 수 있으므로 복잡한 부품(보통 한 번에 10,000개 이상)을 생산할 때는 사출 성형 PEEK가 더 나은 선택입니다. 사출 성형은 가공 시 기하학적 문제를 극복하기 어려운 경우에도 적합한 선택입니다.
PEEK는 어디에 사용되나요?
채워지지 않은 PEEK가 전 세계적으로 소비되는 PEEK의 양을 지배하고 있습니다. 내구성, 가용성 및 가공성을 갖춘 PEEK는 특히 고온에서 높은 강도와 비활성이 요구되는 다양한 산업 분야에서 선택되는 소재입니다. 폴리머의 새로운 용도는 항상 고안되고 있습니다. 폴리머의 대표적인 용도는 다음과 같습니다:
- 반도체 및 전자 제품 – 고온에서도 강도를 유지하는 PEEK의 순도, 독한 화학 물질을 견디는 능력은 반도체 및 전자 제품 제조에 매우 적합합니다. PEEK는 웨이퍼 취급 도구와 하드웨어에 가공할 수 있어 화학 세척 시 특히 유용합니다. 특히 화학적 기계적 평탄화 및 식각 시에는 칩 생산 중에도 비충진 PEEK가 매우 중요합니다. PEEK 필름이 가장 많이 사용되는 분야 중 하나는 휴대폰입니다.
- 석유 및 가스 – 석유 및 가스 산업에서 비충진 PEEK 및 유리 충진 PEEK는 일반적으로 씰 및 전기 커넥터로 가공되어 절연체 및 절연체 역할을 할 뿐만 아니라 부드러운 씰 재료의 보강재 역할도 합니다. PEEK는 증기와 거친 다운홀 환경에서 발생하는 화학 물질에 대한 내성이 강해 석유 및 가스 분야에 적합합니다. 화학적 열화 위험 없이 석유화학 가스 및 액체의 흐름을 관리하는 데 도움이 되는 PEEK 밸브 시트 및 씰 다운스트림
- 항공우주 – PEEK는 상업용 및 군용 항공기 모두에 사용되며, 두 환경 모두에서 안정적이고 내구성이 뛰어난 소재만 사용됩니다. 항공우주 산업에서 PEEK의 낮은 연기 발생과 뛰어난 내열성은 그 가치를 입증하는데, 비충진 PEEK는 열과 화재에 매우 강해 자체 소화되기 때문입니다. 이러한 특성으로 인해 스트레스를 많이 받는 항공우주 전자기기와 높은 열과 극한의 조건을 모두 견뎌야 하는 열 절연체에 적합합니다. 450CA30 및 KT820CF30과 같은 탄소 섬유 강화 PEEK 등급은 유리 강화 PEEK 등급의 고밀도 없이도 최대 강도와 강성을 제공합니다.
- 의료용 – 언필드 피크의 생체 적합성은 이미 해결되었으며, 척추 및 치과 임플란트 등 임플란트 역할을 하는 언필드 피크는 이 속성을 가지고 있습니다. 탄소 섬유로 강화된 PEEK도 임플란트 수명이 환자보다 길 정도로 장기간 불활성 상태로 안정적으로 유지됩니다. PEEK의 비활성성과 안정성은 반복적인 고압 멸균을 견딜 수 있어 재사용 가능한 의료 기기에서 작동할 수 있습니다. PEEK의 방사선 투과성 또한 가치가 있습니다. 즉, PEEK는 X-레이 이미징뿐만 아니라 CT 및 MRI 스캔을 포함한 무선 이미징에 보이지 않습니다. 이 방사선 투과성은 임플란트가 주변 조직을 시야에서 가리지 않기 때문에 조직 성장 과정을 연구하는 데 특히 중요합니다.
- 식품 및 포장 – 비충진 PEEK는 식품 등급으로 제공되므로 식품과 접촉하는 가전제품 및 표면에 통합할 수 있습니다. 표준 적용 분야에는 충전 노즐, 혼합 패들, 베어링, 부싱 및 밸브 부품, 특히 감귤류 가공 및 고온 충전 기계와 관련된 부품이 포함됩니다. 공정 온도가 상승함에 따라 밸브 바디는 아세탈에서 비충진 PEEK로 전환되었습니다. 또한, 채워지지 않은 PEEK는 모든 CIP(클린 인 플레이스) 솔루션에 영향을 받지 않습니다.
위의 내용은 PEEK 애플리케이션에 대한 표면적인 설명일 뿐입니다. 기업들이 점점 더 높은 ‘사용 중’ 비용 효율성을 추구함에 따라, 이를 달성하기 위해 PEEK를 활용하는 경우가 많습니다. PEEK는 현재 시판 중인 고성능 폴리머 중 가장 활용도가 높고 다재다능한 제품입니다.
어떤 유형의 PEEK를 사용할 수 있나요?
비충진 PEEK는 탁월한 화학적 불활성, FDA 규정 준수 및 최대 300°F의 강도를 제공합니다. 가공성과 청결성이 뛰어나 모든 케톤 기반 폴리머 중에서도 기어, 페룰, 생명 과학 및 의료 부품과 같이 공차가 엄격한 복잡한 기계 가공 부품이나 사출 성형 부품에 이상적입니다. KT820NT 종합 개요 자세히 보기
탄소 섬유 강화 피크는 피크 등급 중 가장 높은 강도와 강성을 제공합니다. 단위 부피당 더 많은 보강재를 포함하고 있음에도 불구하고 유리 강화 등급보다 7% 더 가볍습니다. 고하중 가공 또는 성형 부품에 탁월한 선택입니다. 450CA30 또는 KT820CF30 종합 개요에서 자세히 알아보세요.
유리 섬유 강화 PEEK는 비보강 PEEK 등급보다 강도와 강성이 높으면서도 전기 및 단열 특성이 뛰어납니다. 백업 씰 및 전기 커넥터 본체를 포함하여 고부하 가공 또는 성형 부품에 탁월한 선택입니다. KT820GF30 종합 개요 자세히 보기
베어링 등급 PEEK는 까다로운 마모 애플리케이션을 위한 PEEK 등급 중 가장 낮은 마모율을 제공합니다. 가장 일반적인 등급은 흑연, PTFE 및 탄소 섬유의 조합으로 구성되며 가장 일반적인 비율은 10-10-10 혼합입니다. 이 조합은 낮은 마찰과 높은 전도성을 촉진하여 더 높은 PV와 낮은 마모율을 가능하게 합니다. 450FC30 또는 KT820SL30 또는 450FE20 Filled Peek 종합 개요 보기
고온 PEEK 또는 PEK는 화학 구조가 약간 다르며 PEEK가 아닌 폴리에테르 케톤 PEK를 기반으로 합니다. PEK와 PEKEKK는 기존의 PEEK 화학 물질보다 높은 연화 온도를 제공합니다. 이 개선으로 HT와 같은 PEK 기반 소재는 50°F 더 높은 온도에서도 강도와 강성을 유지할 수 있어 다운홀 전기 커넥터에서 PEEK의 잠재력을 확장할 수 있습니다. PEEK HT 종합 개요 보기
