PEEK (polyetheretherketon) staat aan de absolute top van de hiërarchie van spuitgietbare thermoplasten. Met een continue gebruikstemperatuur van 260 °C, een chemische bestendigheid die die van fluorpolymeren evenaart en mechanische eigenschappen die zich kunnen meten met die van aluminium, is PEEK het materiaal bij uitstek wanneer niets anders volstaat. Maar het spuitgieten ervan is een heel ander verhaal — standaard spuitgietapparatuur en -parameters volstaan simpelweg niet. Deze gids behandelt alles wat u moet weten over het spuitgieten van PEEK.
Overzicht van PEEK-materiaal
PEEK is een semi-kristallijn aromatisch polyetherketon met een unieke combinatie van eigenschappen: een glasovergangstemperatuur (Tg) van 143 °C, een kristallijn smeltpunt (Tm) van 343 °C en een continue gebruikstemperatuur van 260 °C. De verwerkingstemperaturen liggen tussen 360 en 400 °C — ver boven de mogelijkheden van standaard spuitgietmachines.
De kristalliniteit van PEEK vormt de grootste uitdaging bij de verwerking ervan. PEEK kan, afhankelijk van de afkoelsnelheid, in amorfe of semikristallijne toestand voorkomen, en het verschil in eigenschappen tussen beide toestanden is enorm: amorf PEEK heeft een lagere chemische bestendigheid, een lagere modulus boven de Tg en slechtere slijtage-eigenschappen. Om de juiste kristalliniteit te bereiken, is een nauwkeurige regeling van de matrijstemperatuur tussen 160 en 200 °C vereist.
| Eigendom | Amorf PEEK | Semi-kristallijn PEEK |
|---|---|---|
| Treksterkte (MPa) | 90 | 100 |
| Modulus (GPa) | 3.6 | 4.0 |
| Chemische weerstand | Matig | Uitstekend |
| Slijtvastheid | Eerlijk | Uitstekend |
| Uiterlijk | Doorzichtig amber | Ondoorzichtig beige/lichtbruin |
Kritische verwerkingsparameters
Het spuitgieten van PEEK vereist een nauwkeurige regeling van alle parameters. Hieronder volgt het aanbevolen profiel voor ongevulde PEEK (Victrex 450G of gelijkwaardig):
| Parameter | Aanbevolen waarde | Opmerkingen |
|---|---|---|
| Achterste deel van de loop | 350 °C | Toevoerzone — moet boven Tg liggen, maar onder het punt van overmatige afbraak |
| Middenzone van de cilinder | 360–370 °C | Compressiezone — smelten en homogeniseren |
| Voorste zone van de loop | 370–380 °C | Meetzone — definitieve temperatuurstabilisatie |
| Temperatuur sproeier | 380–390 °C | Voorkom koude slug en zorg voor een soepele injectie |
| Schimmel Temperatuur | 160–200 °C | Van cruciaal belang voor de kristalliniteit — verwarmen met olie wordt aanbevolen |
| Injectiesnelheid | Matig tot snel | Voorkom voortijdige bevriezing in dunne wanden |
| Druk vasthouden | 70–100 MPa | Voldoende om de krimp te compenseren |
| Tegen druk | Laag (2–5 bar) | Overmatige tegendruk leidt tot slijtage |
| Schroefsnelheid | 50–100 tpm | Matig om de verwarming door afschuifkrachten tot een minimum te beperken |
| Het drogen van materiaal | 150 °C gedurende 3–4 uur | Streefvochtgehalte <0,02% |
Waarom de schimmeltemperatuur het belangrijkst is
De matrijstemperatuur is de allerbelangrijkste parameter voor PEEK. De oppervlaktetemperatuur van de matrijs bepaalt rechtstreeks de afkoelsnelheid, die op haar beurt de kristalliniteit bepaalt. Bij matrijstemperaturen onder 150 °C koelt PEEK te snel af om volledig te kristalliseren, wat resulteert in een amorfe oppervlaktelaag met een slechte chemische bestendigheid. Bij 160–200 °C biedt de afkoelsnelheid voldoende tijd voor de groei van sferulieten, waardoor semi-kristallijn PEEK met optimale eigenschappen ontstaat.
De matrijstemperatuur moet op peil worden gehouden gelijkmatig over het gehele oppervlak van de holte. Temperatuurschommelingen van meer dan ±5 °C leiden tot zones met verschillende kristalliniteit, wat zich uit in kromtrekken, inconsistente eigenschappen en zichtbare kleurverschillen (amorfe delen zien er transparant amberkleurig uit, terwijl kristallijne delen ondoorzichtig bruin zijn).
Vereisten inzake apparatuur
Standaard spuitgietmachines zijn niet geschikt voor PEEK. De minimumvereisten zijn:
- Cilinder en schroef: Hittebestendige cilinder met keramische bandverwarmers die geschikt zijn voor continu gebruik bij minimaal 450 °C. Bimetaalschroef met geharde spiraalpunten (Colmonoy 56 of gelijkwaardig) om de schurende slijtage van PEEK bij verwerkingstemperatuur te weerstaan.
- Compressieverhouding: Compressieverhouding van 2,0:1 tot 2,5:1. Hogere compressieverhoudingen veroorzaken overmatige schuifwarmte en kunnen tot materiaalafbraak leiden.
- Verwarming van de matrijs: Matrijstemperatuurregelaars met oliecirculatie die minimaal 200 °C kunnen bereiken. Elektrische patroonverwarmers zijn een alternatief, maar vereisen een zorgvuldige regeling in meerdere zones om een gelijkmatige temperatuur te garanderen. Standaard matrijstemperatuurregelaars op waterbasis zijn onbruikbaar — deze halen maximaal 95–120 °C.
- Isolatieplaten: Warmte-isolatieplaten (meestal van fenol of keramisch composiet, met een dikte van 10–15 mm) tussen de matrijs en de machineplaten zijn onmisbaar. Zonder isolatie wordt de warmte van de matrijs (180 °C) doorgegeven aan de machineplaten, wat leidt tot thermische uitzetting van de trekstangen en een onregelmatige klemkracht.
- Drogen: Adsorptiedroger geschikt voor 150 °C met een dauwpunt onder -40 °C. Het beoogde vochtgehalte voor PEEK is <0,02% — bij aanwezigheid van vocht verloopt de hydrolytische afbraak bij verwerkingstemperatuur uiterst snel.
Matrijsontwerp voor PEEK
Soorten poorten: Directe en randinlaten werken goed. Onderwater- en tunnelinlaten zijn problematisch, omdat de hoge viscositeit van PEEK bij normale verwerkingstemperatuur het moeilijk maakt om door kleine inlaten te stromen. Hotrunner-systemen moeten geschikt zijn voor 400 °C en gebruikmaken van extern verwarmde verdeelstukken — intern verwarmde hotrunners veroorzaken koude plekken.
Ontluchten: De diepte van de ontluchtingsopening mag niet groter zijn dan 0,01–0,02 mm (PEEK heeft bij de verwerkingstemperatuur een lage smeltviscositeit en zal via grotere ontluchtingsopeningen wegstromen). De lengte van het ontluchtingsvlak moet 0,5–1,0 mm bedragen voordat het ontluchtingskanaal zich tot de volledige diepte opent.
Maatvoering voor hardlopers: Er worden volronde kanalen met een diameter van 6–8 mm aanbevolen. PEEK stolt snel, en te smalle kanalen stollen al vast voordat de vulling voltooid is.
Hoeken van de ontwerptekeningen: Minimaal 1° uitloophoek, bij voorkeur 2° of meer. PEEK hecht bij hoge temperaturen sterk aan matrijsstaal en is bij kamertemperatuur broos — een onvoldoende uitloophoek leidt tot scheuren bij het uitwerpen.
Gietstaal: H13 (SKD61), gehard tot 52–56 HRC. P20 is geschikt voor prototypematrijzen, maar slijt sneller. Roestvrij staal (S136/420SS) wordt aanbevolen voor medische toepassingen vanwege de corrosiebestendigheid tijdens de stoomsterilisatie van de matrijs tussen de productieruns door.
Veelvoorkomende storingen en oplossingen
| Defect | Uiterlijk | Oorzaak | Oplossing |
|---|---|---|---|
| Zwarte vlekjes | Donkere vlekken in doorschijnende delen | Thermische afbraak in de tank | Verlaag de temperatuur van de cilinder, de verblijftijd of de schroefsnelheid. Spoel de machine grondig door. |
| Kromtrekken | Vervorming van onderdelen na het uitwerpen | Ongelijkmatige kristalliniteit als gevolg van schommelingen in de matrijstemperatuur | Zorg voor een gelijkmatiger temperatuurverdeling in de matrijs. Verhoog de matrijstemperatuur tot 180–200 °C. |
| Afdrukken van de gootsteen | Verdiepingen bij dikke delen | Onvoldoende houddruk of voortijdige bevriezing van de poort | Verhoog de houddruk en de houdtijd. Vergroot de spuitopening. |
| Brandsporen | Bruine/zwarte verkleuring aan het uitloopgedeelte | Luchtinsluiting bij compressie (dieseleffect) | Zorg voor een betere ontluchting. Verlaag de injectiesnelheid. |
| Onvolledige vulling | Korte opname, ontbrekende functies | Voortijdige stolling in dunne wanden | Verhoog de injectiesnelheid en de matrijstemperatuur. Voeg flow leaders toe. |
PEEK versus andere thermoplasten voor hoge temperaturen
| Parameter | PEEK | PEI (Ultem) | PPS | PSU |
|---|---|---|---|---|
| Tg (°C) | 143 | 217 | 88 | 187 |
| Tm (°C) | 343 | Amorf | 280 | Amorf |
| Verwerkingstemperatuur (°C) | 360–400 | 350–400 | 300–340 | 330–380 |
| Gietvormtemperatuur (°C) | 160–200 | 135–165 | 135–150 | 120–160 |
| Continue bedrijfstemperatuur (°C) | 260 | 170 | 220 | 160 |
| Chemische weerstand | Uitstekend | Matig — spanningsscheuren in oplosmiddelen | Uitstekend | Matig — aanvallen door ketonen |
| Materiaalkosten ($/kg) | 80–120 | 25–40 | 15–25 | 20–30 |
Toepassingen voor spuitgegoten PEEK-onderdelen
- Medisch: Spinal fusion cages, dental implants, surgical instrument handles. PEEK’s radiolucency (invisible on X-ray) and biocompatibility (ISO 10993 certified grades available) make it the dominant material for implantable devices.
- Lucht- en ruimtevaart: Brackets, bushings, seals, and wire management components. PEEK replaces aluminum in weight-critical applications, saving 70% weight with comparable mechanical performance below 260°C.
- Semiconductor: Wafer handling components, CMP rings, etch chamber fixtures. PEEK’s combination of high purity, chemical resistance, and ESD-safe grades makes it essential for semiconductor manufacturing environments.
- Oil and Gas: Seals, backup rings, valve seats. PEEK’s resistance to H₂S, CO₂, and high-pressure steam at temperatures up to 200°C is unmatched by other thermoplastics.
Cost Breakdown
PEEK parts cost 5–10 times more than equivalent PA66 parts due to three compounding factors:
- Materiaalkosten: PEEK resin at $80–120/kg vs PA66 at $3–5/kg — a 20–40× material cost multiplier.
- Mold investment: Hot-oil heated molds with H13 hardened steel cost 2–3× more than standard P20 water-cooled molds.
- Cycle time: PEEK cooling in a 180°C mold takes significantly longer than nylon cooling in a 60°C mold. Cycle times of 60–120 seconds are typical for PEEK parts weighing 20–50g, compared to 15–30 seconds for equivalent nylon parts.
Conclusie
PEEK injection molding is a specialized discipline that requires investment in high-temperature equipment and deep processing expertise. It is not a material you can run on a standard molding machine with a few parameter tweaks. But for applications that demand the highest combination of temperature resistance, chemical resistance, and mechanical properties available in a thermoplastic, PEEK is simply unmatched. The key to success is treating mold temperature control as your primary quality parameter, investing in proper drying, and working with a molder who has verified PEEK processing capability — not just a claim on a website.
Veelgestelde vragen
Kan PEEK in een standaard spuitgietmachine worden gegoten?
Nee. Standaardmachines hebben doorgaans een maximale cilinder temperatuur van 300–350 °C en maken gebruik van watergekoelde matrijzen met een maximale temperatuur van 95 °C. Voor PEEK is een cilinder temperatuur van 360–400 °C en een matrijstemperatuur van 160–200 °C vereist. De machine heeft minimaal keramische bandverwarmers nodig die geschikt zijn voor 450 °C, een bimetalen schroef en een matrijstemperatuurregelaar met oliecirculatie. Het achteraf aanpassen van een standaardmachine is mogelijk, maar kost vaak meer dan de machine zelf.
Wat is de minimale matrijstemperatuur voor PEEK?
Het praktische minimum ligt bij 160 °C voor ongevuld PEEK. Onder deze temperatuur verloopt de afkoeling te snel om volledige kristallisatie te laten plaatsvinden, wat resulteert in een amorfe structuur met een slechte chemische bestendigheid en lagere mechanische eigenschappen boven de Tg. Voor dunwandige onderdelen (minder dan 1 mm) stijgt het minimum tot 180 °C om voortijdige stolling te voorkomen. Voor met koolstofvezel versterkt PEEK wordt 180–200 °C aanbevolen.
Hoe voorkom ik dat PEEK tijdens het spuitgieten wordt aangetast?
Het voorkomen van afbraak is afhankelijk van vier factoren: (1) Droog het materiaal tot een vochtgehalte van minder dan 0,02% (150 °C, 3-4 uur in een droogmiddeldroger). (2) Beperk de verblijftijd tot een minimum — houd deze onder de 5 minuten bij 380 °C. (3) Gebruik een lage tegendruk (2–5 bar) om verwarming door afschuifkrachten te verminderen. (4) Spoel de cilinder tussen PEEK-productieruns door met een spoelmiddel voor hoge temperaturen of een thermisch stabiel polymeer (zoals PPS). Zwarte vlekjes zijn het eerste zichtbare teken van degradatie — als u deze ziet, verlaag dan onmiddellijk de temperatuur en de verblijftijd.
Is het spuitgieten van PEEK duurder dan het CNC-bewerken van PEEK?
Bij productievolumes van meer dan 500–1.000 stuks per jaar is spuitgieten doorgaans kosteneffectiever dan CNC-bewerking van PEEK-halffabricaten. De investering in de spuitgietmatrijs ($20.000–$80.000 voor een PEEK-geschikte matrijs) wordt afgeschreven over het productievolume, terwijl de kosten voor CNC-bewerking lineair blijven. Voor prototypen en volumes van minder dan 500 stuks is CNC-bewerking van PEEK-staven of -platen echter bijna altijd goedkoper. Veel programma’s beginnen met CNC-prototypen en schakelen vervolgens over op spuitgieten voor de productievolumes.
