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폴리에테르에테르케톤
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폴리에테르에테르케톤(Polyether ether ketone, PEEK)은 공학 응용 분야에 사용되는 폴리아릴에테르케톤(PAEK) 계열의 베이지색 유기 열가소성 중합체이다. 1978년 11월에 발명되었으며[1] 1980년대 초 임페리얼 케미컬 인더스트리스(ICI)의 일부에 의해 시장에 출시되었다. PEEK 부문은 경영진 매수(management buyout)를 통해 인수되어 빅트렉스 PLC가 탄생했다.[2]
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합성
PEEK 중합체는 비스페놀레이트 염의 디알킬화에 의한 단계 성장 중합으로 얻어진다. 일반적인 반응은 탄산 나트륨으로 탈양성자화하여 그 자리에서 생성된 하이드로퀴논의 이나트륨 염과 4,4'-디플루오로벤조페논의 반응이다. 이 반응은 다이페닐 설폰과 같은 극성 비양성자성 용매에서 약 300°C에서 수행된다.[3][4]
특성
PEEK는 고온에서도 유지되는 우수한 기계적 및 내화학적 특성을 가진 반결정성 열가소성 플라스틱이다. PEEK를 성형하는 데 사용되는 가공 조건은 결정화도에 영향을 미치고, 따라서 기계적 특성에도 영향을 미칠 수 있다. 영률은 3.6 GPa이고 인장 강도는 90에서 100 MPa이다.[5] PEEK는 약 143°C(289°F)의 유리 전이 온도를 가지며 약 343°C(662°F)에서 녹는다. 일부 등급은 최대 250°C(482°F)의 유용한 작동 온도를 갖는다.[3] 열전도율은 실온과 고상선 온도 사이에서 온도에 따라 거의 선형으로 증가한다.[6] 열 분해에 대한 저항성이 매우 높고,[7] 유기 및 수성 환경 모두에 의한 공격에도 강하다. 할로겐과 강한 브뢴스테드 및 루이스 산, 그리고 일부 할로겐화 화합물과 고온의 지방족 탄화수소에 의해 공격받는다. 상온에서 농축 황산에 용해되지만, 중합체가 미세 분말이나 얇은 필름과 같이 표면적 대 부피 비율이 높은 형태가 아니면 용해되는 데 매우 오랜 시간이 걸릴 수 있다. 생분해에 대한 저항성이 높다.
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응용 분야
PEEK는 베어링, 피스톤 부품, 펌프, 고성능 액체 크로마토그래피 컬럼, 압축기 플레이트 밸브, 케이블 절연과 같이 까다로운 응용 분야를 위한 품목을 제작하는 데 사용된다. 이는 초고진공 응용 분야와 호환되는 몇 안 되는 플라스틱 중 하나로, 항공우주, 자동차 및 화학 산업에 적합하다.[8] PEEK는 의료용 임플란트에 사용되며, 예를 들어 신경외과 응용 분야에서 부분적인 두개골 대체물을 만드는 데 사용된다.
PEEK는 척추 유합술 장치 및 보강 막대에 사용된다.[9] 방사선 불투과성이지만, 소수성으로 인해 뼈와 완전히 융합되지 않는다.[8][10] PEEK 씰 및 매니폴드는 유체 응용 분야에서 일반적으로 사용된다. PEEK는 또한 고온 응용 분야(최대 260°C/500°F)에서도 잘 작동한다.[11] 이러한 특성과 낮은 열전도율 때문에 용융 필라멘트 제작(FFF) 인쇄에서 핫엔드와 콜드엔드를 열적으로 분리하는 데에도 사용된다.
가공 옵션
PEEK는 대부분의 다른 열가소성 플라스틱에 비해 상대적으로 높은 온도(343°C/649.4°F)에서 녹는다. 녹는점 범위에서 사출성형 또는 압출성형 방법을 사용하여 가공할 수 있다. 과립형 PEEK를 필라멘트 형태로 가공하고 용융 적층 모델링 - FDM(또는 용융 필라멘트 제작 - FFF) 기술을 사용하여 필라멘트 재료로 3D 부품을 인쇄하는 것은 기술적으로 가능하다.[12][13] PEEK 필라멘트는 의료기기 IIa 등급까지 생산하는 데 사용되었다.[14] 이 새로운 필라멘트를 통해 FFF 방법을 의치와 같은 다양한 의료 응용 분야에 사용할 수 있게 되었다.
고체 상태의 PEEK는 CNC 밀링 머신 등으로 쉽게 가공할 수 있으며, 열적으로 안정하고 전기적 및 열적으로 절연되는 고품질 플라스틱 부품을 생산하는 데 일반적으로 사용된다. 충전된 PEEK 등급도 CNC 가공이 가능하지만, 재료의 응력을 적절하게 관리하기 위해 특별한 주의를 기울여야 한다.
PEEK는 고성능 중합체이지만, 복잡한 생산 공정으로 인한 높은 가격 때문에 가장 까다로운 응용 분야에만 사용이 제한된다.[15]
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생체 역학 응용 분야의 형상 기억 PEEK
PEEK는 전통적으로 형상 기억 고분자가 아니지만, 최근 가공 기술의 발전으로 기계적 활성화를 통해 PEEK에서 형상 기억 거동이 가능해졌다. 이 기술은 정형외과 수술 분야의 응용으로 확대되었다.[16]
각주
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