Выдатнік у радыяцыйнай устойлівасці:

Поліэфірэтэркетон (PEEK) Інжынерны пластык

 

 

Структурная аснова PEEK: надзейная ўстойлівасць да радыяцыі

Радыяцыйная ўстойлівасць PEEK невыпадковая; гэта вынікае з яго адметнай малекулярнай архітэктуры.

Надзейная малекулярная аснова:  PEEK змяшчае мноства бензольных (араматычных) кольцаў разам з моцна палярнымі кетонавымі (-CO-) групамі і эфірнымі (-O-) сувязямі. Высокастабільная сістэма кан'югаванай пі-сувязі араматычных кольцаў паглынае і рассейвае энергію высокаэнергетычнага выпраменьвання, дапамагаючы прадухіліць разрыў малекулярнага ланцуга. Гэтая структура араматычнага кольца з'яўляецца цэнтральнай для радыяцыйнай устойлівасці PEEK. 

Высокая энергія сувязі:  сувязі CC і CO ў палімерным ланцугу маюць высокую энергію сувязі і патрабуюць значнай энергіі для разрыву. Такім чынам, свабодныя радыкалы, якія ўтвараюцца ў выніку апраменьвання, з меншай верагоднасцю выклікаюць разрыў (дэградацыю) асноўнага ланцуга і з большай верагоднасцю спрыяюць сшыванню.

Сшыванне, а не дэградацыя:  пры апраменьванні PEEK пераважна падвяргаецца міжланцужному сшыванню, а не дэградацыі ў выніку разрыву ланцуга. Атрыманая трохмерная сетка можа нязначна павялічыць далікатнасць, але яна дапамагае захаваць структурную цэласнасць і механічную трываласць, пазбягаючы хуткай далікатнасці і рассыпання, якія назіраюцца ў многіх таварных пластмасах.

Як PEEK працуе пад апрамяненнем

Даследаванні паказваюць, што PEEK можа вытрымліваць вельмі высокія дозы радыяцыі, захоўваючы пры гэтым карысныя характарыстыкі.

Устойлівасць да высокай дозы:  PEEK можа вытрымліваць больш за 1000 кГр (прыблізна 100 Мрад) без катастрафічнага збою. Для параўнання, многія пластмасы агульнага прызначэння сур'ёзна пагаршаюцца пры дозах усяго 10-100 кГр. Некаторыя даследаванні паведамляюць, што PEEK па-ранейшаму захоўвае пэўную ступень механічных характарыстык нават пасля ўздзеяння 5000 кГр.

Захаванне механічных уласцівасцей:  да дасягнення крытычнай дозы трываласць на разрыў, модуль пругкасці і іншыя механічныя ўласцівасці PEEK павольна зніжаюцца. На ранніх стадыях апраменьвання сшыванне можа нават прывесці да невялікага павелічэння модуля, у той час як вялікая частка трываласці матэрыялу таксама можа быць захавана.

Стабільныя электрычныя характарыстыкі:  PEEK з'яўляецца выдатным электрычным ізалятарам. Нягледзячы на ​​тое, што яго аб'ёмнае супраціўленне памяншаецца пад дзеяннем апрамянення, гэта зніжэнне значна меншае, чым у многіх іншых ізаляцыйных матэрыялах, такіх як эпаксідная смала, што дапамагае электрычным кампанентам падтрымліваць надзейную ізаляцыю падчас працяглага ўздзеяння радыяцыі.

Нізкае вылучэнне газаў:  у радыяцыйных асяроддзях з высокім вакуумам лятучыя рэчывы, якія вылучаюцца матэрыялам, могуць забруджваць дакладныя інструменты, такія як касмічныя тэлескопы і дэтэктары часціц. PEEK мае надзвычай нізкую лятучасць і ўтварае вельмі мала газу пасля апраменьвання, што робіць яго добра прыдатным для прымянення з высокай чысцінёй.

Радыёхімічны выхад (G)  адносіцца да колькасці радыкалаў, іёнаў, малекул або іншых прадуктаў, якія ўтвараюцца, калі 1 г матэрыялу паглынае 100 эВ энергіі. Ніжэйшы выхад радыкалаў, выкліканы радыяцыяй, звычайна сведчыць аб большай устойлівасці да радыяцыі. У табліцы ніжэй пералічаны тыповыя выхады радыкалаў для выбраных поліарылетэркетонаў. Выхад вышэй для ўзораў, апрамененых у вакууме, чым у паветры, і вышэй пры 77 К, чым пры 300 К у вакууме. Іншымі словамі, выхад радыкалаў памяншаецца па меры павышэння тэмпературы апраменьвання ў вакууме, а таксама памяншаецца па меры павелічэння ўтрымання кіслароду пры той жа тэмпературы апраменьвання.

Асноўныя фактары, якія ўплываюць на радыяцыйную ўстойлівасць PEEK

Радыяцыйная ўстойлівасць PEEK не з'яўляецца абсалютнай; гэта залежыць ад некалькіх фактараў:

Тып і энергія выпраменьвання:  Гама-прамяні, электроны, пратоны і нейтроны ўзаемадзейнічаюць з матэрыяламі з дапамогай розных механізмаў і, такім чынам, выклікаюць розныя формы і ступені пашкоджання. Выпраменьванне з моцнай іанізуючай здольнасцю і высокім пранікненнем, як правіла, уплывае на аб'ёмныя ўласцівасці больш раўнамерна, у той час як часціцы высокай энергіі могуць выклікаць больш прыкметныя лакалізаваныя пашкоджанні.

Асяроддзе апрамянення - багатае кіслародам (паветра):  гэта самае патрабавальнае асяроддзе. Кісларод уступае ў рэакцыю з радыкальнымі радыкаламі, паскараючы акісляльную дэградацыю і выклікаючы пажаўценне, далікатнасць і значна больш хуткае зніжэнне прадукцыйнасці, чым у вакууме або бескіслародным асяроддзі.

Інэртныя ўмовы (вакуум або інэртны газ):  PEEK лепш за ўсё працуе без кіслароду. Сшыванне становіцца дамінуючай рэакцыяй, істотна падаўжаючы тэрмін службы матэрыялу.

Тэмпература:  Падвышаная тэмпература ўзмацняе хімічныя змены, выкліканыя радыяцыяй, і паскарае акісленне і дэградацыю. Такім чынам, спалучэнне цяпла і радыяцыі стварае больш сур'ёзны выклік. Тым не менш, PEEK захоўвае перавагу з-за яго ўласцівай тэрмаўстойлівасці з тэмпературай працяглай эксплуатацыі да 250°C.

Дабаўкі:  Смала Neat PEEK забяспечвае самую моцную ўласную ўстойлівасць да радыяцыі. Такія ўзмацняльнікі, як шкло або вугляроднае валакно, могуць ствараць дэфекты паверхні, якія становяцца кропкамі канцэнтрацыі напружання падчас апраменьвання, што патэнцыйна можа прывесці да невялікага зніжэння радыяцыйнай стойкасці. Звычайна гэта прымальны кампраміс, калі патрабуецца большая механічная трываласць.

Тыповыя прымянення

Ядзерныя рэактары:  ізаляцыя кабеля, абалонка датчыка, ушчыльнення, падшыпнікі і іншыя ўнутраныя кампаненты, якія павінны вытрымліваць працяглае нейтроннае і гама-выпраменьванне.

Апрацоўка ядзерных адходаў:  Кампаненты абсталявання, якое выкарыстоўваецца для ўтрымання або апрацоўкі радыеактыўных матэрыялаў.

Спадарожнікі і касмічныя станцыі:  правадныя і кабельныя сістэмы, раздымы і структурныя апоры, якія павінны заставацца стабільнымі падчас доўгатэрміновага ўздзеяння касмічнага выпраменьвання і зараджаных часціц.

Паскаральнікі элементарных часціц:  кампаненты дэтэктара і ізалятары вакуумнай камеры, якія выкарыстоўваюцца ў інтэнсіўных палях выпраменьвання, уключаючы такія ўстаноўкі, як Вялікі адронны калайдэр (LHC).

Стэрылізацыя медыцынскіх прыбораў:  корпуса і ўнутраныя канструкцыі для хірургічных інструментаў, стэрылізаваных гама-выпраменьваннем або электроннымі пучкамі, што дазваляе паўтараць цыклы стэрылізацыі з абмежаваным узростам.

Электроніка:  Ізаляцыя і герметызацыя для электронных кампанентаў, якія працуюць у спецыялізаваных умовах, такіх як зоны каля атамных электрастанцый.

Рэзюмэ і прагноз 

Дзякуючы сваёй адметнай араматычнай малекулярнай структуры, поліэфірэтэркетон (PEEK) забяспечвае ўстойлівасць да радыяцыі, якая пераўзыходзіць большасць інжынерных пластмас. Яго здольнасць захоўваць структурную цэласнасць і асноўныя фізічныя і механічныя ўласцівасці пры высокіх тэмпературах і высокіх дозах радыяцыі робіць яго выдатным матэрыялам для інжынерыі ў экстрэмальных умовах.