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Chi sono gli attori principali dei materiali compositi PEEK rinforzati con fibre di carbonio?

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Fabbricazione di compositi in fibra di carbonio e PEEK

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Una singola dichiarazione di Tesla sul suo robot umanoide ha reso i materiali in fibra di carbonio e PEEK un argomento caldo. Gli esperti del settore ritengono che i materiali compositi termoplastici ad alte prestazioni rinforzati con fibra di carbonio e polietere chetone (PEEK) saranno i materiali principali dei futuri robot umanoidi.

Inoltre, i materiali compositi CF PEEK sono stati oggetto di ricerca negli ultimi anni. Se questo tipo di materiale composito verrà perfezionato, si prevede che svolgerà un ruolo significativo nei settori medici d'avanguardia, in particolare portando nuove speranze negli impianti ortopedici.

Vantaggi dei materiali compositi CF/PEEK

Rispetto alle leghe di alluminio e all'acciaio inossidabile tradizionali, la densità della lega di alluminio è di 2,8 g/cm3, quella dell'acciaio inossidabile è di 7,3 g/cm3, mentre la densità del materiale composito continuo PEEK CF è di 1,51 g/cm³. È leggero ma ha un'elevata resistenza e alcune proprietà del CF-PEEK hanno superato l'acciaio inossidabile. Inoltre, il PEEK continuo rinforzato con fibra di carbonio ha una buona traslucenza ai raggi X, rendendo gli interventi clinici più intuitivi e sicuri. I materiali rinforzati con fibra di carbonio non hanno la sensazione di freddo del metallo, rendendo i chirurghi più confortevoli durante gli interventi.

Rispetto ai tradizionali materiali modificati con polvere di fibra di carbonio, le caratteristiche di alta resistenza e modulo della fibra di carbonio conferiscono ai materiali compositi PEEK-CF un'elevata resistenza, un elevato modulo elastico e una buona resistenza alla deformazione. La resistenza meccanica è aumentata di almeno tre volte, il modulo è aumentato di almeno tre volte, con una migliore stabilità dimensionale e resistenza alla deformazione.

Con questi materiali compositi di alta qualità, quali sono le aziende attualmente coinvolte?

Attualmente, la tecnologia di produzione del CF/PEEK è padroneggiata solo da alcune aziende, come la giapponese Toray, l'olandese TenCate (acquisita da Toray), la britannica Victrex, ARKPEEK e così via, utilizzate principalmente nel settore aerospaziale e in altri campi all'avanguardia, con un'importanza strategica significativa e un ampio spazio di mercato. La ricerca e lo sviluppo di CF/PEEK in Cina sono concentrati principalmente nelle università, negli istituti di ricerca e in poche imprese. A parte le due aziende seguenti, la produzione industriale non è ancora stata realizzata.

Attualmente, solo due aziende in Cina sono in grado di produrre in massa materiali compositi di PEEK di alta qualità

1, ZYPEEK

http://www.zypeek.cn

ZYPEEK è stata fondata nel dicembre 2006 e si concentra sulla ricerca, la produzione e la vendita di polietere etere chetone (PEEK), con i suoi prodotti principali a base di resina PEEK. Ha formato l'attuale sistema di prodotti "due categorie, tre marchi, sei serie" con un totale di 52 specifiche. L'attuale capacità produttiva dell'azienda è di 1000 tonnellate di PEEK all'anno. Nel settembre del 2023, Jilin China Research High Polymer Materials Co. ltd. (China Research Co., Ltd.) ha presentato domanda di IPO al Consiglio per l'innovazione scientifica.

Secondo quanto riferito, con questa IPO, China Research Co. Ltd. intende raccogliere 455 milioni di yuan per il progetto di fabbrica completa (Fase II) della produzione annuale di 5000 tonnellate di prodotti della serie di lavorazione profonda del polietere etere chetone (PEEK), per il progetto del centro di ricerca e sviluppo di innovazione e tecnologia, per il progetto del centro di ricerca e sviluppo del materiale composito in fibra di carbonio di Shanghai in polietere etere chetone e per il progetto del capitale circolante supplementare.

2, PEEKCina

https://www.peekchina.com/

PEEKChina, marchio internazionale noto come ARKPEEK, si concentra sulla ricerca applicativa, la produzione e la vendita di resine e profili plastici ingegneristici speciali ad alte prestazioni come il PEEK, formando una catena industriale completa con la polimerizzazione della resina della materia prima PEEK, la granulazione modificata, lo stampaggio a estrusione continua di piastre, barre, tubi e lo stampaggio a iniezione e la lavorazione di parti finite. Con il supporto tecnico dell'Università di Jilin e dell'Università di Donghua, ARKPEEK è impegnata nella ricerca applicativa, nella produzione e nella vendita di materiali compositi termoplastici continui in fibra di carbonio CF/PEEK. L'azienda ha sviluppato resine speciali per i materiali compositi PEEK - ARKPEEK-CF30® e ARKPEEK-MOD® - utilizzando un proprio dispositivo di polimerizzazione e ha lavorato la fibra di carbonio con agenti di appretto innovativi ad alta temperatura per produrre materiali compositi termoplastici CF/PEEK con eccellenti prestazioni globali.

Vediamo ora quali sono le aziende internazionali che producono tali prodotti.

1, EVONIK

https://www.evonik.com

Evonik, originario della Germania, è un gruppo industriale innovativo che si dedica principalmente allo sviluppo di tre industrie promettenti e ad alto rendimento: chimica, energia e immobiliare. Il Gruppo industriale Evonik produce specialità chimiche in Cina fin dall'inizio degli anni '90 e ha instaurato rapporti commerciali con la Cina già da prima. Oggi Evonik ha più di 20 società in Cina, con basi produttive in decine di città del Paese. I prodotti Evonik sono di qualità eccellente e diversificati e servono clienti in Cina e in tutto il mondo.

2, Solvay

https://www.solvay.com

Solvay è un gruppo chimico multinazionale con sede a Bruxelles, capitale del Belgio, fondato dal chimico belga Ernest Solvay nel 1863. I prodotti del Gruppo Solvay sono ampiamente utilizzati in vari settori industriali e il 90% dei prodotti venduti si colloca tra i primi tre al mondo.

3, Victrex

https://www.victrex.com

Nel 1978, la Imperial Chemical Industries (ICI) del Regno Unito sviluppò per la prima volta il PEEK. Solo tre anni dopo, è stato lanciato il primo lotto di polimeri di PEEK commercializzati, la serie "VICTREX PEEK" (che comprende prodotti caricati con vetro e carbonio). Nel 1993, la Victrex acquisì le attività di ICI nel settore del PEEK e iniziò a operare in modo indipendente.

Le resine della serie VICTREX® PEEKTM sviluppate dalla Victrex sono diventate il punto di riferimento del settore. Questa serie di resine comprende nove categorie e quarantanove varietà, tra cui la resina pura, la resina composita rinforzata e i granuli profondamente purificati. Inoltre, la Victrex ha sviluppato diversi prodotti a base di PEEK, come i materiali speciali di rivestimento della serie VICTREX® VICOTETM e i film di PEEK della serie VICTREX® APTIVTM, ecc.

4, Toray

https://www.toray.com/

La giapponese Toray, leader nel settore delle fibre di carbonio a base di PAN, non solo dispone di una serie di fibre di carbonio mature ad alte prestazioni, ma ha anche creato un sistema completo di database di materiali compositi in fibra di carbonio. I suoi materiali compositi PEEK rinforzati con fibre di carbonio comprendono principalmente due prodotti, Toray Cetex® TC1200 e Toray Cetex® TC1220. Toray Cetex®TC1200 è un materiale composito termoplastico rinforzato con fibre di carbonio di alta gamma, che utilizza come matrice il PEEK termoplastico semicristallino e presenta eccellenti proprietà meccaniche.

5, TEIJIN

https://www.teijin.co.jp

Il 12 aprile 2023 Teijin Corporation ha comunicato che i suoi materiali rinforzati con fibra di carbonio e polietere etere chetone (PEEK), i tessuti termoplastici Tenax (TPWF) e i laminati termoplastici compositi Tenax (TPCL), sono stati certificati dal NCAMP (National Center for Advanced Materials Performance) di Wichita, Kansas, USA. Questa qualifica rende i tessuti in fibra di carbonio/PEEK e la tecnologia dei materiali laminati rinforzati disponibili per una più ampia gamma di produttori di apparecchiature originali, fornitori di primo e secondo livello. I produttori possono utilizzare il database pubblico dell'NCAMP per dimostrare l'equivalenza e ottenere la certificazione FAA a costi inferiori rispetto ai materiali qualificati.

6, Icotec AG

https://www.icotec-medical.com/

Icotec AG è stata fondata nel 1999 ed è una piccola-media impresa a conduzione familiare con sede ad Altstätten, in Svizzera. Icotec ha sviluppato, prodotto e venduto impianti spinali non metallici in BlackArmor®. Il materiale BlackArmor® di proprietà di Icotec è composto da fibre di carbonio continue combinate con polietere etere chetone (PEEK), utilizzando l'esclusiva tecnologia di stampaggio a iniezione CFM (Composite Material Flow Molding) di Icotec. Il BlackArmor@Carbonio/PEEK non metallico preparato da icotec ha una trasparenza ai raggi X e caratteristiche simili all'osso naturale, due caratteristiche fondamentali ottimizzate per il trattamento post-operatorio dei pazienti.

7, TenCate

https://www.tencategeo.com/

L'olandese TenCate è da sempre uno dei principali sostenitori e sviluppatori di materiali compositi termoplastici rinforzati con fibre continue. L'azienda ha lanciato sul mercato una serie di materiali, tra cui preimpregnati in fibra di carbonio, fibra di vetro e fibra aramidica rinforzati con PEEK, PEI e resina PPS unidirezionale, venduti con il marchio TenCate Cetex®. Nel 2018, TenCate Advanced Composites Holdings (TACHD) è stata acquisita dal gruppo giapponese Toray.

Il prodotto TenCate Cetex® TC1200 utilizza fibre di carbonio standard o di medio modulo o fibre di vetro S-2. Il contenuto di vuoti del TenCate Cetex TC1200 è molto basso (<1%). La larghezza tipica del pannello singolo in carbonio è quella standard di 75 mm (6 pollici), ma è disponibile anche una larghezza opzionale di 305 mm (12 pollici). È possibile ottenere larghezze di taglio ridotte per la lavorazione ATL mediante un taglio longitudinale secondario.