PEEK(聚醚醚酮)的成型加工方法
聚醚醚酮(PEEK)及其复合材料在航空、汽车、医疗等领域具有很大的应用市场。通过增强、改性,PEEK材料力学、热学等性能得到了很好提升,利用熔融挤出机、注塑成型机以及3D打印等设备可将PEEK制备成不同类型产品,PEEK也可制成纤维、薄膜等产品,让我们了解一下吧。
PEEK纤维英国ZYEX公司于20世纪80年代就已经开始PEEK纤维的生产开发,产品主要包括单丝、复丝、中空PEEK纤维等。美国ZEUS公司于2009年发布了商品化的PEEK单丝与复丝产品,其PEEK纤维具有优良的机械性能和耐腐蚀、耐高温性能。
PEEK材料属于大分子材料,其微观结构形态对宏观性质有着非常大的影响。PEEK材料又属于半结晶型高分子材料。分子取向程度决定了纤维的拉伸强度。
国内天津工业大学、四川大学、华南理工大学以及吉林大学等单位对PEEK纤维的制备有非常系统的研究。研究的重点主要集中在PEEK及其复合材料纤维结构与性能的表征以及制备工艺对纤维性能的影响。例如,于建明及其研究团队,采用自制的柱塞式熔融挤出机制备了PEEK纤维,并对PEEK纤维在160~280℃的温度范围内进行热定型处理。实验结果表明,热定型工艺能改变PEEK纤维的微观分子和晶区取向,提升纤维的力学强度好耐热性能。
PEEK薄膜PEEK薄膜较其他高分子薄膜有很好的力学强度,通过优化制备工艺,可以很好地提升薄膜的力学性能。
2008年报道,Victrex公司成功推出PEEK树脂Victrex薄膜生产线,总投资100万美元,位于英国的这条生产线是世界上第一条PEEK薄膜生产规模装置。产品的特点是高强度、高耐热。性和极优的耐磨性,未来还将生产耐磨性更好和高级音响性能的牌号。该产品符合复合薄膜、热成型和层合制品、粘接带等高性能薄膜市场要求。
德国C.Weiss等研究了柔性印制电路板用PEEK薄膜的表面改性。通过等离子体处理、电晕或表面蚀刻,对物理气相沉积形成的PEEK薄膜表面进行了改性,以提高其与粘铜箔和铜层的粘合性。通过接触角测量,定性地研究了薄膜材料的润湿行为。用激光扫描显微镜(LSM)监测表面形貌。铜箔涂层后,通过剥离力试验测量PEEK材料与铜层的粘合强度。等离子处理、电晕放电或蚀刻导致粘附力显著增加。
国内邢丹敏及其研究团队采用浓硫酸磺化法制备了PEEK质子交换膜。贾传坤等制备了钒氧化还原流动电池用磺化PES和磺化PEEK共混薄膜。
注塑成型PEEK熔体具有很高的黏度特性,可以利用注塑成型的加工方式进行产品的生产,且产品的力学性能优于其他成型方式。例如,王全兵等人通过对比冷压烧结、高温模压和注塑成型3种加工方式得到了PEEK制品,并对比了拉伸强度和压缩强度,发现由注塑成型方式得到得到制品其力学强度和耐磨性最好,不合理的成型加工工艺极易导致PEEK制品充填不足。注塑成型工艺条件能够诱导PEEK材料微观分子取向和晶体生长。规则的分子取向、适当的晶体大小以及均匀的晶体分布可以提升PEEK制品成型后的力学性能。
Zhang Yang等人将注塑模具嵌件表面添加CrN涂层,对带有微米级圆柱形阵列微结构PEEK制品的表面进行了研究,发现添加涂层的PEEK制品能够得到较好的成型表面。
3D打印3D打印技术是制造业的一次技术革新。利用3D打印技术不仅可以实现复杂制品的加工制造,而且可以根据用户需求进行个性化产品定制。PEEK的玻璃化转变温度在145℃左右,成型温度通常在390℃左右,甚至更高,这使得PEEK材料通过3D机器进行产品的加工制造具有非常高的工艺要求。赵帝利用自主研发的3D打印设备,解决了PEEK的3D打印成型,并对打印的PEEK试样进行了实验测试。
山东理工大学的吕福顺以医学中常用到的PEEK材料作为研究对象,通过3D打印试验,对打印过程中的因素参数进行优化试验研究。利用正交试验法,以打印尺寸误差为试验指标,选取层厚、打印速度和喷嘴温度三个主要因素展开优化试验。铣削试验是利用电主轴对打印模型进行表面加工,选取合适的铣削参数展开试验。试验结果表明:层厚为0.3mm,打印速度为15mm/s,喷嘴温度为360℃时,可以获得最佳的打印质量;在此基础上进行铣削可以提高表面精度,并进一步通过试验验证。(工程塑料应用)
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