PEEK 结晶变形和注塑毛坯加工变形问题

发布网友 发布时间：2024-10-23 18:00

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热心网友 时间：2024-11-01 16:43

PEEK，一种具备高耐热性、自润滑、易加工、高机械强度的特种工程塑料，广泛应用于制造汽车齿轮、油筛、换档启动盘等机械零部件。其优势包括耐腐蚀、抗老化、抗溶解、适应高温高频高压电性能条件、韧性和刚性兼备、尺寸要求精密、耐辐照耐磨、耐腐蚀、耐水解、在高温高压下保持优异特性、轻量取代金属作光纤元件、耐磨损、抗静电电绝缘性能好、对机械强度要求高的部件以及低烟尘和毒气排放性。PEEK 可以通过注塑成型、挤出成型或进行改性增强。

在生产制造过程中，无论是注塑成型还是挤出成型的PEEK部件或毛坯，对于增强型PEEK材料，通常会观察到变形现象。这种变形主要归因于PEEK材料的双熔融特性。

PEEK材料的双熔融行为是其特殊性质的体现。在低温熔融峰处，表现为二次晶体的熔融，随后是附加有大的熔融再结晶效应的主晶体熔融。这个过程中，主晶体熔融伴随长时间的再结晶过程，最后形成一个较宽的高温熔融峰。通过DSC、MDSC、SAXS等测试手段，我们研究了无定形PEEK、聚芳醚酮衍生物PEEKK和TPEEK的老化行为。

无定形PEEK样品在128℃下老化处理，而PEEKK和TPEEK样品分别在玻璃化转变温度以下20℃进行不同时间的老化处理。DSC测试表明，这些材料的老化行为遵循一般老化行为的特征，在DSC曲线上表现为随老化时间呈对数线性增强的吸热松弛峰，玻璃化转变温度也随老化时间延长而升高。SAXS测试验证了老化过程中确实从亚稳态的玻璃体中产生了密集无定形相。通过计算松弛焓面积，我们发现PEEKK比TPEEK更难松弛或老化。MDSC测试得到的热容曲线计算出密集无定形相的比例随老化时间的半对数线性关系，它代表了分子链段在老化过程中重排或移动的速率。TPEEK的曲线斜率较大，表明其分子链段更易于移动及趋向于有序，因此更易老化。与此相比，PEEKK的性能更为稳定。

对于结晶PEEK中无定形相的老化行为，我们进行了深入研究。通过将经过不同时间结晶处理后的PEEK样品进行WAXD和DSC测试，我们发现无定形相的老化对结晶聚合物的玻璃化转变及低温和高温熔融峰产生影响。WAXD测试的衍射图谱变化趋势与DSC曲线信息相一致。通过计算老化过程中片晶厚度的变化，我们证明了柔性无定形区趋向于转变为刚性无定形区（有序区），这在DSC曲线的玻璃化转变区域吸热峰变化上有所体现。随老化时间增加，结晶PEEK老化样品的玻璃化转变区能看到的片晶厚度分布区域向大尺度移动，表明无定形区发生了一定的有序排列，有序区尺寸分布相应增加。对于结晶度较低的PEEK，无定形区的老化对结晶行为影响不大，其总量没有明显变化。

我们通过特殊软件分析了PEEK的刚性和柔性无定形理论，将上述现象解释为：导致二次结晶的在主晶体表面上的连接链、晶纤和折叠片晶间的柔性链段，受二次结晶束缚较弱，在参与二次结晶的同时，也参与到转变为刚性无定形区（有序区）的过程中，二者形成了竞争，导致了互为相反趋势的变化。