以其優(yōu)良的機械性能、良好的熱穩定性、耐高溫的化學(xué)穩定性等特點(diǎn),聚醚醚酮(PEEK)已廣泛地應用于汽車(chē)、航空、石油化工、機械、醫療、電子等眾多領(lǐng)域的高溫、高性能的零部件的開(kāi)發(fā)制造中,對代替了傳統的聚酚醚酰酯等具有較大的經(jīng)濟和技術(shù)的意義
1. 機械性能
其具有高的強度和良好的韌性,尤其在受彎、扭、拉等復雜的外力作用下,均能保持較好的性能和穩定性.。其抗拉的強度大致在90~100MPa之間,甚至有部分的文獻也將其可達188MPa[],拉伸模量約3.6~3.8GPa,對應的楊氏模量也都在3.1~3.7GPa的范圍內。但不論何種工藝,其斷裂伸長(cháng)率都較大,如熔融沉積的成形件可達50%,而注塑的通常在10%~11%左右。不僅在常規的拉伸、壓縮的外力作用下,PEEK的力學(xué)性能也在壓縮、彎曲等復雜的外力作用下都表現出了較高的強度,如其單軸的壓縮強度可達119MPa,且其彎曲強度可達1700MPa(碳纖維增強的復合材料)等。其在高負荷的結構中都能展現出優(yōu)異的性能,各項指標的較高的數值也就為此做了充分的體現.。
2. 熱性能
其熱穩定性尤為突出,能在高溫下保持長(cháng)時(shí)間的穩定性,且不易失活。但其玻璃化轉變的溫度卻相對較低,為143℃左右,熔點(diǎn)則在343℃~380℃之間(部分的文獻也將其熔點(diǎn)給出為334℃)等。但其熱變形的溫度卻可高達280℃以上甚至340°F(約171℃)時(shí)仍能保持一定的形狀穩定[].。其高的分解溫度在高溫的環(huán)境下可達578℃(如碳纖維/PEEK的復合材料)。其獨特的耐高溫的特性使其廣泛的應用于了航空發(fā)動(dòng)機的隔熱、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機艙的保溫等高溫的場(chǎng)合中。
3. 化學(xué)與耐環(huán)境性能
其對多數有機的溶劑、酸堿以及油類(lèi)等均具有極強的耐腐蝕性,僅吸水率為0.15%,24h吸水后仍能保持原有的機械性能。依托于對200℃的高溫油浸的嚴酷的考驗,其拉伸強度的保持率可達90%~111%,充分地體現了其出色的油抗性。而其對輻射、紫外線(xiàn)的老化也相對較慢,故可作為長(cháng)期使用的醫療植入物。
4. 電氣性能
PEEK 是良好的絕緣材料。相對介電常數約 3.25?~?3.4,介電強度在 110?~?150?MV/m 范圍[]。體積電阻率高達 101??~?101??Ω·cm,在高頻(1?MHz)下?lián)p耗因子僅 0.004,滿(mǎn)足電子封裝和航空電氣部件的要求[]。
5. 磨損與耐磨性能
其具有較低的摩擦系數,沖擊強度(尤其是對缺口的試樣)均可達1.2ft·lb/in,甚至無(wú)缺口的試樣可達16ft·lb/in,充分地展現了其良好的沖擊韌性。但在長(cháng)期的高負荷的磨損環(huán)境下,PEEK的耐磨性仍能保持較低的磨損率,對于需要高的耐磨性的軸承、閥門(mén)的密封等機械部件都具有較好的應用價(jià)值。
6. 加工與成形
通過(guò)如注塑、擠出、壓縮成形等傳統的成形工藝或近幾年發(fā)展的增材制造(如FDM、SLS等)等多種工藝的加工都可將PEEK制成各種形狀的成品。依托于對噴嘴的溫度(約420℃)、基板的溫度、打印的速度等一系列的工藝參數的合理的調優(yōu),對增材制造的最終的力學(xué)性能都產(chǎn)生了較大的影響,對其最佳的工藝的組合(如噴嘴溫度約420℃,打印的速度約10mm/s,填充的角度0°)均可使拉伸的強度都可達到70MPa以上,從而滿(mǎn)足了醫療的假體的力學(xué)的需求等。憑借將碳纖維的加入使其所制的復合材料的彈性模量都可提升至8.3GPa接近人體的皮質(zhì)骨的剛度,從而更好地拓寬了其在骨科的植入物的應用。
7. 典型應用領(lǐng)域
- 航空航天:高溫結構件、發(fā)動(dòng)機部件、耐輻射電氣絕緣體。
- 汽車(chē):發(fā)動(dòng)機艙部件、燃油系統、輕量化結構件。
- 醫療:骨科植入物、牙科修復材料、影像兼容的手術(shù)器械(無(wú)磁共振偽影)。
- 電子電氣:高頻電路基板、絕緣墊片、連接器。
8. 綜合評價(jià)
其高的強度、高的模量、寬的溫度工作范圍、優(yōu)異的化學(xué)與電氣的絕緣性能使其在需要同時(shí)滿(mǎn)足機械的負荷和高溫的環(huán)境的高端的領(lǐng)域都表現的尤為突出?;趯ζ涞膹秃显鰪娙鐚⑵渑c碳纖維、玻璃纖維等的有效的結合或對其進(jìn)行優(yōu)化的加工工藝的處理等,可進(jìn)一步將其性能的指標都得以大幅的提升,使其能在未來(lái)的輕量化、耐高溫等的生物醫用材料的市場(chǎng)中都能保持競爭的優(yōu)勢。
以上關(guān)于聚醚醚酮(PEEK)性能概述內容為上海春毅新材料原創(chuàng ),請勿轉載!
