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高性能聚醚醚酮与长玻璃纤维复合材料的研制及应用

高性能聚醚醚酮与长玻璃纤维复合材料的研制及应用
 
 
 

   聚醚醚酮(PEEK)是一种力学性能优良、耐化学药品性、耐高温性、耐辐射性、抗水解性、耐磨耗性及洁净度高的超高性能热塑性半结晶型工程塑料。作为一种高性能热塑性工程塑料,PEEK可以替代部分传统金属材料广泛应用于汽车、航空航天、机器设备等领域。尤其是在航空航天领域,PEEK由于具有高的耐热性和低密度,在一些零部件的制造中已逐渐取代铝制品。
   由于PEEK制备困难,目前国内只有少数科研院所能制备高性能的PEEK,故PEEK价格昂贵,另外PEEK存在制品脆性大、剪切性能差等缺点。近年来子对PEEK进行改性处理己成为研究的热点,研究较多的是利用玻璃纤维(GF)和碳纤维(CF)对PEEK进行改性处理。PEEK/CF复合材料力学性能优良,但是CF价格昂贵,制品性价比不高,也不能满足航空零部件绝缘性能的要求。GF具有价格低廉、与PEEK结合容易、绝缘性能好、冲击性能和压缩性能好等优点,与PEEK复合后可使其具有更高的热变形温度和更小的收缩率,因此在航空、航天等高科技领域中具有重要的应用前景。但是目前国内广泛使用的PEEK/GF复合材料主要是从美国和英国进口,限制了PEEK在国内的使用笔者采用长GF和PEEK为原料,利用挤出造粒的方法制备了高性能、高性价比的PEEK/长GF复合材料,并对其微观结构、热性能及力学性能进行了研究。
1  实验部分
1.1  主要原材料
    PEEK:灰色粒料,英国ICI公司;
    长GF:南京玻璃纤维研究设计院。
1.2  主要设备、仪器
    双螺杆挤出机:SJK-110型,莱州龙泉化工塑料机械厂;
    扫描电子显微镜(SEM):SS-550型,日本岛津公司;
    电子万能试验机:CSS-44200型,长春试验机研究所;
    差示扫描量热(DSC)分析及热失重(TG)分析联用仪:Q10000DSC+LNCS+FACSQ600SDT型,美国TA公司。
1.3  试样制备
  (1)PEEK的预处理
   由于PEEK具有一定的吸湿率,故制备前一定要对其进行千燥处理,常规处理方式为:温度100~120℃、时间6~8h,干燥时料的铺层厚度不大于25mm。已干燥的PEEK应尽快投人使用或密封保存,防止重新吸湿,尽量避免重复干燥。
 (2)双螺杆挤出机料筒的清洗
 PEEK的挤出必须在完全干净的料筒中进行以保证在挤出过程中不会受到任何污染。假如无法确定料筒是否完全干净,则需使用聚砜或GF增强聚碳酸酯(PC)在各自正常的操作温度下对料筒进行彻底的清洗。料筒的人料口处要用水冷却以降低清洗材料在人料口处因部分熔化而造成螺杆打滑的风险。清洗料筒时,设定的料筒后段温度应比建议的温度低100℃以进一步降低螺杆打滑的几率,当PEEK开始进人料筒人料口时,料筒温度要立刻设定到合适的挤出温度。

(3)PEEK/长GF复合材料试样的制备
   将干燥的PEEK与长GF按照设定的工艺参数在清洗好的料筒中进行挤出、造粒,然后注塑成标准试样。

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