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PEEK改性研究

PEEK改性研究
   聚醚醚酮(PEEK)是一种结晶性、不透明、浅茶灰色的芳香族系超耐热型热塑性工程塑料,一般以4,4′-二氟苯酮或4,4-二氯苯酮与对苯二酚盐或钠盐为原料缩聚而成。
   PEEK由于大分子链上含有刚性的苯环、柔性的醚键及提高分子问作用力的羰基,且结构规整,因而具有耐高温、耐化学药品性、耐辐射、强度高、断裂韧性高、易加工等优异性能及线胀系数较小、自身阻燃、摩擦学性能突出、绝缘、耐水解等特点。因此,其在汽车零部件、半导体、航天、石化、机械、医疗、电子电器等领域得到广泛的应用。
   PEEK可与聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚砜(PE-SU)、液晶聚合物(TLCP)、聚醚酰亚胺(PEI)等共混;也可与碳纤维(CF)、玻璃纤维(GF)、晶须等复合增强,形成性能更优越的复合材料;还可填充微米、纳米级无机颗粒,如A1203、Cu0等,以期改善其摩擦学性能,同时提高PEEK的刚性、尺寸稳定性及冲击强度等性能,从而进一步扩大其应用范围。
    笔者从纤维增强、无机填料填充及与聚合物共混三个方面阐述PEEK的改性研究进展。
1  纤维增强PEEK
   GF、CF和各种晶须与PEEK有很好的亲和性,可增强PEEK制成高性能的复合材料,提高PEEK的使用温度、模量、强度、尺寸稳定性等。
1.1  PEEK/GF复合材料
   邓杰等研制了GF增强PEEK复合材料。成型工艺是先将PEEK预浸带缠绕固定在一板形件模具上,然后再模压成型复合材料。研究发现不同的成型工艺条件对复合材料结品形态、性能产生较大的影响。使用较低的成型温度和中等冷却速度有利于提高复合材料的力学性能。PEEK/GF复合材料具有优异的热性能,其热变形温度为280℃。
   顾有伟等采用挤出造粒制备了PEEK/GF复合材料,经注塑成型加工成试样。采用高温上胶剂改善GF的表面缺陷,强化与基体树脂的粘结力,并使其在加工温度高达400℃时仍保持良好的加工性能。高温上胶剂的使用,可有效地提高复合材料的力学性能,更显著提高了冲击强度。PEEK/GF复合材料界面粘结强度的提高有效阻止了材料因受外力而产生的纵向或横向裂纹。
    LinTW等研制了10%无规短切GF增强PEEK复合材料,并将其制成等弹性的体内移植物。该复合材料可促进人体骨细胞中骨钙素的形成和骨细胞的增加。
    Lal Babu等研制了PEEK/GF复合材料,并将该复合材料浸在不同溶剂中7-15dp,研究溶剂对层间剪切强度的影响效果。同时制造了GF增强不饱和聚酩(UP)和GF增强环氧树脂(EP)复合材料,并研究了它们的层间剪切强度。测试结果表明,PEEK/GF复合材料的层间剪切强度远远优于EP/GF和UP/GF复合材料。
1.2  PEEK/CF复合材料
   崔永丽等研制了PEEK/CF复合材料,并用磨损试验机对PEEK/CF复合材料进行室温干滑动磨损试验。结果表明,随着载荷的升高和对磨时间的延长,材料的摩擦系数逐渐降低并趋于稳定,磨损量呈上升趋势。加人CF可以明显地降低材料的摩擦系数和磨损量,当CF质量分数为5%~10%时,复合材料的摩擦系数和磨损量较低;加入适量固体石墨可进一步降低PEEK复合材料的摩擦系数和磨损量。
   唐磊等用CF、TLCP、铜粉等对PEEK进行改性,制备了改性PEEK复合材料,讨论了各种添加剂对改性PEEK性能的影响。结果表明,用TLCP、CF等增强的PEEK可提高复合材料的强度和耐磨性,并改善加工性。该复合材料能满足发动机油泵齿轮的使用要求。
   英国Invibio公司新推出牌号为PEEK-Optima的PEEK/CF复合材料。这种材料具有优良的力学和物理性能,做**造骨关节,可与人体骨骼、血液和组织接触30天以上。作为结构聚合物材料,PEEK-Optima的耐磨损性优于超高分子量聚乙烯(UHMWPE),比一般聚合物、金属、陶瓷更适合做活动关节。另外,PEEK-Optima中CF与母体树脂间的界面键合强度远高于UHMWPE与母体树脂间的相应强度。与其它材料比,新PEEK/CF复合材料的刚性与人体骨骼相近,因而人体受应力负荷合理,应力冲击小,并已被认证为生物相容性材料,符合美国FDA关于药品和医用设施相关文件条款要求。