Повышение механических свойств PEEK с помощью термической обработки

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Термическая обработка деталей из PEEK

PEEK (полиэфирэфиркетон) — это высокоэффективный инженерный термопласт, широко используемый в аэрокосмической, медицинской, электронной и других отраслях благодаря отличной термостойкости, коррозионной стойкости и биосовместимости. Однако его полукристаллическая структура делает его чувствительным к условиям термической обработки в процессе изготовления и применения. В этой статье рассматривается влияние различных режимов термообработки на механические свойства, степень кристалличности и микроструктуру деталей из PEEK, а также предлагаются оптимальные стратегии повышения эксплуатационных характеристик.

1. Значение термической обработки для PEEK

PEEK — линейный ароматический термопласт с высокой прочностью, ударной вязкостью, усталостной стойкостью и термостойкостью. Однако при быстром охлаждении в процессе переработки может формироваться недостаточная кристалличность, что снижает механические свойства и межслойную адгезию. Термическая обработка служит эффективным методом улучшения этих характеристик.

2. Влияние термической обработки на свойства PEEK

2.1 Повышение механических свойств

Правильно подобранные параметры термообработки могут значительно улучшить прочностные характеристики деталей. Например, при аддитивном производстве при температуре 180–200°C и выдержке 50–60 минут прочность на межслойное сдвиговое разрушение PEEK/CFG достигает 26,11 МПа, что на 97,95% выше, чем у необработанных образцов. Также регулируя температуру и время, можно повысить предел прочности при растяжении и изгибе.

2.2 Улучшение кристалличности

Кристалличность напрямую влияет на механическую и термостойкость. Термообработка способствует перекрестному сшиванию и кристаллизации макромолекул. Например, при 300°C и выдержке 210 минут кристалличность и прочность увеличиваются (от 88,6 до 100,29 МПа). Медленное охлаждение формирует более плотную и однородную структуру по сравнению с быстрым.

2.3 Изменение микроструктуры

Термическая обработка также изменяет микроструктуру. Сканирующая электронная микроскопия показывает, что после обработки структура излома становится более грубой, пористость снижается, а внутренняя структура становится плотнее. Метод быстрой горячей прессовки дополнительно улучшает морфологию материала.

3. Оптимизация термической обработки

3.1 Выбор параметров

Ключевые параметры — температура и продолжительность. Например, для 3D-печати оптимальны 180–200°C и 50–60 минут выдержки. Для литья под давлением рекомендуется высокая температура для снятия остаточных напряжений и стабилизации размеров.

3.2 Применение постобработки

Техники постобработки, такие как отжиг и закалка, улучшают внутреннюю структуру. Например, отжиг при 160°C в течение 30 минут, затем при 200°C в течение 2 часов значительно повышает механические характеристики. Скорость охлаждения также влияет на ударную вязкость и прочность.

3.3 Комплексная настройка параметров

Режимы следует подбирать с учётом конкретных требований. В аэрокосмической отрасли требуются более высокие температуры и длительная выдержка, тогда как в медицине важно обеспечить биосовместимость и устойчивость к коррозии.

4. Заключение

Термообработка оказывает существенное влияние на прочность, кристалличность и структуру деталей из PEEK. Оптимизируя параметры (температуру, время, охлаждение), можно значительно повысить эксплуатационные характеристики. Дальнейшие исследования должны быть направлены на подбор наилучших условий под конкретные применения и использовать современные методы анализа, такие как DSC и SEM.