Характеристики исследования пленки полиэфирэфиркетона (ПЭЭК)

Полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) обладает высокой термической стойкостью, устойчивостью к усталости, химическим воздействиям, износу, гидролизу, а также отличными механическими, барьерными, электрическими и радиационными свойствами. Он привлекает широкое внимание отечественных и зарубежных ученых, которые провели глубокие исследования свойств и модификации материала. В настоящее время он применяется в механической, нефтехимической, ядерной энергетике, железнодорожном транспорте и биомедицинских материалах.

Пленка ПЭЭК является важной формой ПЭЭК, помимо использования в качестве инженерных пластиков и волокон. Ее основные применения включают вибрирующие мембраны для электронных изделий, теплоизоляционные пленки для звукоизоляции и теплоизоляционных одеял самолетов, теплостойкие изоляционные ленты и гибкие печатные платы. В данной работе были подготовлены серии пленок ПЭЭК методом экструзионного литья ARKPEEK. Подготовленные пленки имеют малые толщинные отклонения и высокую плоскость поверхности. Мы провели эксперименты в нашей лаборатории, чтобы исследовать основные свойства, оптические свойства, механические свойства и факторы, влияющие на механические свойства пленок ПЭЭК, предоставляя некоторую базовую поддержку данных для наших пользователей для дальнейшего расширения области применения пленок ПЭЭК.

Основные свойства пленки ПЭЭК

ПЭЭК является полукристаллическим полимером, и прозрачность и физические свойства пленки тесно связаны с молекулярной цепью полимера. Пленки ПЭЭК выглядят непрозрачно коричневыми в состоянии высокой кристалличности и прозрачно светло-коричневыми в аморфном до низкого уровня кристалличности. На изображении ниже показана фотография пленки ARPEEK.

Плотность пленки ПЭЭК составляет 1,26~1,30 г/см³, а аморфная плотность - 1,26 г/см³. Температура стеклования пленки ПЭЭК составляет 145°C, температура пика холодной кристаллизации - 174°C, а температура плавления - 341°C.

Пленка ПЭЭК с коэффициентом пропускания 84,6% и толщиной 95 мкм была подвергнута термической обработке при температуре 250°C в течение 20 минут. На рисунке ниже показаны спектры широкоугольной рентгеновской дифракции пленки ПЭЭК до и после термической обработки. Пленка ПЭЭК принадлежит к орторомбической кристаллической системе. Перед термической обработкой кристалличность пленки низкая. После термической обработки пленка ПЭЭК проявляет четыре основных пика дифракции при углах 18,7°, 20,6°, 22,6° и 28,6°, соответствующих направлениям 110, 111, 200, 211 и 202, соответственно. Пики направлений 211 и 202 перекрываются. Полученные данные согласуются с литературными отчетами. В связи с тем, что ПЭЭК является полукристаллическим полимером, аморфные области способствуют повышенному фону дифракции.

На рисунке ниже показана сканирующая электронная микроскопия поперечного разреза пленки ПЭЭК. Пленка ПЭЭК может сохранять высокую прочность в жидком азоте. Пленка ПЭЭК, приготовленная методом экструзионного литья, имеет температуру ролика выше температуры стеклования ПЭЭК. Поскольку ролик экструзионного литья имеет определенную скорость, пленка подвергается определенному растяжению в продольном направлении. Из рисунка можно наблюдать продольное сечение пленки, где полимерные молекулярные цепи проявляют высокую ориентацию вдоль направления растяжения.

Связь между кристалличностью пленки и пропусканием света

Температура и скорость вращения литого валка прямо влияют на структуру, морфологию и толщину пленки. При одинаковой толщине пленки более высокая кристалличность приводит к более низкому пропусканию света.

Опасность пленки также может отражать состояние цвета пленки. Более высокая кристалличность приводит к увеличению значений опасности. При кристалличности менее 5% пленка обладает высокой прозрачностью и четкостью. Ниже приведено изображение из ARKPEEK, которое это хорошо демонстрирует.

Аморфное состояние представляет собой низкую кристалличность, а полукристаллическое - более высокую.

Анализ механических свойств экструдированных пленок

В связи с отсутствием национальных стандартов для пленок PEEK в Китае нет единого метода для испытания на растяжение пленок PEEK в научной литературе. Необходимо изучить влияние скорости растяжения на механические свойства пленок. В нашем исследовании мы проводили испытания экструдированных пленок PEEK толщиной 18 мкм при скоростях растяжения от 40 до 100 мм/мин, как показано в экспериментальных результатах в таблице ниже.

Головка пресса является критическим фактором, влияющим на качество поверхности пленки. Недостаточная очистка винта и головки пресса может повлиять на поверхность пленки PEEK. После остановки экструдера повторный запуск без тщательной очистки приводит к затруднениям в удалении материала PEEK, что приводит к большему количеству обуглившихся остатков и гель-точек на пленке, что влияет на ее поверхностное качество и характеристики. Хотя гель-точки и обуглившиеся остатки влияют на поверхностное качество, небольшое количество гель-точек практически не влияет на механические свойства пленки.

Анализ устойчивости пленки к УФ-излучению

Проведя испытания в лаборатории ARKPEEK, мы получили следующие данные о зависимости пропускания ультрафиолетового света с длиной волны 380 нм от толщины пленки. Очевидно, что с увеличением толщины пленки пропускание ультрафиолетового света в диапазоне 360-380 нм снижается, что указывает на лучшую устойчивость к УФ-излучению.

Зависимость пропускания УФ-излучения от толщины пленки

Мы также изучили спектры пропускания ультрафиолетового излучения пленок PEEK с одинаковой толщиной, но различной кристалличностью. Наблюдается небольшое различие в пропускании ультрафиолетового света с длиной волны 380 нм, причем лучшая устойчивость к УФ-излучению наблюдается у пленок с более высокой кристалличностью. Конкретные данные можно найти на рисунке ниже.

Связь между пропусканием УФ-излучения и кристалличностью

В заключение, выводы следующие:

(1) Пропускание света через пленку PEEK уменьшается с увеличением кристалличности. Влияние скорости растяжения на прочность на разрыв и удлинение при разрыве минимально, при более быстром скорости растяжения происходит значительное увеличение предела текучести. Прочность на разрыв возрастает с увеличением скорости вращения экструзионного валика. PEEK обладает стабильными механическими свойствами при экструзии при температуре 390~400°C, и даже при температуре экструзии 420°C пленка PEEK может сохранять относительно высокую механическую прочность.

(2) Биаксиальное растяжение после экструзии может значительно увеличить прочность на разрыв пленки PEEK. При коэффициенте растяжения продольного × поперечного = 2 × 2 продольная прочность на разрыв может достигать 203 МПа, с удлинением при разрыве 76%, в то время как поперечная прочность на разрыв составляет 157 МПа, с удлинением при разрыве 156%.

(3) Пленка PEEK обладает характеристиками устойчивости к УФ-излучению. С увеличением толщины пленки и кристалличности пропускание ультрафиолетового света в диапазоне 360~380 нм снижается, что указывает на лучшую устойчивость к УФ-излучению.