簡述PEEK——聚醚醚酮材料

2022-11-30 來源：高分子物理學(xué)公眾號(hào)

材料概述

PEEK全稱：聚醚醚酮

是一種具有耐高溫、自潤滑、易加工和高機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)異性能的特種工程塑料，可制造加工成各種機(jī)械零部件，如汽車齒輪、油篩、換檔啟動(dòng)高分子物理學(xué)公眾號(hào)盤；飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、自動(dòng)洗衣機(jī)轉(zhuǎn)輪、醫(yī)療器械零部件等。

聚醚醚酮(PEEK)是一種半結(jié)晶熱塑性聚合物，相較于傳統(tǒng)的熱固性環(huán)氧樹脂，PEEK 具有優(yōu)異的力學(xué)性能，如高強(qiáng)度、高模量和高韌性，同時(shí)具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性[。因此，連續(xù)碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮(CF/PEEK)復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、易修復(fù)、可焊接等優(yōu)異特性，同時(shí) PEEK 的結(jié)晶特性使其在高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(143℃左右) 時(shí)仍具有較強(qiáng)承載能力。

因此，CF/PEEK 復(fù)合材料能夠在 200℃條件下長期服役，是新一代航空航天熱端結(jié)構(gòu)的優(yōu)選材料，對(duì)我國航空航天飛行器結(jié)構(gòu)的發(fā)展具有重要意義。

合成工藝

由4,4'-二氟苯酮、對(duì)苯二酚和碳酸鉀為原料，以二苯砜為溶劑合成制得。

聚醚醚酮（PEEK）釆用親核取代法制備。由4,4'-二氟二苯甲酮與對(duì)苯二酚在二苯砜溶劑中，在堿金屬碳酸鹽作用下進(jìn)行縮聚反應(yīng)制得。反應(yīng)式見圖：

縮聚反應(yīng)在150℃到340℃溫度下進(jìn)行。起始反應(yīng)溫度要低，以免損失對(duì)苯二酚，并減少副反應(yīng)。然后緩慢升溫，聚合物溶解在溶劑中，反應(yīng)在320℃下進(jìn)行完全。

聚合物分子量取決于二氟二苯甲酮和對(duì)苯二酚的摩爾比。兩者通常為等摩爾比，若前者稍過量，則聚合物含有氟端基。氟端基比酚端基的熱穩(wěn)定性更好。

產(chǎn)物結(jié)構(gòu)

球晶是結(jié)晶性高聚物的微小品柆按一定方式規(guī)則排列的多品聚柴體結(jié)構(gòu),它強(qiáng)烈地影響高聚物的各種性能。

高聚物球晶在偏光顯微鏡下可呈現(xiàn)出由于雙折射等效應(yīng)引起的多種消光效應(yīng),其形態(tài)結(jié)構(gòu)一般分為兩大類,即偏光顯微鏡下只出現(xiàn)黑十字消光圖的放射狀球晶和除黑十字外還有消光環(huán)或消光帶的帶狀球品。

過去的研究表明高聚物的球品形態(tài)或只是其中一種,或是在給定的結(jié)晶條件下呈現(xiàn)一種,在另一條件下又呈現(xiàn)另一種形態(tài),如聚醚醚酮(PEEK)僅呈現(xiàn)放射狀球品；聚乙二醇乙二(PEA)在20一40℃結(jié)品形成帶狀,在低于20℃或高于40℃結(jié)品形成放射狀的球品。

從圖1a 和圖1c可以看出, PEEK初生纖維的縱向表面比較光滑, 附著有少量的凝膠粒子 ,纖維斷面近似為圓形 ,纖維內(nèi)部致密無明顯空洞 ,而從圖1b和圖1d可知 , 在經(jīng)過熱拉伸定型處理的PEEK纖維縱向表面更加均勻光滑 ,纖維內(nèi)部更加致密。

PEEK初生纖維的結(jié)晶衍射峰不明顯 ,這表明PEEK初生纖維的結(jié)晶度很低 ,結(jié)晶不完善。而經(jīng)過拉伸定型處理后的PEEK纖維出現(xiàn)兩個(gè)明顯的結(jié)晶衍射峰 ,這表示纖維經(jīng)過拉伸定型處理后 ,在分子鏈應(yīng)力取向誘導(dǎo),拉伸熱效應(yīng),拉伸介質(zhì)熱誘導(dǎo)共同作用下 , 纖維的結(jié)晶度明顯增加。

產(chǎn)品性能與應(yīng)用