将基于PEEK的高性能的聚醚醚酮改性环氧树脂应用于高温、高压的复杂的机械零部件的制造将具有广阔的应用前景
1. 基本概念
其以苯环、醚桥(‑O‑)和酮基(‑CO‑)的交替的分子骨架的构成赋予了它优异的耐高温(可达380℃)和良好的化学稳定性等一系列出色的高性能的工程塑料的性质环氧树脂 。
目前PEEK价格处于低位环氧树脂 ,136+8172+4809(V同号)上氟新材有各种品牌、型号、规格的PEEK材料出售,原厂原包,物美价廉,欢迎选购!
以其独特的热固性特性和高强度的三维交联网络的结构,环氧树脂的固化不仅能使其自身的机械性、化学性等性能大大提高,而且还能将其与各种基体形成出高强度的粘合或复合材料,对广泛的工业领域都具有较大的推广价值,如:汽车的底盘、车架的粘合、机器的基座、电机的轴承座等都用到环氧树脂的粘合剂;涂层的用途则可见其在航空、船舶、汽车、机器等的防腐蚀的应用;还可作为复合材料的基体,广泛的用在汽车的车身、机器的机架、飞机的机身、船的船壳等环氧树脂 。
2. 改性目的
将 PEEK 以粉末或改性形态掺入环氧树脂,主要是提升韧性、热稳定性和耐温性能,弥补传统环氧树脂脆性、玻璃化转变温度(Tg)较低的不足,同时保持其优良的粘接与绝缘特性环氧树脂 。
3. 常见改性方法
将研究的主要方法、关键的理论或技术的要点以及相关的参考文献等逐一阐述为首要的工作之一
将5-10%的粒径均匀小于10µm的PEEK粉末直接掺入环氧树脂的前体中,然后按照常规的固化工艺就可制得PEEK/环氧树脂的复合材料环氧树脂 。
通过将可溶性的PEEK(s-PEEK)与环氧树脂通过热熔的方法充分的混合使其具有了极高的相容性从而大大提高了其可的冲击强度和拉伸的伸长率等多种优良的性能环氧树脂 。
化学表面改性 ① 羟基化或磺化(SPEEK)在 PEEK 表面引入活性基团,增强与环氧基团的交联;② 紫外辐射或等离子体处理产生自由基,促进界面键合环氧树脂 。
微粉化/纳米化 通过高能研磨将 PEEK 粉碎至亚微米甚至纳米尺度,提高分散度,降低粘度增幅环氧树脂 。
4. 工艺参数(典型配方)
采用对PEEK的6%的添加可使其取得最佳的韧性提升手段环氧树脂 ,而5-10wt%的PEEK的添加对材料的综合性指标均有所提高
凭借对PEEK的合理的固化温度的程序的设定环氧树脂 ,如80℃2h→125℃2h→180℃3h等,对PEEK与环氧基体的充分的交联都能得到较好的保证
- 混合方式:高速分散机或双螺杆挤出机,必要时加入分散剂以防聚集环氧树脂 。
通过对比前后的实验数据可清晰地看出环氧树脂 我们的模型在各个指标上的性能都有了明显的提升.
但加入了6wt%的PEEK后其冲击韧性却奇迹般的“翻了个天”,从原来的11.5kJ/m²一下子增至了19.1kJ/m²,相比之下增幅高达107%!环氧树脂 。
基于对5 wt%的s-PEEK的引入,其所对冲击强度的提升达69%~86%(最高达46.6kJ/m²)等环氧树脂 。
由此可见,PEEK的颗粒对改性的树脂不仅能提高了其玻璃化转变温度(Tg),而且在Tg以上的高温下均能保持良好的力学性能环氧树脂 。
通过将PEEK的颗粒填充到基体中,不仅能将其独特的高强度、高模量、高的耐蚀性等优良的物理和化学性能得以充分的发挥,还能将其独特的低的线性热膨胀系数(CTE)这一优良的物理性质尽可能的降低,从而大大提高了其在高精度的电子封装中的应用价值环氧树脂 。
采用对树脂的精心改造手段,我们不仅能够将其体积的电阻率提升至了225%以上,还能有效地保持甚至增强了其原本就优良的绝缘性能环氧树脂 。
- 力学强度:拉伸、压缩、弯曲强度均有 10 %–50 % 的提升,且断裂模式由脆性转向韧性断裂环氧树脂 。
6. 微观结构观察
基于对PEEK的SEM的观察可见其在环氧基体中均匀的分散,界面无明显的空洞或脱粘,形成了连续的相互的渗透的结构,而LCP等其他的改性剂则相对其分散不佳,导致了界面的较多的缺陷环氧树脂 。
7. 典型应用领域
1. 航空航天:高温结构件、机翼前缘、发动机部件的粘接与修复,需兼顾高强度与耐热性环氧树脂 。
2. 汽车轻量化:车身内饰、底盘部件的复合材料粘接,提升冲击安全性环氧树脂 。
3. 电子封装:高功率器件的封装胶,要求低 CTE、优异绝缘和耐热性能环氧树脂 。
4. 医疗器械:植入式器械(如脊柱支架)与树脂基体的粘接,PEEK 的生物相容性配合改性环氧树脂可实现可靠的长期固定环氧树脂 。
5. 粘接技术:通过表面改性(如 Friedel–Crafts 酰化)在牙科或精密装配中提升环氧树脂与金属/陶瓷的粘结强度环氧树脂 。
8. 优势与挑战
优势 挑战
依托于对比性试验的结果表明其韧性都明显的提升了,尤其是冲击强度的增大使其断裂的韧性都大幅的提高了环氧树脂 。 但其粉末的易聚集性又将对其所处的应用中造成了不少的困扰,如PEEK的高温高压的注塑工艺中由于其粉末的易聚集性难以达到均匀的充填度,从而使其注塑的产品的性能不均匀,难以达到所要求的性能的要求,对其所处的应用中造成了较大的困扰,因此对其高效的分散技术或对其表面进行一定的改性就具有了较大的意义。
依托于对其所得的高Tg的新型高分子材料的深入的研究及其对各种高温的介质的研究,成功的将其所得的高Tg的新型高分子的耐温上限提升20℃以上,有效的提高了其热稳定性环氧树脂 。 由高含量的PEEK的引入将会对体系的粘度产生较大的影响,对体系的浇注、流动等都将造成较大的不利的影响。
基于将其体积的电阻率大大提升,已经将电绝缘的“高”指向了新的方向,推开了电子封装的新大门环氧树脂 。 但由PEEK的高昂的原料价格又将其限制在了较小的规模的应用上。
其具有良好的化学兼容性,对多数的常用溶剂及常见的腐蚀介质都能保持良好的耐受性环氧树脂 。 其固化的温度都高达180℃以上,对设备的要求也就更高了。
9. 市场前景
基于航空、汽车的不断轻量化以及高功率的电子封装对高的热稳定性、耐冲击、低的线膨胀系数的材料的持续的需求,使得PEEK的改性环氧树脂的市场潜力越来越广泛地被人所看好环氧树脂 。在国内外的多家化工企业(如蓝星、华东化工等)相继开展了改性环氧树脂的相关产品的研发开发工作背景下,我们预计在未来5-10年内改性环氧树脂将在高端的复合材料的领域中占据极大的市场份额。
小结
基于对环氧树脂的共混、化学改性或微粉化的掺入等处理,使其既能保持其原有的良好的粘接与绝缘的优点,又能显著的提高其所具有的韧性、热的稳定性、机械的强度等多种优良的性能环氧树脂 。尽管其在航空、汽车、电子、医疗等高端领域的应用已初见眉目,但其却因分散、粘度大、成本高等一系列的缺点而受到了人们的广泛的诟病,但随着加工工艺的不断的进步和需求的不断的扩大,PEEK改性环氧树脂就将有望成为高性能的复合材料的重要的基体之一。