聚醚醚酮PEEK具有耐高溫烛储、耐疲勞、耐化學(xué)品惰采、耐磨損颂鞭、耐水解性能以及優(yōu)異的力學(xué)性能、阻隔性栋锣、電氣特性刑袒、耐輻射性等性能，受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注谍竿，并對材料的特性及改性進(jìn)行了深入研究程悼，目前已應(yīng)用在機(jī)械、石油化工路影、核電诬像、軌道交通以及生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域。

 PEEK薄膜是PEEK除了作為工程塑料闸婴、纖維應(yīng)用之外的一種重要形式坏挠，在國內(nèi)應(yīng)用領(lǐng)域主要為電子產(chǎn)品振膜、飛機(jī)隔音隔熱毯的隔熱膜層邪乍、耐熱絕緣帶和柔性印刷線路板降狠。目前，PEEK薄膜主要依賴進(jìn)口庇楞，國內(nèi)只有極少數(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)PEEK薄膜的工業(yè)化生產(chǎn)榜配。

本文通過擠出流延法制備了一系列PEEK薄膜，制備的薄膜厚度公差較小，膜面平整度高蛋褥，就PEEK薄膜基本性質(zhì)临燃、光學(xué)性能、力學(xué)性能及影響力學(xué)性能的因素展開探討烙心，提供一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持膜廊，希望加快國內(nèi)PEEK薄膜產(chǎn)業(yè)化，進(jìn)而擴(kuò)展PEEK薄膜的應(yīng)用范圍弃理。

 

 PEEK薄膜的基本性質(zhì)

 PEEK是半結(jié)晶性聚合物贼匾，薄膜透光率、物理性能與聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)形態(tài)關(guān)系很大挂蹦，PEEK 薄膜在高結(jié)晶度的狀態(tài)下呈現(xiàn)為不透明棕色瞪栋，在無定形至低結(jié)晶度的狀態(tài)下呈透明淺棕色，下圖為制備的 PEEK 薄膜照片 叼叙。

 

 PEEK 薄膜的照片

 PEEK薄膜密度為1.26~1.30 g/cm3荷焦，無定形態(tài)時(shí)密度為1.26g/cm3，PEEK薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為145℃么酪，冷結(jié)晶峰溫度為174℃掌范，熔點(diǎn)為 341℃。

 

對透光率為84.6%长尼、厚度為95μm的PEEK薄膜在250℃下加熱20min進(jìn)行熱處理睦键。下圖為熱處理前后PEEK薄膜的廣角XRD譜圖，PEEK 屬于正交晶系瞻替，熱處理前薄膜結(jié)晶度較低栗沫，熱處理后PEEK薄膜有4個(gè)主要的衍射峰，分別出現(xiàn)在18.7°遥倦、20.6 °谤绳、22. 6 °、28.6°袒哥，分別對應(yīng)110缩筛、111、200堡称、211和202方向瞎抛，其中211和202方向峰重疊，測試數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)報(bào)道一致却紧，由于PEEK是半結(jié)晶性聚合物婿失，非晶區(qū)部分引起較高的衍射峰背景。

 

PEEK 薄膜的廣角 XRD 譜圖

 

下圖為PEEK薄膜斷面結(jié)構(gòu)的SEM照片啄寡，PEEK薄膜在液氮中可以保持高度韌性。通過擠出流延法制備的 PEEK薄膜，流延輥溫度高于PEEK的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度挺物，由于流延輥具有一定轉(zhuǎn)速懒浮，薄膜在縱向方向具有一定拉伸，從圖中可以觀察到薄膜的縱向斷面盘胯，聚合物分子鏈延著拉伸方向呈現(xiàn)高取向度删广。

 

PEEK 薄膜斷面的SEM照片

 

薄膜結(jié)晶度與透光率的關(guān)系

 

流延輥的溫度與轉(zhuǎn)速直接影響了薄膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)與厚度。透光率與結(jié)晶度的關(guān)系如表1所示刚驶，薄膜厚度相同時(shí)剩知，結(jié)晶度越高，透光率越低牙吼。

 

表 1 透光率與結(jié)晶度的關(guān)系

薄膜霧度也可以反映出薄膜的顏色狀態(tài)瞭剧，結(jié)晶度高，霧度數(shù)值增大柱称。結(jié)晶度為5%以下時(shí)盘挠，薄膜呈高透明、高清晰狀態(tài)臼磁。

 

PEEK薄膜

 

流延膜力學(xué)性能分析

由于PEEK薄膜國內(nèi)沒有標(biāo)準(zhǔn)遗挚，學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中PEEK薄膜拉伸測試的方法不統(tǒng)一，拉伸速率對薄膜力學(xué)性能影響需要探究吊磕。用18μmPEEK流延膜進(jìn)行測試勃犬，薄膜的拉伸速率由40~100 mm/min進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示挎狸。

 

 表 2 力學(xué)性能與拉伸速率的關(guān)系

樣品拉伸強(qiáng)度表現(xiàn)出共同點(diǎn)扣汪，即拉伸速率對拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的影響不大，提高拉伸速率伟叛，屈服強(qiáng)度明顯提高私痹。拉伸速率為100mm/min 時(shí)，薄膜的拉伸強(qiáng)度依然較高统刮，本文PEEK薄膜力學(xué)性能在100 mm/min 的拉伸速度下進(jìn)行測試紊遵。

 

流延輥轉(zhuǎn)速對力學(xué)性能的影響如表3所示。在相同的擠出機(jī)溫度和螺桿轉(zhuǎn)速下侥蒙，流延輥轉(zhuǎn)速不同會(huì)導(dǎo)致薄膜厚度的變化暗膜，流延輥轉(zhuǎn)速越高，薄膜越薄鞭衩，因此薄膜在縱向方向有一定的拉伸学搜，隨著流延輥轉(zhuǎn)速的增加，拉伸變大论衍。從縱向拉伸強(qiáng)度數(shù)據(jù)上看瑞佩，拉伸強(qiáng)度隨流延輥轉(zhuǎn)速的提高而提高聚磺，從95μm薄膜的129 MPa提高到155 MPa，斷裂伸長率隨流延輥轉(zhuǎn)速的提高而呈降低的趨勢智谓，與趨勢相對應(yīng)的莹宁，屈服強(qiáng)度提高 。從橫向拉伸數(shù)據(jù)上看嚎蛀，橫向拉伸強(qiáng)度隨流延輥轉(zhuǎn)速的提高而提高审腺，但是斷裂伸長率和屈服強(qiáng)度沒有明顯固定的趨勢。

 

表3 流延輥轉(zhuǎn)速和擠出溫度對薄膜力學(xué)性能的影響

擠出溫度對薄膜力學(xué)性能存在影響缰畦，由于加工溫度高确列，熔融擠出過程中伴隨部分降解等副反應(yīng)發(fā)生。PEEK的熔點(diǎn)峰值在340℃左右肥稠，DSC數(shù)據(jù)顯示350℃時(shí)已完全熔融我昵，因此加工溫度在370℃以上可進(jìn)行加工 。通過在390里状、400因震、420℃擠出溫度下進(jìn)行力學(xué)性能比較，對PEEK材料的加工穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證鳞编。從表3可以看出汁蝶，PEEK在390~400℃下的力學(xué)性能穩(wěn)定，即使溫度達(dá)到420℃论悴，仍能夠保持較高的力學(xué)強(qiáng)度掖棉，PEEK 具有較寬的加工溫度，有利于生產(chǎn)加工膀估。

 

雙向拉伸薄膜的力學(xué)性能分析

 

PEEK薄膜在室溫下的斷裂伸長率較高幔亥，但是流延薄膜的拉伸強(qiáng)度較低，在某些領(lǐng)域應(yīng)用可能會(huì)受到一定限制察纯。流延薄膜厚度的控制關(guān)鍵在于模頭帕棉，流延法制備的薄膜厚度公差較大，通過雙向拉伸的方法饼记，會(huì)縮小薄膜厚薄公差香伴。

 

同時(shí)，通過雙向拉伸的方法可以提高薄膜的拉伸強(qiáng)度具则。對樣品1#在170℃下進(jìn)行雙向拉伸測試即纲，拉伸速率為0.3 m/min，當(dāng)拉伸倍率超過縱向×橫向=2.5×2.5倍時(shí)博肋，薄膜容易發(fā)生破裂低斋，因此將拉伸倍率調(diào)整為縱向×橫向=2×2，以此研究雙向拉伸對薄膜性能影響刹震。

 

將雙向拉伸的薄膜樣品12#與拉伸前樣品3#和厚度相當(dāng)?shù)臉悠?#進(jìn)行力學(xué)性能比較司逗，從表4可以看出擎若，雙向拉伸可以大幅度提高薄膜的力學(xué)性能，縱向拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到203MPa休敛，但是斷裂伸長率降低至76%茉园，薄膜的屈服強(qiáng)度和彈性模量也有大幅度提高，即薄膜剛性好史糕。

 

表4 雙向拉伸PEEK 薄膜的力學(xué)性能

表面缺陷與薄膜力學(xué)性能分析

 

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)模頭是制約薄膜表面品質(zhì)的關(guān)鍵因素。螺桿及模頭清洗不干凈對PEEK薄膜膜面產(chǎn)生影響诞书。擠出機(jī)停機(jī)后锤知，再次開機(jī)時(shí)PEEK原料難以沖洗干凈螺桿和模頭，薄膜上會(huì)有較多焦料和凝膠點(diǎn)快檀，影響薄膜膜面品質(zhì)和使用性能贩纵。對PEEK原材料沖洗2 h后的薄膜進(jìn)行測試，得到樣品10#都晶、11#懒叛、13#，并與樣品8# 進(jìn)行對比耽梅，結(jié)果如表5所示薛窥。凝膠點(diǎn)和焦料影響薄膜膜面品質(zhì)，但是少量的凝膠點(diǎn)對薄膜的力學(xué)性能影響不大眼姐。

 

表5 表面缺陷對薄膜力學(xué)性能的影響

薄膜抗紫外性分析

 

PEEK薄膜經(jīng)過紫外吸收光譜測試诅迷，超過檢測量程，無法得到吸收光譜众旗。紫外透射光譜如圖所示罢杉。

 

  PEEK薄膜的紫外光透過率光譜

圖中( a )為 95μm 薄膜在 200~400 nm 范圍內(nèi)紫外透射光譜，可見 380 nm 以下的紫外光透過率為0贡歧，說明PEEK薄膜具有抗紫外的特性滩租。

 

PEEK 薄膜在300nm處有微弱的紫外光透過率，圖 5(b)顯示厚度為 15~21μm薄 膜在300nm處紫外光透過率為0.1%利朵，而厚度為95μm薄膜在300nm處紫外光透過率為0.02 %律想，隨著薄膜厚度的增加，透過率降低哗咆。

 

圖5(c)為不同厚度PEEK薄膜在350~400nm范圍內(nèi)的紫外透射光譜搂物，表6所示為 380nm紫外光透過率與薄膜厚度的關(guān)系，可見隨著薄膜厚度的增加读铁，紫外光在 360~380 nm處的透過率降低囱蕴，抗紫外性能更好。

 

表6 紫外光透過率與薄膜厚度的關(guān)系

圖5(d)為相同厚度砂两、不同結(jié)晶度的PEEK薄膜的紫外透射光譜朋堪，由圖5(d)和表7數(shù)據(jù)所示橘疚，380nm紫外光透過率有略微差別，結(jié)晶度高時(shí)盹扮，抗紫外性能更好胶僵。 

 

表7 紫外光透過率與結(jié)晶度的關(guān)系

綜上，結(jié)論如下： 

(1) PEEK薄膜的透光率隨結(jié)晶度的提高而降低字拒；拉伸速率對拉伸強(qiáng)度隘勾、斷裂伸長率的影響不大，拉伸速率快投嫂，屈服強(qiáng)度明顯提高捏章；拉伸強(qiáng)度隨流延輥速率的增加而提高；PEEK在390~400℃下進(jìn)行擠出實(shí)驗(yàn)川梅，薄膜的力學(xué)性能穩(wěn)定疯兼，即使擠出溫度達(dá)到420℃，PEEK薄膜仍能夠保持較高的力學(xué)強(qiáng)度贫途；

(2) 流延后雙向拉伸可大幅提高PEEK薄膜的拉伸強(qiáng)度吧彪，拉伸倍率為縱向×橫向=2×2，縱向拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到203 MPa丢早，斷裂伸長率為76 %姨裸，橫向拉伸強(qiáng)度為157MPa，斷裂伸長率為156%香拉；

(3) PEEK薄膜具有抗紫外的特性啦扬，薄膜厚度增加，結(jié)晶度提高凫碌，紫外光在360~380 nm處的透過率降低扑毡，抗紫外性能更好。

 

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