Page 75 - 《橡塑技术与装备》2022年7期

工艺与设备 赵仕浩 等·模压工艺参数对 PEEK 基复合材料冲击性能及摩擦学性能的影响

表 2 模压工艺的参数表 ~360 ℃其摩擦系数有明显的下降，在 360~380 ℃保
试验号 成型温度 /℃ 保温时间 /min 持稳定。可见当成型温度较低时，材料的冲击性能较
A1 340 20
A2 360 20 差，受限于制作周期问题，其保温时间应尽量小，这
A3 380 20
A4 340 30 时若温度较低，PEEK 可能成型不充分，不能形成均
A5 360 30 匀，致密，充分熔融的样品，处于玻璃态或塑化不良
A6 380 30
等情况，同时提升保温时间同样可以使材料内外温度
保持一致，使材料充分熔融，高温也可降低残余的热
应力。 在温度超过 380 ℃以后材料难以成型，主要是
因为 PEEK 分子链的特殊性导致其在温度较高的情况
下出现主链断裂，同时 PEEK 分子链的剧烈运动难以
形成有序的排列导致其取向变低，另外降温至室温所
需时间长，增加了时间成本。最高的冲击强度在 360
图 1 PEEK 基复合材料的模压制备工艺 2
℃，30 min 的条件下，为 19.43 kJ/m 。
1.2 测试与表征
DSC 测试的实验条件 ：升温速率 10 ℃ /min，气
氛为氦气，温度从室温到 700 ℃，得出其失重率为
20% 时的温度、玻璃转化温度和熔融温度，以此来制
定相关的工艺条件。
冲击 强度 按照 国标 GB/T 1843—2008《塑 料悬
臂 梁 冲 击 强 度 测 试 》， 试 样 大 小 为 80 mm×10 mm×4
mm，试样采取无缺口冲击试样，单位为千焦每平方米
2
（kJ/m ）。
摩擦实验参照 ASTM G99-2004 《用针盘仪进行
磨损试验的测试方法》进行，试样大小为 Ф30 mm×1
mm，用磨床加工试样工作面，保证其表面平整度和粗 图 2 模压工艺参数对冲击韧性的影响
糙度，对磨偶件为 6 mm 的 Gcr15 球，实验条件 ：载
2.3 摩擦磨损性能
荷 8 N，对磨时间 1 h，实验环境温度 26 ℃左右。实
图 3 为模压工艺参数对材料的摩擦学性能的影响，
验结束后，采用扫描电镜 (SEM) 在高真空条件下观察
可见在 20 min 的保温时间的条件下，随着成型温度的
摩擦磨损形貌。 上升，材料的摩擦系数和磨损量呈下降的趋势，在 30
min 的保温时间的条件下，随着成型温度的上升，材
2 结果与分析 料在 340~360 ℃其摩擦系数摩擦系数和磨损量有明显
2.1 DSC 测试 的下降，在 360~380 ℃保持稳定。在模压成型中，材
经测试得到 PEEK 基复合材料的失重率为 20% 时 料处于被压缩的状态，当保温时间和成型温度较低时，
的温度为 562.0 ℃，材料的玻璃转化温度为 157.4 ℃， 材料没有充分熔融，分子链没有完全展开，PEEK 和
熔融温度为 338.4 ℃，故其成型温度应高于 338.4 ℃ PTFE 无法发挥出其优秀的摩擦学性能，同时上面关
且低于 562.0 ℃，使用温度低于 157.4 ℃，由此设计 于力学性能的研究也可看出材料和 SCF 的结合并不紧
出表 2 的模压工艺参数。 密，摩擦界面的承载能力并不理想，无法形成稳定的
2.2 冲击性能 润滑膜，所以其摩擦因数略高。如 A5 和 A6 的保温时
图 2 为模压工艺参数对材料的冲击性能的影响， 间均为 30 min，温度为 360 ℃和 380 ℃，在合适的保
可见在 20 min 的保温时间的条件下，随着成型温度的 温时间和保温温度的情况下，得到了充分的熔融，材
上升，材料的冲击性能呈下降的趋势，在 30 min 的保 料的结合紧密，可见其摩擦系数和磨损量了下来，且
温时间的条件下，随着成型温度的上升，材料在 340 较低。

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