玻纤填充PEEK的加工成型

玻纤填充 PEEK（聚醚醚酮）的加工成型需结合其高熔点（343℃）、高粘度及玻纤增强后流动性下降的特性，选择合适的工艺并控制关键参数。以下是主要加工方法、操作要点及常见问题解决方案：

一、注塑成型：最常用的批量生产工艺

1. 设备要求

• 料筒温度：

• 料筒前段：360~380℃（纯 PEEK 为 360~400℃，玻纤填充后需提高 10~20℃以改善流动性）；

• 喷嘴温度：370~390℃（需防流涎，可采用自锁式喷嘴）。

• 模具温度：150~200℃（提高结晶度，增强制品刚性，低于 130℃可能导致表面毛糙）。

• 螺杆转速：30~60 r/min（低转速避免玻纤断裂，压缩比 1.5~2.0:1）。

2. 原料预处理

• 干燥处理：

• 湿度＞0.02% 时需干燥，条件：120~130℃，3~4 小时（真空干燥效果更佳）；

• 未干燥原料易导致制品气泡、表面银丝。

3. 成型要点

• 保压压力：注射压力的 50%~70%（通常 80~120 MPa），保压时间 5~15 秒（厚壁件延长至 30 秒）。

• 冷却时间：取决于制品厚度，通常 10~30 秒（过快冷却可能降低结晶度，影响耐热性）。

• 模具设计：

• 流道：优选圆形或梯形流道，避免直角转弯（减少玻纤磨损）；

• 浇口：潜伏式或扇形浇口，尺寸≥1.5 mm（防止玻纤堵塞）。

4. 常见问题与解决

二、挤出成型：用于管材、棒材、板材生产

1. 工艺参数

• 料筒温度：360~380℃（分段加热，机头温度略低于料筒前段）；

• 螺杆类型：渐变型螺杆（压缩比 1.8~2.2:1），长径比（L/D）20~25:1（促进玻纤分散）；

• 牵引速度：0.5~2 m/min（速度过快易导致截面尺寸不稳定）。

2. 模具设计

• 口模尺寸：比制品尺寸大 10%~20%（考虑熔体离模膨胀）；

• 定型套：采用水冷却定型，温度 20~40℃（控制冷却速率，避免内部应力）。

3. 应用场景

• 工业管材：化工耐腐蚀管道（替代不锈钢管）；

• 结构型材：航空航天用轻量化梁、轨交用耐磨导轨。

三、模压成型：适用于大型或复杂结构件

1. 工艺步骤

• 预成型：将玻纤填充 PEEK 粒料或粉料铺于模具内，加热至 350~370℃（高于熔点）；

• 加压：施加压力 10~30 MPa，保压 10~20 分钟（促进熔体均匀流动）；

• 冷却脱模：随炉冷却至 150℃以下（避免骤冷开裂）。

2. 优势与局限

• 优势：制品纤维取向可控，适合高压环境下的厚壁件（如航空航天承力件）；

• 局限：生产周期长，不适合大批量生产。

四、3D 打印（增材制造）：定制化与快速成型

1. FDM（熔融沉积成型）

• 材料形式：玻纤填充 PEEK filament（直径 1.75 mm 或 3.0 mm）；

• 设备要求：

• 喷嘴温度：380~400℃；

• 热床温度：150~180℃（防止翘曲）；

• 层高：0.1~0.3 mm（高精度需求取低值）。

• 后处理：

• 退火处理：180℃下保温 2 小时（消除打印应力，提升尺寸稳定性）。

2. 应用场景

• 医疗领域：定制化骨科植入物（需结合 CT 数据建模）；

• 工业夹具：复杂曲面的非标夹具（替代传统机加工，成本降低 50%）。

五、二次加工：优化制品精度与功能

1. 机械加工

• 切削参数：

• 刀具材质：硬质合金或金刚石涂层刀具（避免玻纤磨损刀具）；

• 进给速度：50~100 mm/min（比加工铝合金慢 30%~50%）；

• 冷却方式：压缩空气冷却（避免切削液污染）。

• 注意事项：

• 避免轴向切削力过大导致分层，优先采用顺铣；

• 钻孔时使用阶梯钻（减少入口毛刺）。

2. 表面处理

• 激光打标：用于制品标识（耐 250℃高温，标识持久）；

• 涂层处理：喷涂 PTFE（聚四氟乙烯）提升表面润滑性（摩擦系数从 0.3 降至 0.15）。

六、关键影响因素与控制

1. 玻纤含量

• 10%~30% 玻纤：流动性较好，适合复杂结构件（如齿轮）；

• 40%~50% 玻纤：刚性显著提升，但需更高注射压力（易磨损模具，需采用硬化钢模具）。

2. 结晶度调控

• 高结晶度（＞50%）：通过高温模具（180~200℃）和缓慢冷却获得，提升耐热性（HDT 从 150℃升至 310℃）；

• 低结晶度：快速冷却（模具温度＜100℃），增强韧性（缺口冲击强度提升 20%）。

3. 环境因素

• 湿度控制：加工车间湿度＜50% RH（避免原料吸潮）；

• 静电防护：玻纤填充 PEEK 易产生静电，需接地或使用抗静电添加剂。

七、安全与环保注意事项

• 高温防护：加工设备需配备隔热层，避免操作人员烫伤；

• 废气处理：高温下可能释放微量酮类气体，需安装通风系统；

• 废料回收：边角料可粉碎后与新料按≤30% 比例混合使用（需确保清洁度，避免杂质影响性能）。

总结：工艺选择与优化方向

• 批量生产：优先选注塑成型，通过模具设计和参数优化平衡效率与性能；

• 高性能需求：模压成型或挤出成型，配合高玻纤含量（如 50%）提升刚性；

• 定制化场景：3D 打印结合 FDM 工艺，快速验证设计方案。

随着加工技术的进步（如超临界流体辅助注塑、电磁动态塑化技术），玻纤填充 PEEK 的成型效率和制品质量将进一步提升，推动其在高端制造领域的广泛应用。