高强度PEEK的加工成型

高强度 PEEK（尤其是纤维增强型）的加工成型难度显著高于普通塑料，核心挑战在于其高熔点、高熔体粘度、易降解及增强相（如碳纤维）的分散与取向控制。需结合材料特性（纯树脂 / 增强型）和零件需求（批量 / 精密 / 复杂结构）选择适配工艺，同时严格控制工艺参数以避免性能损失。以下是其主要加工成型方法及关键要点：

一、加工前的预处理：减少缺陷的基础

高强度 PEEK（无论纯树脂还是增强型）吸湿性较低（平衡吸水率约 0.5%），但加工前仍需严格干燥，否则会导致制品出现气泡、银丝、分层等缺陷：

干燥条件：纯 PEEK 树脂在 120-150℃下干燥 3-4 小时；碳纤维 / 玻璃纤维增强 PEEK 需提高至 150-180℃，干燥 4-6 小时（因增强纤维可能吸附微量水分）。
干燥设备：建议使用热风循环干燥机或真空干燥机，避免普通烘箱的温度波动导致局部过热。

二、主流加工成型方法及工艺要点

1. 注塑成型：适合批量生产中小型零件

注塑是高强度 PEEK 最常用的批量生产工艺，尤其适用于结构相对规整的零件（如齿轮、轴承、连接件），但需针对其高熔点和高粘度特性调整设备与参数：

设备要求：

料筒温度：需能稳定达到 360-420℃（纯 PEEK 熔点 343℃，增强型需更高温度以保证流动性），料筒材质需耐磨损（增强型 PEEK 中的纤维会磨损金属，建议采用氮化钢或双金属料筒）。
螺杆：需高剪切设计（如屏障型螺杆），但压缩比不宜过高（通常 2.5-3.5），避免过度剪切导致材料降解；螺杆转速需适中（20-60rpm），防止摩擦生热引发局部过热。
模具：需加热至 140-200℃（远高于普通塑料模具温度），目的是减少熔体快速冷却导致的内应力，避免零件翘曲；模具型腔表面需抛光（Ra≤0.8μm），减少增强纤维对模具的刮擦。

关键工艺参数：

参数	纯 PEEK 树脂	30% 碳纤维增强 PEEK
料筒温度	360-390℃	380-420℃
喷嘴温度	370-400℃	390-430℃
模具温度	140-180℃	160-200℃
注射压力	80-120MPa	100-150MPa
保压压力	50-80MPa	70-100MPa
冷却时间	15-30s	20-40s

难点与解决：

增强型 PEEK 流动性差，易出现 “填充不足”：可通过提高料筒温度（不超过 430℃，否则降解）、增加注射压力或优化浇口设计（采用较大直径浇口，如 Φ1.5-3mm）解决。
纤维取向不均导致性能 anisotropy（各向异性）：通过调整模具温度（提高至上限）、降低注射速度（避免纤维沿流动方向过度取向）缓解。

2. 机加工：适合精密零件与小批量生产

对于形状复杂（如异形支架、医疗植入物）或精度要求极高（公差 ±0.01mm）的零件，常采用 “先注塑 / 模压成毛坯，再机加工精修” 的方式，或直接对棒材 / 板材进行机加工：

材料形态：高强度 PEEK 可制成棒材（直径 5-200mm）、板材（厚度 1-50mm）或管材，增强型材料因纤维分布均匀，机加工性能优于纯树脂（减少粘刀）。
刀具与参数：

切削速度：纯 PEEK 100-200m/min，碳纤维增强 PEEK 50-100m/min（速度过高会因摩擦生热导致材料软化粘刀）。
进给量：0.1-0.2mm/r，深度 0.5-2mm（避免过大进给量导致零件受力变形）。
刀具：需采用硬质合金（如 WC-Co 合金）或金刚石涂层刀具（针对碳纤维增强型，减少纤维对刀具的磨损），避免使用高速钢刀具（易磨损导致表面粗糙）。
切削参数：
冷却：需使用冷却润滑液（如煤油或专用高性能切削液），降低切削区温度，防止材料因高温（超过 Tg）软化变形。

关键注意：机加工后的零件需进行退火处理（150-200℃下保温 2-4 小时，缓慢冷却），消除切削应力，避免后续使用中出现尺寸漂移。

3. 模压成型：适合大尺寸、厚壁或连续纤维增强零件

模压成型（含热压成型）适用于生产大尺寸板材、厚壁结构件（如航空航天的大型支架）或连续纤维增强 PEEK（如碳纤维布增强复合材料），通过压力和温度使材料在模具内固化成型：

工艺步骤：

将 PEEK 树脂粉末或预浸料（纤维 + 树脂）放入预热至 360-400℃的模具中；
施加压力（10-30MPa），保持温度和压力 10-30 分钟（根据零件厚度调整），使树脂充分熔融流动并浸润纤维；
缓慢降温至 200℃以下卸压，避免快速冷却导致内应力。

优势：适合纤维含量高（如 50% 以上）的增强 PEEK，能更好地控制纤维取向和分布，提升零件的整体强度和抗冲击性。

4. 3D 打印：适合复杂异形结构件

3D 打印为高强度 PEEK 的复杂结构制造提供了可能（如医疗植入物的个性化多孔结构、航空航天的拓扑优化零件），主流技术包括：

熔融沉积成型（FDM）：

原理：将 PEEK 线材（直径 1.75mm 或 3mm）通过高温喷嘴（380-420℃）熔融，逐层堆积；
关键：需加热成型腔（120-180℃）减少层间应力，避免开裂；打印速度较慢（5-30mm/s），但设备成本较低，适合中小尺寸零件。

选择性激光烧结（SLS）：

原理：用激光（波长 10.6μm 的 CO₂激光）烧结 PEEK 粉末（粒径 50-100μm），逐层成型；
优势：无需支撑结构，可制造更复杂的内部结构；但需严格控制烧结温度（略低于熔点 343℃，约 330-340℃），避免粉末过度熔融结块。

局限性：3D 打印的高强度 PEEK 零件致密度略低于注塑或模压（约 95-98%），需通过后续热压处理（200-250℃，5-10MPa）提升致密度和力学性能。

5. 其他成型方法

挤出成型：用于生产管材、棒材或异型材，需高扭矩挤出机（适应高粘度），机头温度 360-400℃，冷却定型模需加热至 100-150℃以减少内应力。
薄膜成型：通过流延或吹塑工艺生产高强度 PEEK 薄膜（用于耐高温绝缘材料），流延温度 370-400℃，冷却辊温度 120-160℃。

三、加工中的核心挑战与解决方案

材料降解：PEEK 在超过 450℃时易发生热降解（产生气泡、变色，力学性能下降），需严格控制料筒 / 喷嘴温度，缩短材料在高温区的停留时间（≤10 分钟）。
增强相分散不均：碳纤维 / 玻璃纤维在熔体中易团聚，导致零件局部强度不足，需在材料制备阶段优化混合工艺（如双螺杆挤出造粒时提高剪切分散），加工时避免过度剪切（防止纤维断裂）。
内应力与翘曲：高冷却速率导致的内应力是主要原因，解决方案包括：提高模具温度、延长保压时间、加工后进行退火处理（150-200℃，2-4 小时）。

总结

高强度 PEEK 的加工成型需 “高温设备 + 精准控温 + 适配工艺”：批量中小型零件优先选注塑，复杂精密零件结合机加工，大尺寸增强件用模压，个性化结构件依赖 3D 打印。核心是平衡 “流动性” 与 “性能保留”—— 既要通过高温和压力保证材料充满型腔 / 浸润增强相，又要避免过度加工导致降解或内应力缺陷。随着加工技术的进步（如超高温 3D 打印、连续纤维原位增强注塑），其成型效率和零件性能还在持续提升，进一步拓宽应用边界。