PEEK+PTFE的加工成型

PEEK+PTFE 复合材料的加工成型需兼顾两种聚合物的特性（PEEK 为热塑性、高熔点；PTFE 为高熔体粘度、需烧结固化），其工艺复杂程度高于单一材料。以下从原料预处理、共混工艺、成型方法、后加工四个维度详细说明，结合关键参数和工艺难点解析：

一、原料预处理：解决相容性与稳定性问题

PEEK 与 PTFE 的分子结构差异较大（PEEK 为芳香族刚性链，PTFE 为氟代柔性链），直接混合易出现分散不均，需先进行预处理：

干燥处理：

PEEK 颗粒需在 120-150℃真空干燥 4-6 小时，去除水分（含水率需≤0.02%），避免加工中因水汽蒸发产生气泡；
PTFE 粉末（通常为悬浮聚合粉，粒径 5-50μm）吸湿性低，可简化干燥，但需去除表面杂质（如研磨残留的金属粉末）。

表面改性（可选）：
对 PTFE 粉末进行等离子体处理或涂覆偶联剂（如硅烷类），提升与 PEEK 的界面结合力，减少成型后分层风险（尤其当 PEEK 含量＜30% 时）。

二、共混工艺：实现均匀分散

共混是决定复合材料性能的核心步骤，需通过机械剪切力打破 PTFE 的团聚，使两种组分微观分散：

双螺杆挤出共混：

喂料区温度：100-150℃（预热原料）；
熔融区温度：340-360℃（PEEK 熔融，PTFE 软化）；
均化区温度：360-380℃（确保剪切分散，避免 PEEK 降解）；
螺杆转速：300-500rpm（高转速增强剪切，但需控制扭矩≤80%，防止过热）。
设备：需配备耐高温（≥400℃）、耐磨螺杆（材质为氮化钢或碳化钨涂层），避免 PTFE 对金属的磨蚀；
工艺参数：
产物：共混后造粒（粒径 3-5mm），用于后续成型。

其他共混方式：
对于小批量生产，可采用高速混合机（常温）预混，再通过开炼机（辊温 300-320℃）熔融捏合，但分散均匀性略差于双螺杆法。

三、成型方法：根据制品形态选择工艺

PEEK+PTFE 的成型需匹配材料的流动性（PEEK 提供流动性，PTFE 增加粘度），常用方法包括模压烧结、注塑成型、挤出成型：

1. 模压烧结（适用于复杂形状、大尺寸制品，如密封环、法兰垫片）

步骤：

装模：将共混粉末或颗粒填入模具（型腔需抛光，减少脱模阻力），施加预压力（10-30MPa）压制为坯料（密度达理论值的 70-80%）；
烧结：将坯料放入烧结炉，缓慢升温（5-10℃/min）至 370-390℃（高于两者熔点），保温 1-3 小时（根据厚度，10mm 制品保温 2 小时），使分子链扩散融合；
冷却：随炉降温（≤5℃/min）至 200℃以下，避免内应力导致开裂，最终脱模。

优势：适合 PTFE 含量高（＞50%）的配方，可减少熔体流动不足的问题。

2. 注塑成型（适用于小型精密部件，如轴承、齿轮）

设备要求：需配备高温注塑机（喷嘴温度 380-400℃，料筒最高温度 400℃），锁模力≥1000kN（因熔体粘度高）；
工艺参数：

料筒温度：前段 340-360℃，中段 360-380℃，后段 380-400℃；
模具温度：150-200℃（高于 PEEK 玻璃化温度 143℃，减少结晶应力）；
注射压力：150-250MPa（克服 PTFE 导致的高粘度），保压压力 80-120MPa，保压时间 5-10s；

难点：PTFE 含量＞30% 时流动性急剧下降，易出现填充不满，需通过提高温度或添加流动助剂（如 PEEK 蜡）改善。

3. 挤出成型（适用于管材、板材、棒材）

设备：单螺杆挤出机（长径比 L/D=25-30），机头和口模需加热至 380-400℃；
工艺要点：

螺杆压缩比 3:1-4:1（增强塑化效果）；
牵引速度与挤出速度匹配（管材牵引速度 1-5m/min），避免制品拉伸变形；
冷却定型：采用水冷（水温 60-80℃，避免骤冷开裂），对板材需用压光辊控制平整度。

四、后加工：提升尺寸精度与表面质量

成型后的制品常需机械加工以满足精密要求（如公差 ±0.01mm）：

加工方式：

车削：用硬质合金刀具（如 WC-Co），切削速度 50-100m/min，进给量 0.1-0.2mm/r，避免高速导致材料软化；
铣削：用于复杂轮廓加工，需冷却（压缩空气冷却，避免切削液污染）；
钻孔：用螺旋钻头，降低进给速度（0.05-0.1mm/r），防止孔壁开裂。

注意事项：材料导热性差（约 0.2-0.3W/(m・K)），需控制切削热量，避免局部过热导致尺寸变形。

五、工艺难点与解决方案

常见问题	原因分析	解决方法
制品分层	界面结合力不足	增加偶联剂（如 KH-550），提高共混剪切强度
表面气泡	原料含水分或挥发物	加强干燥（PEEK 真空干燥 6 小时），降低升温速率
尺寸收缩不均	两种材料收缩率差异（PEEK 约 1.5%，PTFE 约 3%）	模具设计预留收缩量，优化冷却速率
烧结后变形	内应力释放	延长保温时间，缓慢降温（≤3℃/min）

总结

PEEK+PTFE 的加工需平衡 “高温熔融” 与 “高粘度成型” 的矛盾，模压烧结适合高 PTFE 含量、大尺寸制品，注塑成型适合精密小型件。核心在于原料预处理充分、共混分散均匀、温度 / 压力精准控制，才能确保制品兼具两者的优异性能。该工艺广泛应用于航空航天、半导体等高端领域，对设备和操作精度要求较高。