玻纤增强 PEEK(GF15/GF30/GF60)加工工艺
玻纤增强 PEEK 主流工艺:注塑成型(最常用)、模压成型、挤出成型、二次精密机加工,不同玻纤含量加工参数差异大,GF30 为通用标准。
一、原料预处理(所有工艺前置必备,重中之重)
PEEK 极易吸水,玻纤填充料吸水后高温加工会起泡、银丝、分层、强度暴跌。
烘干条件
烘箱温度:150℃
烘干时长:4~6h(袋装原料);8h 以上(受潮回潮料)
含水率要求:≤0.02%,烘干后密封保温存放,避免二次吸潮
辅料注意:玻纤含量越高,流动性越差,不建议添加回收回料,最多掺 10% 洁净边角料;GF60 流动性最差,加工难度最高。
二、注塑成型(量产首选,90% 制品使用)
1. 设备要求
螺杆:双合金 / 氮化硬化螺杆,玻纤磨损强,普通碳钢螺杆快速磨损;
料筒、射嘴、模具型腔:镀铬 / 淬火硬化,防止玻纤刮擦腐蚀;
注塑机锁模力:按 1.2~1.5T/cm² 投影面积选取,玻纤料收缩低但填充阻力大。
2. 温度参数(GF30 标准)
料筒分段(从下料口到射嘴)下料段:320~340℃中段:340~360℃前段 / 射嘴:350~365℃熔点 343℃,低于 330℃流动性极差,缺料、熔接痕强度低
模具温度(关键,决定结晶度与尺寸稳定性)180~200℃(油式模温机,不可水冷)
模温<160℃:缓慢结晶,制品发脆、尺寸易漂移;
稳定 190℃模温:完整结晶,强度、耐热、耐磨达到设计值。
3. 压力与速度
注射压力:120~160MPa,玻纤填充阻力大,比纯 PEEK 高 30% 压力;
保压压力:80~120MPa,低收缩但仍需保压消除缩痕;
注射速度:中高速,慢速易造成玻纤取向不均、分层。
4. 冷却与周期
模具恒温 190℃,冷却时间根据壁厚:每 1mm 壁厚≈20~30s,厚壁件延长冷却,保证充分结晶后再顶出。
5. 注塑缺陷对应(玻纤特有)
浮纤、表面发白:模温偏低、射速过慢、排气不良;
制品翘曲:纤维取向各向异性,浇口位置不合理、冷却不均;
银丝气泡:烘干不足;
熔接痕强度差:提高模温、增设排气、加大熔接区域。
三、模压成型(大尺寸厚壁件、高玻纤 GF60、毛坯板材 / 棒材)
适合无法注塑的大件、高刚性毛坯、石油井下厚壁零件。
原料:烘干后的玻纤 PEEK 粉料 / 粒子预填模具
模具预热:200℃
压制温度:360~370℃,保温熔融 10~30min(按厚度)
压制压力:5~10MPa
冷却:带压缓慢降温至 120℃以下脱模优势:纤维取向均匀、内应力极小、无注塑熔接痕;缺点:效率低,仅适合小批量毛坯。
四、挤出成型(生产棒材、板材、管材半成品)
用于后续机加工毛坯,GF30、GF15 常用,GF60 极少挤出。
挤出机:平行双螺杆耐磨机型
料筒温度 340~360℃,机头 355~365℃
定型模温度 170~190℃,缓慢冷却定型保证结晶
牵引低速稳定,防止型材弯曲、内应力产出:PEEK 玻纤棒、板材、套管,供给机加工批量零件。
五、二次精密机械加工(注塑 / 模压毛坯后精加工)
玻纤增强 PEEK 硬度高、含硬质玻纤,刀具损耗远大于纯 PEEK
刀具选型:金刚石 PCD 刀具最优;硬质合金涂层刀具批量加工;禁止高速钢刀具
切削参数:高转速、小进给,减少刀具磨损与工件发热
冷却:风冷为主,不建议大量水冷(冷热冲击易变形)
加工特性:
不易粘刀,但加工面会有细微玻纤毛刺;
存在内应力,精密零件加工后需去应力退火。
六、去应力退火工艺(高精度零件必备,半导体 / 治具专用)
注塑件快速冷却存在内应力,高低温使用易变形,玻纤件必须退火。
升温速率:≤1℃/min
退火温度:200℃
保温时间:每 1mm 壁厚保温 30min
冷却:炉内随炉缓慢冷却至 80℃以下取出作用:消除成型内应力,降低冷热循环变形,提升尺寸长期稳定性。
七、其他辅助加工工艺
热压焊接:340~360℃热板焊接,适用于壳体密封件;
激光加工:激光切割、打孔,适合半导体超薄治具;
粘接:专用 PEEK 高温胶水,粘接强度一般,受力结构优先焊接。
八、不同玻纤含量加工区别
GF15(15% 玻纤):流动性最好,压力可降低 10%,韧性佳,薄壁小件易成型;
GF30(30% 玻纤):加工窗口最宽,注塑 / 模压 / 挤出通用,市面主流;
GF60(60% 玻纤):流动性极差,注塑易缺料、浮纤,优先模压,超高刚性低膨胀场景使用,刀具磨损最严重。
九、加工核心注意事项
全程严格烘干,含水是玻纤 PEEK 报废第一原因;
所有接触熔融料金属部件必须耐磨硬化;
模具温度不能低于 170℃,否则结晶不足性能大幅下降;
高精度零件加工后必须退火消除内应力;
玻纤会磨损对偶金属件,摩擦件优先碳纤 PEEK 而非玻纤款。
