聚醚醚酮復合材料的性能及在通用機械中的應用

趙德啟++趙東曉

摘 要：聚醚醚酮為分子主鏈中含有鏈節(jié)線性芳香族高分子化合物，構成單位是氧-對亞苯基-氧-羰-對亞苯基，屬于半結晶性、熱塑性塑料。聚醚醚酮樹脂性能優(yōu)異，多用于特種構成中，可耐260 ℃高溫，其機械性能優(yōu)異，具有良好的自潤滑性，此材料是20世紀80年代被開發(fā)的，可用于航天航空、汽車、船舶、礦山、醫(yī)療等諸多領域中，不過此材料的耐磨性能仍滿足不了抗疲勞、抗沖擊零部件的要求。該文探討了聚醚醚酮復合材料的性能及在通用機械中的應用，并提出了實用性應用策略，為聚醚醚酮復合材料在通用機械中的應用提供參考依據(jù)。

關鍵詞：聚醚醚酮 復合材料 性能 通用機械

中圖分類號：TH145.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（a）-0077-02

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，推動了現(xiàn)代工業(yè)的進一步發(fā)展，人們對現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品提出了更高的要求，比如高速、高效、節(jié)能環(huán)保等。西方國家對高性能工程復合材料研發(fā)較早，并將相關材料逐漸應用于通用機械、密封件、墊片、閥片、閥座、軸承等配件中，可確保各種配件均符合耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、耐老化等高標準，并以此替代貴重金屬材料。因此，探討聚醚醚酮復合材料的性能及在通用機械中的應用，對聚醚醚酮復合材料應用于通用機械中有著極大現(xiàn)實意義。

1 聚醚醚酮復合材料性能

1.1 聚醚醚酮復合材料

聚醚醚酮為半結晶性芳香族線性熱塑性工程塑料，此種材料具有芳香族熱固性塑料耐熱性和化學穩(wěn)定性、熱塑性塑料易加工性的特點，其無毒、重量輕、拉伸強度、彎曲強度、抗沖擊強度，這些綜合性能造就了聚醚醚酮復合材料的優(yōu)良特點。高性能聚醚醚酮復合材料研制時要注重補強填料選擇，嚴格處理其表面，以適宜的配合技術與加工設備、工藝進行共同研發(fā)。新型復合材料性能有：高溫性能。密封墊圈于通用機械中的應用，要全面分析鑒定高分子材料試樣測定壓縮變形相關方式，通常要鑒定聚醚醚酮復合材料高溫性能，恒定負荷下要檢驗復合材料墊圈于高溫下變形性能及其不同安裝方式對變形的影響，聚醚醚酮復合材料可于260 ℃高溫下正常工作；低溫性能。聚醚醚酮復合材料墊圈加載1 MPa壓力，再置于-40 ℃冷凍室內(nèi)3 h之后將其取出，之后便卸載壓力，于50倍放大鏡下詳細觀察未發(fā)現(xiàn)墊圈表面有裂紋、壓痕等不良問題，通常聚醚醚酮復合材料墊圈可于-40 ℃低溫下保持正常性能。

1.2 聚醚醚酮復合材料新的應用

聚醚醚酮復合材料可用作生物假體材料，聚醚醚酮極具摩擦性及生物相容性，其優(yōu)勢是其他聚化合物無法比擬的。早期醫(yī)用人造骨關節(jié)均是以鈦鋼合金為主，此合金強度大、剛性強，但其生物相容性低，極易導致患者出現(xiàn)不適感與骨質(zhì)疏松，且容易出現(xiàn)磨碎、松動等情況，患者就需要再次更換，給患者帶來二次傷痛；質(zhì)子交換膜材料。質(zhì)子交換膜燃料電池中均是以全氟磺酸質(zhì)子交換膜實現(xiàn)，但其制備工藝非常復雜，所需費用高，燃料滲透率高，應用溫度偏低，這則制約了PEMFC技術的進一步發(fā)展，至此便出現(xiàn)了質(zhì)子交換膜材料，對SPEEK進行了復合改性，以便提高其質(zhì)子交換能力及燃料阻隔性能，復合膜于基體SPEEK DS低時，吸水率及質(zhì)子傳導率可有效提高，于基體SPEEK DS高時，吸水率降低，而質(zhì)子傳導率變小。

2 通用機械中聚醚醚酮復合材料的應用

聚醚醚酮復合材料配制務必科學合理，所得密封件應具備高強度、耐高溫、耐磨損等性能，復合材料制品可于壓力容器、壓縮機、水泵、閥門等通用機械中應用，該文對此進行了下述幾方面分析。

2.1 壓力容器中應用

聚醚醚酮復合材料生產(chǎn)壓力容器用墊片，其溫度要保持在80 ℃，壓力要控制在40 MPa，相應的工作頻率要不定期操作，保證材料的使用壽命及其應用效果。以聚醚醚酮復合材料制作的壓力容器對接管口的密封圈，于160 ℃過熱水中應用效果良好。

2.2 壓縮機中應用

聚醚醚酮復合材料制作的閥片、活塞環(huán)，用于1.25系列無油潤滑油壓縮機中，其工作性能穩(wěn)定、無噪聲，產(chǎn)品具有良好的耐磨性，應用時間長，且不易變形。以聚醚醚酮復合材料制作的三瓣密封環(huán)，并將此密封環(huán)用于氫氣壓縮機中，此種壓縮機工作環(huán)境十分惡劣，壓力通常是60 MPa，工作溫度均在260 ℃下，具有催化劑硬質(zhì)顆粒等類雜質(zhì)。此種復合材料三瓣密封環(huán)充分滿足了進口產(chǎn)品運行壽命及其密封性能。

2.3 水泵中應用

聚醚醚酮復合材料制作的水泵軸承與隔板、徑向軸承、推力盤等類產(chǎn)品可用于艦船、礦山水泵中。艦船、礦山水泵工作環(huán)境非常惡劣，其偏擺大極易導致軸承徑向力大，介質(zhì)泥沙含量偏大，傳統(tǒng)運用的襯膠、聚四氟乙烯復合材料制品不耐磨，從而導致水泵應用時間短，后期維修工作非常復雜。以聚醚醚酮復合材料制作的產(chǎn)品，極具耐磨性，產(chǎn)品使用時間增長了大約5倍，聚醚醚酮復合材料可制作耐化學介質(zhì)腐蝕泵體與葉輪等類零部件。

2.4 閥門中應用

以聚醚醚酮復合材料制作的閥門可生產(chǎn)閥座與密封圈等類產(chǎn)品，于熱電工業(yè)應用中極具耐高溫性，耐腐蝕性與耐磨損性亦高，使用時間長。

2.5 醫(yī)學中應用

聚醚醚酮生物復合材料極具機械性能及生物活性，可用于骨缺損修復與創(chuàng)傷修復、口腔固定修復、種植等領域。聚醚醚酮彈性模量極其接近人體皮質(zhì)骨，并有著良好的塑性能力及射線半透射性，臨床檢查及診斷時無需拆除。于20世紀90年代發(fā)展為金屬植入物替代品，聚醚醚酮復合材料被逐漸用于骨科及創(chuàng)傷等醫(yī)學領域中。1992年，醫(yī)學家將聚醚醚酮用于牙科，以此制造正畸咬合棒與種植體臨時基臺及愈合帽。比如Gabeiel等學者對制備體積分數(shù)為0%～50%HA晶須增強HA/PEEK復合材料施以嚴格的紋理分析，并進行詳細的拉伸測試之后可見，HA晶須與PEEK基體之間存在良好的界面連接，而10%、20%HA晶須增強了PEEK復合材料，其抗拉強度為90 MPa與75 MPa，而此抗拉強度和人皮質(zhì)骨縱向拉伸強度十分接近，具有良好的力學性能與生物活性，是效果優(yōu)良的骨科植入材料。

3 結語

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品提出了更高的要求，聚醚醚酮復合材料亦應時而生，此材料可用于航天航空、汽車、船舶、礦山、醫(yī)療等諸多領域中，聚醚醚酮復合材料重量輕、強度高，具有良好的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損性能，于汽車零部件、通用機械與工程機械等行業(yè)的應用極具潛力，現(xiàn)已是諸多高強度、低磨損與長壽命零部件等產(chǎn)品的替代材料。盡管我國聚醚醚酮復合材料發(fā)展飛速，但關于其性能及于通用機械中的應用仍存在諸多不足之處，因此，探討聚醚醚酮復合材料的性能及其在通用機械中的應用，對聚醚醚酮復合材料應用于通用機械中有著極大現(xiàn)實意義。該文簡述了聚醚醚酮復合材料性能，探討了聚醚醚酮符合材料于通用機械中應用，以此為聚醚醚酮復合材料在通用機械中的應用提供參考依據(jù)。

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