聚醚醚酮板材热成型性能研究

摘要

聚醚醚酮（polyetheretherketone，简称 PEEK）作为一种新型的特种工程塑料，以其优异的物理化学性能获得了广泛的关注，被应用在了航空、汽车、医疗等各个领域。塑料热成型技术作为一种新兴的成型工艺，具有适应性强、应用范围广、生产效率高、废料利用率高等特点。将热成型技术应用于PEEK的生产中，势必会提高生产效率、节约生产成本、扩大产品应用范围。在塑料的热成型工艺研究领域，材料的热成型性能是保证产品质量，改进生产工艺的前提。本文以PEEK板材热成型性能为研究中心，展开了系统的研究。
　　本文选择 PEEK作为研究对象，通过大量的不同温度不同应变速率的拉伸实验积累了PEEK的基本力学数据，总结了PEEK在高温下的基本力学规律。结果表明，高温下PEEK的力学响应对于温度和应变速率都很敏感，且PEEK在玻璃化温度以上熔点以下这个温度范围内表现出了应变硬化、应变率相关和温度软化等特征。
　　根据PEEK在高温下的力学特性，建立了PEEK高温本构模型，通过实验的方法确定了模型的各个参数。利用ABAQUS软件中的用户子程序接口，编程实现了所建本构模型。通过数值模拟的方法验证了所建模型的正确性。
　　通过实验、理论推导和数值模拟相结合的方法，研究了成型温度和成型速度等关键工艺因素对于PEEK热成型性能的影响。结果表明，成型温度是影响PEEK热成型性能的最重要因素，在200℃左右PEEK板材的成型性能最好；而成型速度则可根据实际需要设定。
　　进行了PEEK板材的热成型极限实验。结合实验数据建立了PEEK在不同温度下的热成型极限曲线，并建立了相应的计算模型。通过拟合的方法证明了计算模型的准确性。为数值模拟和实际生产中预测PEEK板材破裂部位和破裂时间提供了理论依据。
　　本文使用理论、实验和模拟相结合的方法，对 PEEK板材热成型性能进行了逐层深入的研究，对 PEEK板材热成型性能有了初步的了解，并取得了一定的研究成果，为PEEK板材的热成型工艺提供了一定的参考和指导。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 PEEK研究现状

1.3 PEEK成型工艺研究现状

1.4 塑料热成型技术发展现状

1.5 塑料热成型模拟的发展概况

1.6 本文主要研究内容

2 PEEK高温力学行为实验研究

2.1 PEEK的材料形态

2.2 PEEK高温拉伸实验

2.3 本章总结

3 PEEK高温本构建模

3.1 高分子材料本构模型

3.2 PEEK的Johnson-Cook本构模型

3.3 PEEK高温本构模型在ABAQUS中的实现

3.4 PEEK高温本构模型的验证

3.5 本章总结

4 PEEK热成型关键工艺参数分析

4.1 热成型关键工艺参数

4.2 热成型温度段半球冲压实验

4.3 半球冲压实验数值模拟

4.4 结果分析

4.5 本章总结

5 PEEK热成型极限分析

5.1 成型极限图实验简介

5.2 PEEK板材热成型极限实验

5.3 实验结果与分析

5.4 计算模型的建立与验证

5.5 本章总结

6 结论与展望

6.1 基本结论

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录