聚醚醚酮物理老化行为研究

摘要

聚醚醚酮（PEEK）是一种半结晶型的特种工程塑料，具有优异的物理和化学性能而在航空航天、汽车船舰、生物医用等领域有着广泛的应用。但是在其服役过程中，物理老化行为会使PEEK的材料性能下降，导致材料失效甚至酿成安全事故。物理老化是高分子材料的通病，针对物理老化行为的研究多集中在非结晶高聚物，而对于微结构更为复杂的半结晶型高聚物则研究较少。本文针对PEEK的物理老化行为展开了实验、数值模拟方面的研究，有助于加深对半结晶高聚物物理老化的认识和对制品抗老化措施的指导。具体工作如下： 本文以PEEK屈服应力的变化来表征物理老化行为，通过实验测试拟合出了屈服应力随物理老化时间的变化模型。以注塑成型技术制备PEEK的标准拉伸试样，通过高温热处理对试样进行人工加速物理老化处理，并通过单向拉伸实验得到热处理之后PEEK的屈服应力变化规律，最后对数据进行拟合得到了以132℃为参考温度，PEEK材料的屈服应力物理老化模型，并通过实验验证了模型的正确性。 在PEEK材料成型过程中，当其温度降至玻璃化温度时，物理老化行为就开始发生，本文通过数值模拟的方法对PEEK材料注塑成型和冷却过程进行了热分析，根据其所经历的热历史预测了试样成型过程中的屈服应力变化。使用Moldflow对PEEK注塑成型过程进行数值计算，将成型结束时的温度分布作为初始温度场，使用Abaqus对试样进行冷却至室温过程的计算，最后提取试样各个节点的热历史，应用屈服应力物理老化模型预测试样的屈服应力分布，并对预测结果进行了验证。 PEEK材料是一种半结晶型高聚物，其结晶度对屈服应力和物理老化有一定的影响，本文通过实验测试得到了结晶度与屈服应力的联系，并建立了包含结晶度的PEEK屈服应力物理老化模型。对PEEK试样进行不同温度、不同时间的高温热处理，得到了不同结晶度的PEEK试样。对其中四个不同结晶度的PEEK试样进行热处理进而加速物理老化进程，以其屈服应力的变化来表征物理老化行为，最后对数据进行分析拟合，得到了以145℃为参考温度时包含结晶度的PEEK材料的屈服应力随物理老化模型。

目录

第一个书签之前

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 高聚物物理老化机理研究现状

1.2.2 高聚物物理老化研究方法研究现状

1.2.3 高聚物物理老化理论模型研究现状

1.2.4 半结晶型高聚物物理老化研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 注塑成型与物理老化理论基础

2.1 引言

2.2 注塑成型基本理论

2.2.1 粘性流体力学基本方程

2.2.2 高聚物材料模型

2.3 时间温度等效原理

2.3.1 时温等效原理

2.3.2 经验方程与参数求解

2.4 非晶聚合物物理老化模型

2.5 本章小结

3 聚醚醚酮屈服应力物理老化模型

3.1 引言

3.2 聚醚醚酮实验测试

3.2.1 注塑成型制备试样

3.2.2 聚醚醚酮的DSC测试

3.2.3 聚醚醚酮人工加速物理老化

3.2.4 聚醚醚酮拉伸实验测试

3.3 聚醚醚酮屈服应力物理老化模型

3.3.1 屈服应力与物理老化时间对数线性关系

3.3.2 屈服应力物理老化模型拟合

3.3.3 屈服应力物理老化模型验证

3.4 本章小结

4 聚醚醚酮制品成型屈服应力预测

4.1 引言

4.2 成型过程数值模拟

4.2.1 数值模拟流程

4.2.2 Moldflow注塑成型模拟

4.2.3 Abaqus自热冷却模拟

4.2.4 模型屈服应力预测

4.3 不同工况成型屈服应力预测

4.3.1 冷水冷却屈服应力分布

4.3.2 2mm拉伸模型屈服应力预测

4.3.3 变厚度板屈服应力预测

4.3 本章小结

5 考虑结晶度的聚醚醚酮物理老化模型

5.1 引言

5.2 不同结晶度的聚醚醚酮试样的制备方法

5.2.1 聚醚醚酮结晶度测试

5.2.2 聚醚醚酮高温热处理

5.2.3 聚醚醚酮结晶度变化

5.3 聚醚醚酮结晶度与屈服应力

5.3.1 聚醚醚酮屈服应力测试

5.3.2 聚醚醚酮结晶度与屈服应力

5.4 不同结晶度聚醚醚酮的物理老化

5.4.1 聚醚醚酮物理老化热处理

5.4.2 聚醚醚酮屈服应力测试

5.4.3 不同结晶度聚醚醚酮的物理老化

5.4.4 晶体与无定形区的影响

5.4.5 结晶度与屈服应力物理老化模型

5.5 本章小结

6.1 结论

6.2 展望