由其优异的高的机械强度、耐高的热性、耐化学的腐蚀性以及良好的生物相容性等特点,聚醚醚酮(PEEK)已广泛地被应用于航空航天、医疗器械、汽车及电子等领域。通过对常见的测试项目、典型的性能数据以及国家的相关测试标准的对比对PEEK材料的性能的深入的分析.。
1. 主要测试项目
PEEK 的性能测试通常包括以下几类:
- 力学性能
- 拉伸性能:拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率(常用标准 ISO 527)。
- 弯曲性能:弯曲强度、弯曲模量(常用标准 ISO 178)。
- 冲击韧性:Izod 或 Charpy 缺口冲击强度(标准 ASTM D256、ISO 179)。
- 硬度:洛氏硬度或肖氏硬度(标准 ASTM D785、ISO 868)。
- 热性能
- 热变形温度(HDT,标准 ISO 75)。
- 玻璃化转变温度(Tg)与熔点(Tm)(常用 DSC 测定,标准 ISO 11357)。
- 热膨胀系数与热导率(标准 ASTM D696、ASTM E1461)。
- 物理与化学性能
- 密度(标准 ISO 1183)。
- 吸水率(标准 ISO 62)。
- 耐化学性:常见溶剂、酸、碱环境下的质量或强度变化。
- 阻燃等级(如 UL94 V‑0)。
- 耐磨性与疲劳性能
- 磨损测试(如 Pin‑on‑disk)。
- 疲劳寿命(Wöhler 曲线,动态循环测试)。
2. 典型性能数据(未增强 PEEK)
由商业级的未经增强的PEEK的典型的测试值(各厂商各牌号均有所不同)可看出:
性能 典型数值 测试标准
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密度 1.30–1.32 g/cm³ ISO 1183
拉伸强度 90–110 MPa ISO 527
拉伸模量 3–4 GPa ISO 527
断裂伸长率 30–50 % ISO 527
弯曲强度 150–170 MPa ISO 1783132
弯曲模量 3.5–4.0 GPa ISO 1783334
Izod 冲击强度(缺口) 1.2–4 kJ/m² ASTM D2563536
热变形温度(1.82 MPa) 约 340 °C ISO 753738
玻璃化转变温度(Tg) 143–145 °C ISO 113573940
熔点(Tm) 334–343 °C ISO 113574142
24 h 吸水率 0.1–0.15 % ISO 624344
阻燃等级 UL94 V‑0 UL 944546
但值得注意的是,无论增强的程度如何,对增强型的PEEK的拉伸/弯曲的模量都能相对的提高至10-18GPa,强度也相应的提高,但其断裂的伸长率却都将明显的降低。
3. 测试标准与注意事项
- 国际常用标准:ISO、ASTM 是 PEEK 测试的主要依据,具体项目前文已标注。
将试样的标准样条通过注塑、压塑或3D的FDM等先进的制造工艺加工后,均将其精心地制作成标准的样条,保证其表面完美无缺、尺寸的完全符合国家的相关标准。
- 环境条件:多数力学测试在 23 °C、50% RH 下进行;高温测试需控制炉温均匀性。
- 测试速度:拉伸测试常用 5 mm/min,弯曲测试通常为 2 mm/min5152。
4. 应用关联性能
- 医疗植入:需测试生物相容性(ISO 10993)、疲劳寿命(如脊柱植入物的动态弯曲疲劳)5354。
将对航天航空的长期热老化后的材料的性能保持、阻燃及低烟毒性的要求逐一做出相应的技术设计和工艺的研究开发。
- 3D 打印 PEEK:层厚与打印方向对强度影响显著,最优工艺常为层厚 300 μm、 raster 角 0°55。
通过对其的多方面的测试与对其的相关的数据的深入的分析就可对PEEK材料的各个性能的指标是否能满足其所对应的特定的工程或医疗的应用的要求做出全面的比较和评价.。结合了对相关的行业标准的深入挖掘和对特定应用的如人体植入、高温的齿轮等的深入的设计的思考,我们才能真正的为其量身定制出一套切合实际的测试方案.。
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