PEEK 注塑工艺详解
PEEK 注塑工艺详解
聚醚醚酮（PEEK）是一种性能优异的特种工程塑料，具有耐高温、耐化学腐蚀、高强度、高耐磨等突出特点，在航空航天、汽车、电子、医疗等领域得到了广泛的应用。然而，由于 PEEK 材料的特殊性能，其注塑工艺相较于普通塑料更为复杂和严格。本文将详细介绍 PEEK 注塑工艺的各个环节，包括材料准备、注塑设备选择、模具设计、工艺参数设置以及常见问题与解决措施。
PEEK 材料特性
PEEK 是一种半结晶型热塑性聚合物，其玻璃化转变温度约为 143℃，熔点约为 343℃。PEEK 具有出色的机械性能，拉伸强度可达 90-100 MPa，弯曲强度可达 140-160 MPa。同时，PEEK 还具有良好的耐化学腐蚀性，能够在大多数强酸、强碱和有机溶剂中保持稳定。此外，PEEK 的阻燃性能也十分优异，极限氧指数可达 35%以上。
材料准备
- 干燥处理
PEEK 材料具有较强的吸水性，在注塑前必须进行充分的干燥处理，以避免水分在注塑过程中引起气泡、银丝等缺陷。一般建议在 150℃下干燥 3-4 小时，干燥后的含水量应控制在 0.02%以下。
- 材料储存
PEEK 材料应储存在干燥、通风、阴凉的环境中，避免阳光直射和潮湿。同时，应注意将不同批次的材料分开储存，以免影响注塑产品的质量稳定性。
注塑设备选择
- 注塑机
由于 PEEK 的加工温度较高，注塑机的料筒和螺杆需要具备良好的耐高温性能。一般选用专用的高温注塑机，其料筒和螺杆通常采用特殊的合金材料制造，能够承受 400℃以上的高温。
- 注塑单元
注塑单元的注射压力和注射速度应能够满足 PEEK 注塑的要求。注射压力一般在 100-150 MPa 之间，注射速度则根据产品的结构和尺寸进行调整。
- 加热系统
加热系统应能够均匀、稳定地将料筒温度升至设定值，并保持良好的温度控制精度。一般采用电加热或油加热的方式，确保料筒各段温度的准确性和稳定性。
模具设计
- 模具材料
由于 PEEK 注塑过程中的高温和高压，模具材料应具有良好的耐热性、耐磨性和耐腐蚀性。常用的模具材料有 H13 热作模具钢、S136 不锈钢等。
- 模具结构
模具的结构设计应考虑 PEEK 的收缩率和流动性。PEEK 的收缩率较大，一般在 1.2%-2.0%之间，因此在设计模具时应预留足够的收缩余量。同时，为了保证 PEEK 能够顺利填充模具型腔，模具的浇口、流道和排气系统应设计合理。
- 冷却系统
有效的冷却系统对于控制 PEEK 注塑产品的尺寸精度和缩短成型周期至关重要。冷却水道应分布均匀，确保模具各部位的温度均匀一致。
工艺参数设置
- 料筒温度
PEEK 的料筒温度一般分为三段控制，分别为加料段、压缩段和计量段。加料段温度一般在 320-340℃之间，压缩段温度在 360-380℃之间，计量段温度在 380-400℃之间。具体的温度设置应根据注塑机的性能和产品的结构进行调整。
- 模具温度
模具温度对 PEEK 注塑产品的性能和外观质量有重要影响。一般模具温度控制在 160-200℃之间，对于结构复杂、壁厚较厚的产品，模具温度可适当提高。
- 注射压力和速度
注射压力和速度的选择应根据产品的结构和尺寸进行调整。一般注射压力在 100-150 MPa 之间，注射速度在 30-80 mm/s 之间。对于薄壁产品，应采用较高的注射速度和压力，以保证产品的填充完整性。
- 保压压力和时间
保压压力和时间的设置主要是为了补偿产品在冷却过程中的收缩，确保产品的尺寸精度。保压压力一般为注射压力的 50%-80%，保压时间根据产品的厚度和尺寸进行调整，一般在 5-20s 之间。
- 冷却时间
冷却时间的长短取决于产品的厚度、模具温度和塑料的热性能。一般冷却时间在 20-60s 之间，对于壁厚较大的产品，冷却时间应适当延长。
常见问题与解决措施
- 气泡
气泡是 PEEK 注塑过程中常见的缺陷之一，主要原因是材料干燥不充分、注射速度过快或模具排气不良。解决措施包括：加强材料干燥处理、降低注射速度、优化模具排气系统。
- 银丝
银丝通常是由于材料中的水分或挥发物在注塑过程中气化形成的。解决方法是确保材料充分干燥、提高料筒温度、降低注射速度。
- 翘曲变形
翘曲变形主要是由于模具温度不均匀、冷却时间不足或产品结构设计不合理导致的。可通过优化模具冷却系统、延长冷却时间、改进产品结构设计等方式解决。
- 表面粗糙度差
表面粗糙度差可能是由于模具表面磨损、注射速度过低或料筒温度过高引起的。解决办法包括：修复或更换模具、提高注射速度、降低料筒温度。