Estudio de las características de la película de poliéteretercetona (PEEK)

El poliéteretercetona (PEEK) posee resistencia a altas temperaturas, resistencia a la fatiga, resistencia química, resistencia al desgaste, resistencia a la hidrólisis, así como excelentes propiedades mecánicas, propiedades de barrera, propiedades eléctricas y resistencia a la radiación. Ha atraído una amplia atención tanto de académicos nacionales como extranjeros, quienes han realizado investigaciones en profundidad sobre las propiedades y la modificación del material. Actualmente, se ha aplicado en campos como la mecánica, petroquímica, energía nuclear, transporte ferroviario y materiales biomédicos.

La película de PEEK es una forma importante de PEEK, además de su uso como plásticos de ingeniería y fibras. Sus principales aplicaciones incluyen membranas vibratorias para productos electrónicos, capas de película aislante para el aislamiento acústico y térmico de aeronaves, cintas aislantes resistentes al calor y placas de circuito impreso flexibles. En este documento, se preparó una serie de películas de PEEK mediante el método de extrusión y colada ARKPEEK. Las películas preparadas tienen tolerancias de espesor pequeñas y alta planitud de superficie. Realizamos experimentos en nuestro laboratorio para explorar las propiedades básicas, propiedades ópticas, propiedades mecánicas y factores que afectan las propiedades mecánicas de las películas de PEEK, proporcionando algunos datos básicos para que nuestros usuarios amplíen aún más el rango de aplicaciones de las películas de PEEK.

Propiedades básicas de la película de PEEK

El PEEK es un polímero semicristalino, y la transparencia y las propiedades físicas de la película están estrechamente relacionadas con la estructura de la cadena molecular del polímero. Las películas de PEEK aparecen marrón opacas en estados altamente cristalinos y marrón claro transparentes en estados amorfos a baja cristalinidad. La imagen a continuación muestra una fotografía de la película ARPEEK.

La densidad de la película de PEEK es de 1,26 a 1,30 g/cm³, con una densidad amorfa de 1,26 g/cm³. La temperatura de transición vítrea de la película de PEEK es de 145°C, la temperatura pico de cristalización en frío es de 174°C y el punto de fusión es de 341°C.

La película de PEEK con una transmitancia del 84,6% y un grosor de 95 μm fue sometida a un tratamiento térmico a 250°C durante 20 minutos. La figura siguiente muestra los espectros de difracción de rayos X de amplio ángulo de la película de PEEK antes y después del tratamiento térmico. El PEEK pertenece al sistema cristalino ortorrómbico. Antes del tratamiento térmico, la cristalinidad de la película es baja. Después del tratamiento térmico, la película de PEEK exhibe cuatro picos de difracción principales a 18,7°, 20,6°, 22,6° y 28,6°, correspondientes a las direcciones 110, 111, 200, 211 y 202, respectivamente. Los picos de las direcciones 211 y 202 se superponen. Los datos de prueba son consistentes con los informes de la literatura. Debido a que el PEEK es un polímero semicristalino, las regiones amorfas contribuyen a un mayor fondo de pico de difracción.

La figura a continuación muestra la fotografía SEM de la estructura transversal de la película de PEEK. La película de PEEK puede mantener una alta tenacidad en nitrógeno líquido. La película de PEEK preparada por el método de colada de extrusión tiene una temperatura del rodillo superior a la temperatura de transición vítrea del PEEK. Dado que el rodillo de colada tiene una cierta velocidad, la película experimenta cierta cantidad de estiramiento en la dirección longitudinal. A partir de la figura, se puede observar la sección transversal longitudinal de la película, donde las cadenas moleculares del polímero muestran una alta orientación a lo largo de la dirección de estiramiento.

Relación entre la Cristalinidad de la Película y la Transmitancia

La temperatura y la velocidad del rodillo de colada afectan directamente a la estructura, morfología y grosor de la película. Cuando el grosor de la película es el mismo, una mayor cristalinidad conduce a una menor transmitancia.

La neblina de la película también puede reflejar el estado de color de la misma. Una mayor cristalinidad resulta en valores de neblina aumentados. Cuando la cristalinidad es inferior al 5%, la película muestra una alta transparencia y claridad. A continuación, se muestra una imagen de ARKPEEK que lo ilustra bien.

Lo amorfo tiene una baja cristalinidad y lo semicristalino tiene una mayor.

Análisis de las Propiedades Mecánicas de las Películas Extruidas

Debido a la falta de normas nacionales para las películas de PEEK en China, no existe un método uniforme para la prueba de tracción de las películas de PEEK en la literatura académica. Es necesario investigar la influencia de la velocidad de tracción en las propiedades mecánicas de las películas. Nuestro estudio involucró la prueba de películas extruidas de PEEK de 18μm, con velocidades de tracción que van desde 40 hasta 100 mm/min, como se muestra en los resultados experimentales en la tabla a continuación.

La resistencia a la tracción y la elongación en la rotura muestran similitudes, lo que indica que la velocidad de tracción tiene una influencia mínima en ellas. Sin embargo, aumentar la velocidad de tracción aumenta significativamente la resistencia a la fluencia. Incluso a una velocidad de tracción de 100 mm/min, la película aún muestra una resistencia a la tracción relativamente alta. Este estudio evalúa las propiedades mecánicas de la película de PEEK a una velocidad de tracción de 100 mm/min.

Análisis de Defectos Superficiales y Propiedades Mecánicas de las Películas

La cabeza del dado es un factor crítico que afecta la calidad superficial de la película. Una limpieza inadecuada del tornillo y la cabeza del dado puede afectar la superficie de la película de PEEK. Después de apagar el extrusor, reiniciarlo sin una limpieza exhaustiva conduce a dificultades para eliminar el material de PEEK, lo que resulta en más residuos carbonizados y puntos de gel en la película, lo que afecta su calidad superficial y rendimiento. Si bien los puntos de gel y los residuos carbonizados impactan en la calidad superficial, una pequeña cantidad de puntos de gel tiene un efecto mínimo en las propiedades mecánicas de la película.

Análisis de la Resistencia UV de la Película

A través de pruebas en el laboratorio ARKPEEK, obtuvimos los siguientes datos sobre la relación entre la transmitancia de la luz ultravioleta de 380 nm y el grosor de la película. Es evidente que con el aumento del grosor de la película, la transmitancia de la luz UV en 360-380 nm disminuye, lo que indica una mejor resistencia UV.

Relación entre la Transmitancia UV y el Grosor de la Película

También estudiamos los espectros de transmitancia ultravioleta de películas de PEEK con el mismo grosor pero diferente cristalinidad. Existe una ligera diferencia en la transmitancia de luz ultravioleta de 380 nm, observándose una mejor resistencia UV en las películas con mayor cristalinidad. Los datos específicos se pueden encontrar en la figura a continuación.

Relación entre la Transmitancia UV y la Cristalinidad

En resumen, las conclusiones son las siguientes:

(1) La transmitancia de la película de PEEK disminuye con el aumento de la cristalinidad. El efecto de la velocidad de tracción en la resistencia a la tracción y la elongación en la rotura es mínimo, siendo una velocidad de tracción más rápida la que conduce a un aumento significativo en la resistencia a la fluencia. La resistencia a la tracción aumenta con el aumento de la velocidad del rodillo de extrusión. El PEEK muestra propiedades mecánicas estables cuando se extruye a 390~400°C, e incluso a una temperatura de extrusión de 420°C, la película de PEEK puede mantener una resistencia mecánica relativamente alta.

(2) El estiramiento biaxial después de la extrusión puede aumentar considerablemente la resistencia a la tracción de la película de PEEK. Con una relación de estiramiento de longitudinal × transversal = 2 × 2, la resistencia a la tracción longitudinal puede alcanzar los 203 MPa, con una elongación en la rotura del 76%, mientras que la resistencia a la tracción transversal es de 157 MPa, con una elongación en la rotura del 156%.

(3) La película de PEEK exhibe características de resistencia UV. Con el aumento del grosor de la película y la cristalinidad, la transmitancia de la luz UV en 360~380 nm disminuye, lo que indica una mejor resistencia UV.