PEEK薄膜是PEEK除了作為工程塑料、纖維應(yīng)用之外的一種重要形式，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用領(lǐng)域主要為電子產(chǎn)品振膜、飛機(jī)隔音隔熱毯的隔熱膜層、耐熱絕緣帶和柔性印刷線路板。目前，PEEK薄膜主要依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)PEEK薄膜的工業(yè)化生產(chǎn)。
PEEK薄膜的基本性質(zhì)
PEEK是半結(jié)晶性聚合物，薄膜透光率、物理性能與聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)形態(tài)關(guān)系很大，PEEK 薄膜在高結(jié)晶度的狀態(tài)下呈現(xiàn)為不透明棕色，在無(wú)定形至低結(jié)晶度的狀態(tài)下呈透明淺棕色，下圖為制備的 PEEK 薄膜照片 。
PEEK薄膜密度為1.26~1.30 g/cm3，無(wú)定形態(tài)時(shí)密度為1.26g/cm3，PEEK薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為145℃，冷結(jié)晶峰溫度為174℃，熔點(diǎn)為 341℃。
對(duì)透光率為84.6 %、厚度為95μm的PEEK薄膜在250℃下加熱20min進(jìn)行熱處理。下圖為熱處理前后PEEK薄膜的廣角XRD譜圖，PEEK 屬于正交晶系，熱處理前薄膜結(jié)晶度較低，熱處理后PEEK薄膜有4個(gè)主要的衍射峰，分別出現(xiàn)在18.7°、20.6 °、22. 6 °、28.6°，分別對(duì)應(yīng)110、111、200、211和202方向，其中211和202方向峰重疊，測(cè)試數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)報(bào)道一致，由于PEEK是半結(jié)晶性聚合物，非晶區(qū)部分引起較高的衍射峰背景。
薄膜結(jié)晶度與透光率的關(guān)系
流延輥的溫度與轉(zhuǎn)速直接影響了薄膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)與厚度。透光率與結(jié)晶度的關(guān)系如表1所示，薄膜厚度相同時(shí)，結(jié)晶度越高，透光率越低。
薄膜霧度也可以反映出薄膜的顏色狀態(tài)，結(jié)晶度高，霧度數(shù)值增 大。結(jié)晶度為5 %以下時(shí)，薄膜呈高透明、高清晰狀態(tài)。
延膜力學(xué)性能分析
由于PEEK薄膜國(guó)內(nèi)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中PEEK薄膜拉伸測(cè)試的方法不統(tǒng)一，拉伸速率對(duì)薄膜力學(xué)性能影響需要探究。
樣品拉伸強(qiáng)度表現(xiàn)出共同點(diǎn)，即拉伸速率對(duì)拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響不大，提高拉伸速率，屈服強(qiáng)度明顯提高。拉伸速率為100mm/min 時(shí)，薄膜的拉伸強(qiáng)度依然較高，本文PEEK薄膜力學(xué)性能在100 mm/min 的拉伸速度下進(jìn)行測(cè)試。
流延輥轉(zhuǎn)速對(duì)力學(xué)性能的影響如表3所示。在相同的擠出機(jī)溫度和螺桿轉(zhuǎn)速下，流延輥轉(zhuǎn)速不同會(huì)導(dǎo)致薄膜厚度的變化，流延輥轉(zhuǎn)速越高，薄膜越薄，因此薄膜在縱向方向有一定的拉伸，隨著流延輥轉(zhuǎn)速的增加，拉伸變大。從縱向拉伸強(qiáng)度數(shù)據(jù)上看，拉伸強(qiáng)度隨流延輥轉(zhuǎn)速的提高而提高，從95μm薄膜的129 MPa提高到155 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率隨流延輥轉(zhuǎn)速的提高而呈降低的趨勢(shì)，與趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)的，屈服強(qiáng)度提高 。從橫向拉伸數(shù)據(jù)上看，橫向拉伸強(qiáng)度隨流延輥轉(zhuǎn)速的提高而提高，但是斷裂伸長(zhǎng)率和屈服強(qiáng)度沒(méi)有明顯固定的趨勢(shì)。擠出溫度對(duì)薄膜力學(xué)性能存在影響，由于加工溫度高，熔融擠出過(guò)程中伴隨部分降解等副反應(yīng)發(fā)生。PEEK的熔點(diǎn)峰值在340℃左右，DSC數(shù)據(jù)顯示350℃時(shí)已完全熔融，因此加工溫度在370℃以上可進(jìn)行加工 。通過(guò)在390、400、420℃擠出溫度下進(jìn)行力學(xué)性能比較，對(duì)PEEK材料的加工穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證。
雙向拉伸薄膜的力學(xué)性能分析
PEEK薄膜在室溫下的斷裂伸長(zhǎng)率較高，但是流延薄膜的拉伸強(qiáng)度較低，在某些領(lǐng)域應(yīng)用可能會(huì)受到一定限制。流延薄膜厚度的控制關(guān)鍵在于模頭，流延法制備的薄膜厚度公差較大，通過(guò)雙向拉伸的方法，會(huì)縮小薄膜厚薄公差。
同時(shí)，通過(guò)雙向拉伸的方法可以提高薄膜的拉伸強(qiáng)度。對(duì)樣品1#在170℃下進(jìn)行雙向拉伸測(cè)試，拉伸速率為0.3 m/min，當(dāng)拉伸倍率超過(guò)縱向×橫向=2.5×2.5倍時(shí)，薄膜容易發(fā)生破裂，因此將拉伸倍率調(diào)整為縱向×橫向=2×2，以此研究雙向拉伸對(duì)薄膜性能影響。
將雙向拉伸的薄膜樣品12#與拉伸前樣品3#和厚度相當(dāng)?shù)臉悠?#進(jìn)行力學(xué)性能比較，從表4可以看出，雙向拉伸可以大幅度提高薄膜的力學(xué)性能，縱向拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到203MPa，但是斷裂伸長(zhǎng)率降低至76%，薄膜的屈服強(qiáng)度和彈性模量也有大幅度提高，即薄膜剛性好。
