强化3D打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法与流程

本申请涉及3d打印聚醚醚酮，尤其涉及一种强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法。

背景技术：

1、3d打印技术已在航空、航天、汽车、船舶、医用耗材等方面广泛应用，并逐步拓展至汽车、能源动力、轨道交通、电子等多个领域，成为带动多个产业链实现技术突破的源头。

2、聚醚醚酮(peek)作为一种高性能的工程塑料，具有出色的耐高温、耐化学腐蚀、机械性能良好等优点，在航空航天、生物医学、汽车工业等众多领域展现出了巨大的应用潜力。随着3d打印技术的不断发展，其在聚醚醚酮材料加工中的应用也日益广泛，为制造复杂形状和个性化定制的产品提供了可能。

3、然而，目前在聚醚醚酮3d打印过程中，产品的断裂伸长率和韧性不足的问题较为突出。这限制了其在一些对材料柔韧性和抗冲击性能要求较高的应用场景中的使用。例如，在航空航天领域的某些零部件，需要材料在承受复杂应力时不易断裂且具有一定的变形能力；在生物医学领域的植入物，也要求材料具备良好的韧性以适应人体组织的动态力学环境。现有的3d打印聚醚醚酮产品，由于工艺的限制，内部存在较多的缺陷，如孔隙、未熔合区域等，导致材料的连续性和均匀性受到影响，从而使得产品的断裂伸长率和韧性难以达到理想水平。

4、因此，开发一种用于聚醚醚酮3d打印后强化产品性能加工工艺及其制备方法具有重要的意义。

技术实现思路

1、本申请提供一种强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，用以解决背景技术中提到的上述问题。

2、本申请提供一种强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，该方法包括如下步骤：

3、(1)包埋处理：将3d打印聚醚醚酮产品放入热压罐中，向热压罐中添加包埋材料，至3d打印聚醚醚酮产品被包埋其中；

4、(2)热压处理：将热压罐内温度升高至280-350℃，同时向热压罐内充入惰性气体，至热压罐内压力为0.5-3.0mpa，保持热压罐条件20-180min，对3d打印聚醚醚酮产品进行热压处理；

5、(3)退火处理：将热压处理后的3d打印聚醚醚酮产品随炉冷却至室温进行退火，得到强化后的3d打印聚醚醚酮。

6、可选的，热压处理步骤中的温度为280-340℃，热压罐内压力为0.5-2.5mpa。

7、可选的，热压处理步骤中的温度为280-335℃，热压罐内压力为0.6-2.3mpa。

8、可选的，包埋处理具体包括：

9、向热压罐底部铺撒一层包埋材料，将3d打印聚醚醚酮产品放入热压罐中，继续向热压罐中添加包埋材料，至3d打印聚醚醚酮产品被包埋其中。

10、可选的，3d打印聚醚醚酮产品的各部件与热压罐的边缘、底部之间的距离大于等于5mm。

11、可选的，包埋材料包括氯化钠、氧化锆、玻璃球、羟基磷灰石中的一种或几种。

12、可选的，包埋材料的粒径为2-4mm。

13、可选的，退火处理步骤结束后还包括：将退火后的3d打印聚醚醚酮产品进行喷砂处理，去除表面附着物，再进行清洗、灭菌，得到强化后的3d打印聚醚醚酮。

14、可选的，热压处理步骤中的升温速度为10-30℃/h。

15、可选的，热压处理步骤的工艺包括：第一阶段：以10-30℃/h的升温速度由室温升温至120-150℃，同时向热压罐内充入惰性气体，至热压罐内压力为0.5-3.0mpa；第二阶段：以10-20℃/h的升温速度由120-150℃升温至200-300℃；第三阶段：以5-10℃/h的升温速度由200-300℃升温至280℃-350℃，保温保压20-180min，对3d打印聚醚醚酮产品进行热压处理。

16、本申请提供的强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，实现了3d打印聚醚醚酮产品的断裂伸长率和韧性的提高，相比于现有技术，具有如下有益效果：

17、(1)通过使用包埋材料将3d打印聚醚醚酮产品完全覆盖，同时向热压罐中充入惰性气体，包埋材料和惰性氛围环境共同作用下使得3d打印聚醚醚酮产品在后续高温高压的热处理过程中避免氧化和脱碳，保持聚醚醚酮产品的原始状态，确保其质量和性能不受高温高压的影响。同时将3d打印聚醚醚酮产品保持温度为280-350℃、压力为0.5-3.0mpa的惰性气体氛围中，对3d打印聚醚醚酮产品进行热压处理，热压处理能够有效修复在3d打印制造过程中所产生的微观缺陷，如微小裂纹、未熔合区域，消除产品内部残余应力，减少零件的孔隙率并增加其硬度，使产品的微观结构更加均匀，同时聚醚醚酮产品内部分子能够自我重组，从而提高最终产品的稳定性和致密性，进而提高3d打印聚醚醚酮产品的断裂伸长率和拉伸断裂强度，使其具有较好的塑性和韧性。

18、(2)通过控制包埋材料在合适的粒径，有助于热处理效果的稳定。包埋材料的粒径过大会使得3d打印聚醚醚酮产品表面留下凹坑，若包埋材料的粒径过小，则包埋材料的颗粒可能会进入3d打印聚醚醚酮产品的孔隙内，影响3d打印聚醚醚酮产品的力学性能。

19、(3)通过严格控制热压处理步骤中的温度，第一阶段以10-30℃/h的升温速度由室温升温至120-150℃，同时向热压罐内充入惰性气体，至热压罐内压力为0.5-3.0mpa，此过程中升温速率对3d打印聚醚醚酮产品内部分子结构的影响较小，升温速率较快，能够减少热压处理周期。第二阶段：以10-20℃/h的升温速度由120-150℃升温至200-300℃，此过程中3d打印聚醚醚酮产品内部分子间开始自我重组，但速度较慢；第三阶段：以5-10℃/h的升温速度由200-300℃升温至280℃-350℃，本申请中升温速率逐渐减慢并严格控制，能够避免温度变化过快导致3d打印聚醚醚酮产品内部分子作用剧烈，导致3d打印聚醚醚酮产品最终发生结构变化(如收缩变形)，严格控制热处理过程中的温度，能够更稳定的消除3d打印聚醚醚酮产品内部应力，从而提高最终产品的稳定性和致密性，进而提高3d打印聚醚醚酮产品的断裂伸长率和拉伸断裂强度。

20、(4)本申请的工艺流程合理，加工过程简单，适于规模化操作。

1.一种强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，其特征在于，所述热压处理步骤中的温度为280-340℃，所述热压罐内压力为0.5-2.5mpa。

3.根据权利要求1所述的强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，其特征在于，所述热压处理步骤中的温度为280-335℃，所述热压罐内压力为0.6-2.3mpa。

4.根据权利要求1所述的强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，其特征在于，所述包埋处理具体包括：

5.根据权利要求4所述的强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，其特征在于，所述3d打印聚醚醚酮产品的各部件与所述热压罐的边缘、底部之间的距离大于等于5mm。

6.根据权利要求1所述的强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，其特征在于，所述包埋材料包括氯化钠、氧化锆、玻璃球、羟基磷灰石中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，其特征在于，所述包埋材料的粒径为2-4mm。

8.根据权利要求5所述的强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，其特征在于，所述退火处理步骤结束后还包括：将退火后的所述3d打印聚醚醚酮产品进行喷砂处理，去除表面附着物，再进行清洗、灭菌，得到强化后的3d打印聚醚醚酮。

9.根据权利要求8所述的强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，其特征在于，所述热压处理步骤中的升温速度为10-30℃/h。

10.根据权利要求1-9任一项所述的强化3d打印聚醚醚酮力学性能的热处理方法，其特征在于，所述热压处理步骤的工艺包括：第一阶段：以10-30℃/h的升温速度由室温升温至120-150℃，同时向所述热压罐内充入惰性气体，至所述热压罐内压力为0.5-3.0mpa；第二阶段：以10-20℃/h的升温速度由120-150℃升温至200-300℃；第三阶段：以5-10℃/h的升温速度由200-300℃升温至280℃-350℃，保温保压20-180min，对所述3d打印聚醚醚酮产品进行热压处理。