一种改性PEEK异型材的挤出成型工艺的制作方法

本发明涉及特种工程塑料，具体而言，涉及一种改性peek异型材的挤出成型工艺。

背景技术：

1、聚醚醚酮（peek）作为一种半结晶性特种工程塑料，因其优异的耐高温、耐化学腐蚀性及优异的机械力学性能，而被广泛应用于航空航天、精密电子、医疗器械以及高端装备等领域。特别是通过添加玻璃纤维（gf）进行增强改性的peek复合材料，虽然其刚性、耐热变形温度及尺寸稳定性得到显著提升，有效弥补了纯peek材料刚性不足、高温易蠕变的缺陷，但玻璃纤维改性后的peek复合材料体系的熔体黏度大幅提升、流变特性复杂，而且玻璃纤维填料容易产生取向不均、团聚分层等问题，对挤出成型工艺提出了极高要求。

2、目前，改性peek异型材主流的成型方式为自由挤出成型，即高温熔体经口模挤出后自然冷却定型，但该成型工艺的适配性较差，存在一定的缺陷，严重制约着高端改性peek异型材的成型质量与性能，例如：①peek熔体加工温度高，高温熔体挤出后无外力约束，容易发生自主收缩、熔体塌陷等问题，导致异型材的尺寸偏差大、边角成型不规整，难以满足精密异形构件的尺寸精度要求；②常规的自由挤出成型多采用开放式快速冷却模式，型材表层与内部降温速率差异较大，容易导致制品内部应力集中，进而出现翘曲变形、填料分层开裂等质量缺陷，大幅降低制品的尺寸稳定性与使用寿命；③常规的自由挤出成型工艺的熔体流动无序性较强，熔体剪切应力分布不均，易造成玻璃纤维填料局部团聚、取向紊乱问题，使得异型材薄壁区域、边角位置出现填料稀疏、强度薄弱等问题，导致制品整体力学均匀性不佳、局部应力集中的问题，从而造成使用过程中易出现局部断裂、疲劳失效等现象，无法适配高端装备严苛的长期服役工况。

3、综上，现有改性peek异型材挤出成型工艺（即自由挤出成型工艺）存在尺寸偏差大、内应力残留大、填料分布不均以及制品整体力学均匀性不佳等问题，难以满足高端领域对精密改性peek异型材的性能需求。因此，亟需开发一种适配玻璃纤维改性peek材料特性的挤出成型工艺，以克服现有工艺存在的诸多缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有改性peek异型材主流成型（自由挤出成型）工艺存在的缺陷，而提供一种改性peek异型材的挤出成型工艺，该工艺可以解决现有工艺存在的诸多弊端，提升改性peek异型材整体成型质量与服役性能。

2、为达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种改性peek异型材的挤出成型工艺，该工艺包括如下的步骤：

4、s1、原料干燥：将改性peek干燥，待用；所述改性peek包括纯peek树脂、短切玻璃纤维、热稳定剂以及抗氧剂；

5、s2、高温熔融塑化及挤出：将干燥后的改性peek用高温单螺杆挤出机熔融并通过异型口模挤出；

6、s3、真空吸附定型及梯度冷却：通过低速牵引，将经口模挤出后的材料依次引入真空定型段和梯度冷却段进行真空定型和冷却固化，最终成型得到改性peek异型材。

7、具体而言，本发明提供的这种改性peek异型材的挤出成型工艺是一种可实现压力约束定型、梯度冷却固化、填料均匀分布的真空定径成型工艺，能够有效解决现有改性peek复合材料自由挤出成型工艺面临的诸多弊端，从而提升所得改性peek异型材制品的整体成型质量与服役性能。

8、本发明的挤出成型工艺采用双段式真空定径冷却结构，依靠真空定型腔负压均匀压力约束实现异形截面精准定型，可有效抵消熔体收缩塌陷，优化玻纤填料截面分布，消除局部强度薄弱缺陷；再配合梯度降温冷却，避免急冷造成的内应力集中、填料分层开裂问题，大幅降低制品翘曲率。本发明的挤出成型工艺还匹配低速牵引工艺，其与真空负压、梯度冷却协同配合，可充分释放成型内应力，所制得的改性peek异型材尺寸精度高、截面力学性能均匀、残余应力低，可满足航空航天、精密电子、高端装备复杂异形耐高温构件的严苛使用需求，而且本发明的工艺简单，易于工业化生产，生产良品率高。

9、进一步的，一种改性peek异型材的挤出成型工艺：所述改性peek包括如下质量分数的组分：15～25%的短切玻璃纤维、0.1～1.0%的热稳定剂、0.1～1.0%的抗氧剂以及余量的纯peek树脂。

10、进一步的，一种改性peek异型材的挤出成型工艺：所述短切玻璃纤维的直径为10～20μm，所述短切玻璃纤维的长度为3～5mm。

11、进一步的，一种改性peek异型材的挤出成型工艺：所述热稳定剂选自于复合稀土稳定剂、双（2,4-二枯基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯、四（2,4-二叔丁基苯基）-4,4'-联苯基二亚磷酸酯中的任一种；所述复合稀土稳定剂由质量比（1～3）：1的ceo2与la2o3复配而成。

12、更进一步的，一种改性peek异型材的挤出成型工艺：所述热稳定剂选用复合稀土稳定剂，所述复合稀土稳定剂由质量比2：1的ceo2与la2o3复配而成。

13、作为优选的，本发明采用了ceo2与la2o3复配形成复合稀土热稳定剂，其依靠镧、铈双稀土价态可逆作用，实现了活性自由基持续捕获，可在高温下稳定络合玻璃纤维表面的过渡金属离子（al³+、fe³+），从界面处阻断玻璃纤维催化peek热氧降解；而且无机氧化物（ceo2、la2o3）自身的耐热温度较高（可超600℃），在改性peek熔融挤出过程中不会挥发和析出，适配真空定径长时高温坯料防护；同时不破坏peek结晶、不影响玻璃纤维分布，可显著降低改性peek异型材老化黄变、提升耐候性，兼具加工稳定性与长期高温服役可靠性，工业化适配性强。

14、进一步的，一种改性peek异型材的挤出成型工艺：所述抗氧剂选自于抗氧剂330、抗氧剂1096、抗氧剂4426中的至少一种。

15、进一步的，一种改性peek异型材的挤出成型工艺：步骤s1中改性peek的干燥温度为110～130℃、干燥时间为3～6小时。

16、进一步的，一种改性peek异型材的挤出成型工艺：步骤s2的熔融过程中高温单螺杆挤出机的机筒温度设置为390～410℃，所述高温单螺杆挤出机的螺杆为渐变型螺杆，螺杆的长径比为30：1，螺杆转速设定为8～20rpm；所述异型口模的温度设置为410～430℃，所述异型口模的流道做镜面抛光处理，流道表面粗糙度ra≤0.8μm。

17、进一步的，一种改性peek异型材的挤出成型工艺：步骤s3中利用真空定径冷却箱对挤出后的材料进行真空定型和梯度冷却固化，所述真空定径冷却箱设置为双段结构，其包括真空定型腔和阶梯冷却腔，所述真空定型腔中的真空度设置为-0.03～-0.08mpa，所述阶梯冷却腔中的冷却温度设定在100～150℃范围中梯度递减。

18、进一步的，一种改性peek异型材的挤出成型工艺：步骤s3中的牵引速度设定为60～120mm/h。

19、本发明的有益效果：

20、本发明提供的这种改性peek异型材的挤出成型工艺，采用了真空吸附定型替代自由挤出，使高温改性peek熔体在气压差作用下紧密贴合真空定型段内壁，抑制熔体自由收缩、截面畸变及边角塌陷，实现了peek异型材截面的高精度成型，解决了现有自由挤出成型工艺容易导致异型材的尺寸偏差大、边角成型不规整，难以满足精密异形构件尺寸精度要求的问题；同时本发明的工艺还引入了梯度冷却工艺，这可以避免急冷造成的表层过早结晶、内层未凝导致的热残余应力集中，进而出现翘曲变形、填料分层开裂等质量问题，显著提高了制品尺寸稳定性与长期耐热老化性能。另外，本发明的工艺还采用了低速牵引，该低速区间可实现熔体充分定型、均匀冷却，可完全适配高粘改性peek的固化特性，有效杜绝拉伸形变与残余应力，保证型材结构完整性与尺寸稳定性。