Estudo das Características do Filme de Poliéterétercetona (PEEK)

O Poliétercetonaetona (PEEK) possui resistência a altas temperaturas, resistência à fadiga, resistência química, resistência ao desgaste, resistência à hidrólise, bem como excelentes propriedades mecânicas, propriedades de barreira, propriedades elétricas e resistência à radiação. Ele tem atraído ampla atenção de estudiosos domésticos e estrangeiros, que conduziram pesquisas detalhadas sobre as propriedades e modificação do material. Atualmente, tem sido aplicado em campos de materiais mecânicos, petroquímicos, nucleares, de transporte ferroviário e biomédicos.

O filme de PEEK é uma forma importante de PEEK, além de ser usado como plásticos e fibras de engenharia. Suas principais aplicações incluem membranas vibratórias para produtos eletrônicos, camadas de isolamento térmico para isolamento acústico de aeronaves e cobertores de isolamento térmico, fitas de isolamento térmico de alta temperatura e placas de circuito impresso flexíveis. Neste artigo, uma série de filmes de PEEK foram preparados pelo método de extrusão e moldagem da ARKPEEK. Os filmes preparados têm pequenas tolerâncias de espessura e alta planicidade de superfície. Realizamos experimentos em nosso laboratório para explorar as propriedades básicas, propriedades ópticas, propriedades mecânicas e fatores que afetam as propriedades mecânicas dos filmes de PEEK, fornecendo alguns dados básicos para nossos usuários expandirem ainda mais o alcance de aplicação dos filmes de PEEK.

Propriedades Básicas do Filme de PEEK

O PEEK é um polímero semicristalino, e a transparência e as propriedades físicas do filme estão intimamente relacionadas com a estrutura da cadeia molecular do polímero. Os filmes de PEEK aparecem marrom opaco em estados altamente cristalinos e marrom claro transparente em estados amorfos e de baixa cristalinidade. A imagem abaixo mostra uma fotografia do filme ARPEEK.

A densidade do filme de PEEK é de 1,26 a 1,30 g/cm³, com uma densidade amorfa de 1,26 g/cm³. A temperatura de transição vítrea do filme de PEEK é de 145°C, a temperatura do pico de cristalização a frio é de 174°C e o ponto de fusão é de 341°C.

O filme de PEEK com uma transmitância de 84,6% e uma espessura de 95μm foi submetido a tratamento térmico a 250°C por 20 minutos. A figura abaixo mostra os espectros de difração de raios-X de amplo ângulo do filme de PEEK antes e depois do tratamento térmico. O PEEK pertence ao sistema cristalino ortorrômbico. Antes do tratamento térmico, a cristalinidade do filme é baixa. Após o tratamento térmico, o filme de PEEK apresenta quatro picos de difração principais em 18,7°, 20,6°, 22,6° e 28,6°, correspondentes às direções 110, 111, 200, 211 e 202, respectivamente. Os picos das direções 211 e 202 se sobrepõem. Os dados do teste são consistentes com os relatórios da literatura. Devido ao PEEK ser um polímero semicristalino, as regiões amorfas contribuem para um pico de difração de fundo mais alto.

A figura abaixo mostra a fotografia de SEM da estrutura transversal do filme de PEEK. O filme de PEEK pode manter alta resistência no nitrogênio líquido. O filme de PEEK preparado pelo método de fundição por extrusão possui uma temperatura do rolo mais alta do que a temperatura de transição vítrea do PEEK. Como o rolo de fundição tem uma certa velocidade, o filme sofre uma certa quantidade de estiramento na direção longitudinal. A partir da figura, pode-se observar a seção transversal longitudinal do filme, onde as cadeias moleculares do polímero exibem alta orientação ao longo da direção de estiramento.

Relação entre a Cristalinidade do Filme e a Transmitância

A temperatura e a velocidade do rolo de moldagem afetam diretamente a estrutura, morfologia e espessura do filme. Quando a espessura do filme é a mesma, uma cristalinidade mais alta leva a uma transmitância mais baixa.

A turbidez do filme também pode refletir o estado de cor do filme. Uma cristalinidade mais alta resulta em valores de turbidez aumentados. Quando a cristalinidade está abaixo de 5%, o filme apresenta alta transparência e clareza. Abaixo está uma imagem do ARKPEEK que ilustra bem isso.

O amorfo é de baixa cristalinidade e o semicristalino é mais elevado.

Análise das Propriedades Mecânicas dos Filmes Extrudados

Devido à falta de normas nacionais para filmes de PEEK na China, não há um método uniforme para testes de tração de filmes de PEEK na literatura acadêmica. É necessário investigar a influência da taxa de tração nas propriedades mecânicas dos filmes. Nosso estudo envolveu testes de filmes extrudados de PEEK de 18μm, com taxas de tração variando de 40 a 100 mm/min, como mostrado nos resultados experimentais na tabela abaixo.

A resistência à tração e a elongação na ruptura mostram semelhanças, indicando que a taxa de tração tem uma influência mínima sobre elas. No entanto, o aumento da taxa de tração aumenta significativamente a resistência ao escoamento. Mesmo com uma taxa de tração de 100 mm/min, o filme ainda apresenta uma resistência à tração relativamente alta. Este estudo avalia as propriedades mecânicas do filme de PEEK a uma velocidade de tração de 100 mm/min.

Análise de Defeitos Superficiais e Propriedades Mecânicas dos Filmes

O cabeçote da matriz é um fator crítico que afeta a qualidade superficial do filme. A limpeza inadequada do parafuso e do cabeçote da matriz pode afetar a superfície do filme de PEEK. Após o desligamento do extrusor, reiniciá-lo sem uma limpeza completa leva a dificuldades em remover o material de PEEK, resultando em mais resíduos carbonizados e pontos de gel no filme, o que afeta sua qualidade superficial e desempenho. Embora os pontos de gel e os resíduos carbonizados impactem na qualidade superficial, uma pequena quantidade de pontos de gel tem efeito mínimo nas propriedades mecânicas do filme.

Análise da Resistência UV do Filme

Através de testes no laboratório ARKPEEK, obtivemos os seguintes dados sobre a relação entre a transmitância da luz ultravioleta de 380nm e a espessura do filme. É evidente que com o aumento da espessura do filme, a transmitância da luz UV em 360-380 nm diminui, indicando uma melhor resistência UV.

Relação entre Transmitância UV e Espessura do Filme

Nós também estudamos os espectros de transmitância ultravioleta dos filmes de PEEK com a mesma espessura, mas com diferentes cristalinidades. Existe uma leve diferença na transmitância da luz ultravioleta de 380 nm, com uma melhor resistência UV observada em filmes com maior cristalinidade. Dados específicos podem ser encontrados na figura abaixo.

Relação entre Transmitância UV e Cristalinidade

Em resumo, as conclusões são as seguintes:

(1) A transmitância do filme de PEEK diminui com o aumento da cristalinidade. O efeito da taxa de tração na resistência à tração e na elongação na ruptura é mínimo, com uma taxa de tração mais rápida levando a um aumento significativo na resistência ao escoamento. A resistência à tração aumenta com o aumento da velocidade do rolo de extrusão. O PEEK apresenta propriedades mecânicas estáveis quando extrudado a 390~400°C e, mesmo a uma temperatura de extrusão de 420°C, o filme de PEEK pode manter uma resistência mecânica relativamente alta.

(2) A extrusão com estiramento biaxial pode aumentar significativamente a resistência à tração do filme de PEEK. Com uma relação de estiramento de longitudinal × transversal = 2 × 2, a resistência à tração longitudinal pode atingir 203 MPa, com uma elongação na ruptura de 76%, enquanto a resistência à tração transversal é de 157 MPa, com uma elongação na ruptura de 156%.

(3) O filme de PEEK apresenta características de resistência UV. Com o aumento da espessura do filme e da cristalinidade, a transmitância da luz UV em 360~380 nm diminui, indicando uma melhor resistência UV.