聚醚醚酮（PEEK）作为一种特种工程塑料，凭借其优异的耐高温性（长期使用温度可达260℃）、机械强度、化学耐腐蚀性及生物相容性，在航空航天、医疗植入物、汽车电子及半导体制造等领域占据关键地位。然而，PEEK的高熔点（343℃）、高熔融粘度及易降解特性，使其注塑工艺显著区别于常规塑料，需通过精密控制的工艺参数与专用设备实现高质量成型。本文将从材料特性、工艺参数优化、模具设计及设备选型四个维度，系统阐述PEEK注塑工艺的核心要点。
一、PEEK材料特性对注塑工艺的挑战
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热稳定性与降解风险
PEEK在熔融状态下易发生交联降解，生成凝胶状杂质，导致制品力学性能下降。其降解临界温度约为380℃，且停留时间每增加10分钟，分子量下降幅度可达10%-15%。因此，工艺需严格限制熔体温度与停留时间。 -
高熔融粘度与流动性控制
PEEK熔体粘度（400℃时约10³-10⁴ Pa·s）远高于常规塑料（如PA66为10²-10³ Pa·s），需通过高温、高压及螺杆组合设计改善流动性，同时避免剪切过热引发的降解。 -
结晶行为与尺寸精度
PEEK为半结晶聚合物（结晶度约30%-40%），冷却速率直接影响制品结晶度与收缩率（典型收缩率为1.2%-2.5%）。非均匀冷却易导致翘曲、内应力及尺寸偏差。
二、关键工艺参数优化策略
- 温度控制体系
- 料筒温度：采用分段加热，建议设置范围为380℃-420℃（喷嘴段最高），温度波动需控制在±2℃以内。
- 模具温度：维持150℃-200℃以平衡结晶速率与冷却效率，推荐使用高温油循环模温机。
- 熔体停留时间：通过优化螺杆几何参数（如压缩比3:1-4:1）与射嘴设计，将停留时间压缩至<5分钟。
- 压力与速度协同调控
- 注射压力：采用高压注射（120-200 MPa）克服高粘度阻力，但需避免压力峰值导致分子链断裂。
- 注射速度：采用多段注射（慢-快-慢模式），初始慢速填充（10%-30%行程）防止喷流，后续快速充模（70%-90%行程），末端减速避免飞边。
- 保压与冷却工艺
- 保压压力：设定为注射压力的60%-80%，保压时间根据制品厚度调整（通常为10-30秒/mm）。
- 冷却系统：采用高导热性模具钢材（如H13热作钢）与随形冷却水道设计，确保型腔温度均匀性（温差<5℃）。
三、模具设计与设备选型要点
- 模具材料与表面处理
- 选用高耐磨、耐腐蚀钢材（如NAK80预硬钢），流道表面进行镜面抛光（Ra≤0.05μm）以减少流动阻力。
- 浇口设计采用热流道技术，避免冷料头残留导致的降解风险。
- 注塑机配置要求
- 螺杆结构：采用屏障型螺杆（L/D≥25），配备混炼段与计量段双温控系统。
- 锁模力：按投影面积计算锁模力（建议≥800 kN/m²），防止高压注射下的模具飞边。
- 控制系统：集成闭环压力/温度控制模块，响应时间≤50ms。
四、典型缺陷与解决方案
- 熔接线强度不足
- 成因：多浇口充模时熔体前沿温度下降过快。
- 对策：提高模具温度至180℃-200℃，优化浇口位置使熔体前沿温差<10℃。
- 制品内应力过大
- 成因：冷却速率不均匀导致残余应力。
- 对策：采用退火处理（200℃/2小时），或优化冷却水道布局使型腔表面温度梯度<8℃/cm。
- 表面银纹与降解
- 成因：熔体温度过高或停留时间过长。
- 对策：启用螺杆冷却系统，将熔体温度波动范围缩小至±1.5℃，并安装熔体过滤器（过滤精度≤10μm）。
结语
PEEK注塑工艺的成功实施依赖于材料特性、工艺参数、模具设计与设备性能的协同优化。通过精确控制温度场、压力场与流场分布，结合高导热模具与闭环控制系统，可显著提升制品的力学性能、尺寸精度与批次稳定性。随着半导体制造、医疗植入物等领域对材料性能要求的持续提升，PEEK注塑工艺的技术迭代将进一步推动高端工程塑料的精密成型技术发展。
