?PEEK〔聚醚醚酮〕是一種性能很好熱塑性聚合物，因其優(yōu)秀機(jī)械性能、耐化學(xué)性、生物相容性而被大量用途于航空航天、醫(yī)療器械〔如骨科、脊柱植入物〕還有汽車行業(yè)。其疲勞性能是決定其于循環(huán)載荷下一直可靠性關(guān)鍵因素。

 1. 純PEEK疲勞性能

純PEEK〔未增強(qiáng)〕表現(xiàn)出優(yōu)良抗疲勞性能，但其疲勞強(qiáng)度通常低于纖維增強(qiáng)變體。研究表明，于旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞測(cè)試中，純PEEK試樣能夠于高達(dá)其靜態(tài)拉伸強(qiáng)度約70% 應(yīng)力水平下承受 10? 次加載循環(huán)。然而，純PEEK對(duì)缺口〔應(yīng)力集中〕較為敏感，疲勞壽命分散性較大，且裂紋萌生后擴(kuò)展壽命占比較小。

 2. 纖維增強(qiáng)PEEK疲勞性能

通過(guò)添加碳纖維或玻璃纖維進(jìn)行增強(qiáng)，可以顯著提升PEEK疲勞強(qiáng)度。

   短碳纖維增強(qiáng)PEEK〔CFR-PEEK〕：例如，含有30%短碳纖維〔C30〕PEEK，其疲勞強(qiáng)度顯著高于純PEEK，能于約靜態(tài)強(qiáng)度60% 應(yīng)力水平下承受10?次循環(huán)。碳纖維類型也有影響，PAN基碳纖維增強(qiáng)PEEK比瀝青基碳纖維增強(qiáng)或純PEEK具有更好抗疲勞裂紋擴(kuò)展性能。

   短玻璃纖維增強(qiáng)PEEK：研究也關(guān)注了其于極高周疲勞〔超過(guò)10?次循環(huán)〕下性能。

   增強(qiáng)效果：纖維加入雖然也許使裂紋更早萌生，但能很好抑制裂紋擴(kuò)展，從而增強(qiáng)整體疲勞壽命，并使材料對(duì)缺口敏感性降低。

 3. 影響疲勞性能關(guān)鍵因素

   載荷條件：頻率、應(yīng)力水平對(duì)疲勞行為有顯著影響。于高應(yīng)力下，頻率降低也許、溫升、能量耗散有關(guān)。

   缺口效應(yīng)：PEEK疲勞強(qiáng)度對(duì)缺口敏感，但纖維復(fù)合后此敏感性會(huì)降低。

   環(huán)境：于生理相關(guān)環(huán)境特定條件下評(píng)估疲勞行為對(duì)于植入物用途至關(guān)很大。

   生產(chǎn)工藝：對(duì)于通過(guò)增材生產(chǎn)〔如FDM〕成型PEEK，其疲勞性能也許、通過(guò)傳統(tǒng)注塑成型材料有所不同。

 4. 疲勞設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

疲勞性能通常通過(guò)S-N曲線〔應(yīng)力-壽命曲線〕來(lái)描述。不同材料、測(cè)試條件下S-N曲線各異。例如，有研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了PEEK沃勒〔W?hler〕疲勞曲線，為其工程用途提供設(shè)計(jì)依據(jù)。于裂紋擴(kuò)展方面，PAN基碳纖維增強(qiáng)PEEK表現(xiàn)出更高疲勞裂紋擴(kuò)展門(mén)檻值〔例如，于約2×10?? mm/cycle擴(kuò)展速率下，所需循環(huán)應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK約為5.7 MPa√m〕、不同巴黎指數(shù)〔m值〕。

 總結(jié)

PEEK及其復(fù)合材料具有優(yōu)良疲勞性能，使其適用于承受循環(huán)載荷場(chǎng)合。純PEEK疲勞強(qiáng)度約為其靜態(tài)強(qiáng)度70%，而碳纖維增強(qiáng)可將其提升至更高水平。實(shí)際用途中，需綜合考慮材料配方〔純樹(shù)脂或纖維增強(qiáng)類型〕、載荷條件、是否存于應(yīng)力集中還有使用環(huán)境，以準(zhǔn)確評(píng)估、設(shè)計(jì)其抗疲勞性能。

以上關(guān)于PEEK材料的疲勞性能內(nèi)容為上海春毅新材料原創(chuàng)，請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載！