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2022-05


PEEK耐辐射性能
点击量:178 关键词:聚泰新材料 发布者:

        高分子材料辐照后将会产生自由基,辐射诱导的高分子反应包括氧化、裂解、交联和接枝都源于自由基的产生,对自由基的研究属于微观范畴,自由基的初级反应和次级反应导致的结果多种多样,宏观表现为材料物理化学性能的改变。因此,研究自由基的产生和演变是研究高分子材料辐照效应的重要组成部分。辐射化学产额(G)是指1g材料每吸收100eV的能量所产生的断裂自由基数、离子数、分子数等。辐射自由基产额可以反映材料的耐辐照性,辐射自由基产额越小,耐辐照性越强[1]。表1是一些典型的聚芳醚酮高分子材料的辐射自由基产额表。可以发现真空条件下辐照样品的自由基产额大于空气条件下辐照的样品,同时,真空、77 K 条件下辐照样品的自由基产额大于真空、300K条件下辐照的样品。表明真空条件下随着辐照温度升高,自由基产额降低;相同辐照温度条件下随着氧气含量增加,自由基产额降低。




        PEEK的辐照效应研究始于20世纪80年代,至今对辐照前后材料的结构和性能变化研究已经比较全面。Yoda[2,3]等报道了电子束辐照对PEEK结晶的影响,发现辐照可以抑制结晶,未辐照的样品在玻璃化转变温度以上结晶,辐照50MGy的样品未发生结晶。结晶区/非结晶区界面的晶体降解,导致的晶格尺寸仅减小15%,表明辐照主要引起的是非结晶区和结晶区/非结晶区界面的变化。辐照过程中非结晶区断裂分子链可以重新组合形成晶体,同时,辐照也会导致一定程度的晶体破坏,聚合物结晶度的变化是由这两种因素共同作用的结果。在低剂量下,前者占主要作用,在较高剂量下,辐照引起晶体破坏现象尤为突出。



        PEEK分子链结构中包含大量的苯环、醚键和羰基,当材料接受电子束、伽马射线、中子射线、X 射线、混合辐照场等辐照源辐照后,由于苯环共轭π键的离域作用,将吸收的辐照能转变成热能释放出去,进而达到耐辐照的效果。Tsuneo Sasuga[4]等人根据拉伸性能的变化将耐辐照稳定性按以下顺序排列:聚酰亚胺>PEEK>聚酰胺>聚醚酰亚胺>聚芳酸酯>聚砜,聚(苯氧化物),即根据聚合物分子主链化学结构,按以下顺序排列:



        聚醚醚酮材料的对于核辐射(α射线/正电的氦核、β射线/负电的电子、γ射线/高eV的电磁波)的耐受性,高能量辐射常常会导致塑料伸长率降低,脆性提高,基本结论如下:1)高能电子辐照,主要作用于非晶态,其能诱导非晶态发生交联。主要体现为,玻璃化转变温度(Tg)增大、熔点(Tm)降低、分解温度(Td)降低。
        2)高能电子辐照,剂量高达180MGy时拉伸性能几乎不变。140℃下高能电子辐照,120MGy时拉伸性能略有降低。
        3)正离子会使苯环退化、而双键加多,但是力学性能几乎未变,因为正离子仅作用于浅表。

        4)聚醚醚酮,由于具有高比例的苯环,缺少不耐辐照的脂肪链,因此能耐MGy级的γ射线辐照。



        *图片来源于威格斯数据库参考文献[1] Kiryukhin V P, Milinchuk V K. Radiation chemical yields of paramagnetic centres in polymers [J]. Polymer Science U.S.S.R. 1974, 16(4): 941-947.[2] Yoda O. The radiation effect on non-crystalline poly (aryl-ether-ketone) as revealed by X-raydiffraction and thermal analysis [J]. Polymer communications, 1984, 25(8): 238-240.[3] Yoda O. The crystallite size and lattice distortions in the chain direction of irradiated poly(aryl-ether-ketone) [J]. Polymer Communications, 1985, 26(1): 16-19.[4] Sasuga T, Hayakawa N, Yoshida K, et al. Degradation in tensile properties of aromatic polymers by electron beam irradiation [J]. Polymer, 1985, 26(7): 1039-1045.


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