一种基于界面结晶的聚醚醚酮材料的焊接方法与流程

1.本公开涉及高分子材料加工领域，具体而言，涉及一种基于界面结晶的聚醚醚酮材料的焊接方法。


背景技术：

2.聚醚醚酮(poly-ther-ether-ketone，peek)为分子主链中含有氧-对亚苯基-氧-对亚苯基-羰-对亚苯基链节(一个酮键和两个醚键)的线性芳香族高分子化合物，是半结晶、热塑性高分子聚合物材料，为聚芳醚酮类中最重要的品种。peek材料高分子链中拥有大量的苯环，为其带来了优异的耐热性与稳定性，而两个醚链和一个羰基又为材料提供了柔韧性和良好的工艺性，两者的结合使peek材料体现出高的力学性能、耐热性、耐摩擦性、耐药品性、耐水分解性、耐辐射性等，而这些优异的耐受能力与长期稳定性让peek材料具有极好的生物相容性，可长期作为假体材料植入人体，也使其在航天航空、国防军事、电子电气等领域得到了广泛的应用。
3.焊接是将两个peek材料拼接在一起常用的手段。但是，通过简单的热熔和凝固方式获得的连接体，其连接强度有限，限制了peek材料制作假体的应用范围。
4.因此，本公开提供了一种基于界面结晶的聚醚醚酮材料的焊接方法，以解决上述技术问题之一。


技术实现要素：

5.本公开的目的在于提供一种基于界面结晶的聚醚醚酮材料的焊接方法，能够解决上述提到的至少一个技术问题。具体方案如下：
6.根据本公开的具体实施方式，第一方面，本公开提供一种基于界面结晶的聚醚醚酮材料的焊接方法，包括：
7.提供至少两块聚醚醚酮材料，每块聚醚醚酮材料均具有与至少一块聚醚醚酮材料相配合的待焊接界面，在所述待焊接界面的基表面生成具有细小结晶的低结晶表面，且所述低结晶表面中存在无定型的高分子链链段；
8.对所有相配合的待焊接界面进行整体焊接，使相配合的待焊接界面的基表面间生成跨区的晶体。
9.可选的，所述在所述待焊接界面的基表面生成具有细小结晶的低结晶表面，且所述低结晶表面中存在无定型的高分子链链段，包括：
10.利用局部热源将所述待焊接界面加热至熔融温度；
11.利用冷源以预设速率将所述待焊接界面冷却至结晶温度，使所述待焊接界面的基表面生成具有细小结晶的低结晶表面，且所述低结晶表面中存在无定型的高分子链链段。
12.可选的，所述对所有相配合的待焊接界面进行整体焊接，使相配合的待焊接界面的基表面间生成跨区的晶体，包括：
13.利用局部热源将所述待焊接界面再次加热至熔融温度；
也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
30.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
31.应当理解，尽管在本公开实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但这些描述不应限于这些术语。这些术语仅用来将描述区分开。例如，在不脱离本公开实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。
32.取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
33.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
34.特别需要说明的是，在说明书中存在的符号和/或数字，如果在附图说明中未被标记的，均不是附图标记。
35.下面结合附图详细说明本公开的可选实施例。
36.实施例1
37.对本公开提供的实施例，即一种基于界面结晶的聚醚醚酮材料的焊接方法的实施例。
38.下面结合图1对本公开实施例进行详细说明。
39.本公开提供了一种基于界面结晶的聚醚醚酮材料的焊接方法，包括以下步骤：
40.步骤s101，提供至少两块聚醚醚酮材料，每块聚醚醚酮材料均具有与至少一块聚醚醚酮材料相配合的待焊接界面，在所述待焊接界面的基表面生成具有细小结晶的低结晶表面，且所述低结晶表面中存在无定型的高分子链链段。
41.本公开实施例可以对两块聚醚醚酮材料进行焊接，也可以同时对多块聚醚醚酮材料进行焊接，本公开实施例不做限制。两块聚醚醚酮材料间可以有一对相配合的待焊接界面，也可以有多对相配合的待焊接界面；同理，多块聚醚醚酮材料的两两聚醚醚酮材料间可以有一对相配合的待焊接界面，也可以有多对相配合的待焊接界面；本公开实施例均不作限制。
42.所述结晶的形态包括：球晶、纤维晶和/或板晶，本公开实施例不限于此。
43.所述高分子链，是指由一种或多种单体通过缩聚反应或加聚反应连接而成的链状分子。所述链段，是指大分子碳链中某一个链节发生内旋时，会影响到距它较近的链节，使它们随着一起运动，而这些受到相互影响的链节的集合体称作链段。链段是指高分子链中能够独立运动的最小单元。链段长度可用以表征链的柔顺性。如果链段的长度相当于一个键的长度,这种分子链将极端柔顺；如果链段的长度等于链的伸直长度，这种分子链将极端刚硬。
44.所述无定形，是指一些非完全晶体无定形区(非晶区)的结构或者一些无定形固体(非晶体)的构成方式。很多可以构成晶体的物质都存在无定形态，反应活性也一般大于同物质的晶体。所述无定形区，是由因构象复杂而未能结晶的分子和由于分子量的差异而被排斥于微晶之外的分子，以及束缚分子等组成。分子链平行有序排列的为结晶区，松弛不规则聚集的为无定形区。无定形固体又称无定形体或玻璃体。其内部原子或分子的排列无周期性，如同液体那样杂乱无章地分布，可看作过冷液体，如玻璃、松香、明胶等。非晶态固体有如下通性；宏观性质具有均匀性，这种均匀性来源于原子无序分布的统计性规律；物理性质一般不随测定方向而变，称为各向同性；不能自发地形成多面体外形，且无固定的熔点。所述无定型的高分子链链段，可以理解为，完全没有结晶，高分子链链段排列似无规线团，如图2所示。
45.在一些具体实施例中，所述在所述待焊接界面的基表面生成具有细小结晶的低结晶表面，且所述低结晶表面中存在无定型的高分子链链段，包括以下步骤：
46.步骤s101-1，利用局部热源将所述待焊接界面加热至熔融温度。
47.所述局部热源能够使所述聚醚醚酮材料的局部(比如待焊接界面)加热。例如，局部热源包括：激光、热风和/或加热电阻，本公开实施例不限于此。
48.所述熔融温度包括343℃～500℃的温度。
49.步骤s101-2，利用冷源以预设速率将所述待焊接界面冷却至结晶温度，使所述待焊接界面的基表面生成具有细小结晶的低结晶表面，且所述低结晶表面中存在无定型的高分子链链段。
50.所述冷源能够使所述聚醚醚酮材料降温。例如，冷源包括吹风机。为了达到生成大量细小结晶，且所述低结晶表面中存在无定型的高分子链链段的目的，本公开实施例，通过冷源快速将所述待焊接界面降温至结晶温度。所述结晶温度包括低于143℃的温度；而快速冷却所需的预设速率包括至少大于10℃/s的冷却速度。
51.步骤s102，对所有相配合的待焊接界面进行整体焊接，使相配合的待焊接界面的基表面间生成跨区的晶体。
52.所述晶体包括：横晶、球晶和/或串晶。所述跨区的晶体使相配合的待焊接界面的基表面相互融合。从而达到高强度焊接的目的。
53.在一些具体实施例中，所述对所有相配合的待焊接界面进行整体焊接，使相配合的待焊接界面的基表面间生成跨区的晶体，包括以下步骤：
54.步骤s102-1，利用局部热源将所述待焊接界面再次加热至熔融温度。
55.也就是对待焊接界面再次进行局部加热，且加热至343℃～500℃。
56.步骤s102-2，基于预设压力使所述至少两块聚醚醚酮材料中相配合的待焊接界面进行相互挤压。
57.对所述待焊接界面再次进行局部加热后，对相配合的待焊接界面进行相互加压。所述预设压力包括100n～10000n的压力。
58.步骤s102-3，在预设第一时间段内，基于跨区温度对相互挤压中的所述至少两块聚醚醚酮材料进行整体加热，使相配合的待焊接界面的基表面间生成跨区的晶体。
59.在挤压的同时，本公开实施例对所述至少两块聚醚醚酮材料进行整体加热。也就是将挤压中的所述至少两块聚醚醚酮材料整体放入加热容器中进行加热，例如，加热容器
包括高温腔或热处理箱，本公开实施例不限于此。所述预设第一时间段包括1小时～10小时内的任一时间段。例如，预设第一时间段采用1小时、2小时、3小时、
……
或10小时，本公开实施例不限于此。所述跨区温度包括143℃～343℃的温度。在所述加热容器中，使相配合的待焊接界面的基表面间逐渐生成跨区的晶体。
60.如图2所示，本公开实施例通过界面结晶热处理的方法，使相配合的待焊接界面各自成为对方结晶的外来基表面，使结晶行为优先在相配合的另一方的基表面附近被引发，能够形成跨区结晶，这种通过待焊接界面诱导结晶的方式生成的跨区晶体，使高分子链缠结在一起，能够为界面提供更紧密的界面强度，从而大幅提高焊接强度，提升整体的力学性能。
61.所述方法还包括以下步骤：
62.步骤s103，当焊接后，若检测出至少一个待焊接界面的基表面出现晶体不完整性或至少一个待焊接界面的基表面的结晶度低于预设百分比阈值，则在预设第二时间段内，基于重结晶温度对所述至少两块聚醚醚酮材料的基表面进行整体的重结晶；如此反复重结晶至每个待焊接界面的基表面的结晶度均高于或等于预设百分比阈值，且任一待焊接界面的基表面的晶体均不再生长。
63.所述晶体不完整性，是指在自然形成的晶体中，由于扰动的影响使晶格发生畸变，出现不完美的晶体。也就是如果焊接后相配合的待焊接界面的基表面出现晶体不完整性时，需要进行重结晶处理。
64.结晶度，是指聚合物中结晶区域所占的比例。本公开实施例中，预设百分比阈值38％。也就是如果焊接后相配合的待焊接界面的基表面的结晶度低于38％时，需要进行重结晶处理。
65.所述预设第二时间段包括0.5小时～6小时内的任一时间段。例如，预设第二时间段采用0.5小时、1小时、2小时、3小时、
……
或6小时，本公开实施例不限于此。所述重结晶温度包括150℃～250℃的温度。
66.将所述至少两块聚醚醚酮材料焊接后，从待焊接界面的区域取样，采用差示扫描量热法或者偏光显微镜观测样品的结晶度和形态情况。如果发现结晶度低于预设百分比阈值(比如38％)或出现晶体不完整性的情况，将所述至少两块聚醚醚酮材料整体继续放入热处理箱中。所述在预设第二时间段内，基于重结晶温度对所述至少两块聚醚醚酮材料的基表面进行整体的重结晶，可以理解为，将所述至少两块聚醚醚酮材料整体放入加热容器中再次进行加热，持续让相配合的待焊接界面的基表面结晶的晶体生长，更深程度地连接两侧材料。如此反复重结晶至每个待焊接界面的基表面的结晶度均高于或等于预设百分比阈值，且任一待焊接界面的基表面的晶体均不再生长，任一待焊接界面的基表面的晶体均不再生长，即能够获得最终的产品。
67.以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围。