Johnny Xiong
快速模具与产品开发专家
目录
聚醚醚酮（PEEK）作为特种高性能结晶型芳香族热塑性工程塑料，以其卓越的综合性能成为现代高端制造业的核心材料之一。其性能特征涵盖多个维度：在机械性能方面，PEEK表现出高强度、高模量、优异的耐疲劳性和出色的耐蠕变性；在化学稳定性上，具备出众的耐化学腐蚀性，仅对浓硫酸等极少数强氧化性酸敏感；在安全特性方面，具有固有的阻燃性（可达UL 94 V-0级）及极低的烟毒气释放；在热学性能上，展现出优异的耐高低温性，长期使用温度可达250℃；此外，还拥有卓越的耐辐照性和水解稳定性，以及良好的生物相容性与可重复灭菌性。这些卓越性能的协同作用，使PEEK已成为航空航天、国防军工、医疗器械（如可植入器械、外科手术器械）、半导体制造、汽车工业（尤其是耐高温电气和动力总成部件）、石油天然气勘探开采以及高端工业装备等多个关键领域不可或缺的战略性材料。
然而，PEEK分子主链上刚性的苯环结构、强极性的羰基以及醚键的规整排列，这一特殊的化学构造在赋予材料超凡性能的同时，也为其加工制造带来了显著挑战。这种分子结构导致PEEK的加工窗口相对狭窄，熔体粘度极高，结晶行为复杂，且对加工条件的波动极为敏感。在实际生产过程中，不恰当的注塑工艺不仅无法充分发挥PEEK的潜能，反而可能引发制品出现多种缺陷，导致材料性能大幅衰减，甚至在极端情况下引起材料的热氧降解。因此，实现PEEK的高品质、高效率、高重复性注塑成型，绝非简单的工艺参数调整，而是一项涉及材料科学、流变学、热力学、模具工程及过程控制等多学科知识的系统性工程。本文将超越基础因素罗列，深入探讨PEEK注塑成型全流程中涉及的关键技术要点、内在机理与综合优化策略，旨在为工程技术人员提供一套更为深刻和系统的理论指导与实践框架，以应对这一高性能材料加工中的各项技术挑战。
中山厚德快速模具有限公司作为专注于注塑成型与快速模具制作的专业制造商，在PEEK等高性能材料的加工领域积累了丰富的实践经验。我们深刻理解PEEK加工的技术复杂性，并致力于通过精密模具设计和优化工艺参数，为客户提供高质量的解决方案。
第一部分：材料本质特性与预处理工艺的深度耦合
1.1 材料等级与牌号的精确选择：
PEEK绝非单一材料实体，而是一个高度工程化的材料体系。其多样性体现在三个核心维度：基础聚合物流变特性、复合增强体系与特种功能化改性。
基础粘度谱系：根据重均分子量（Mw）及分子量分布（MWD）的不同，PEEK可分为高粘度（通用型）、中粘度及高流动等级。高粘度牌号分子链更长，缠结更紧密，熔体强度高，适用于对韧性、抗蠕变及耐长期负荷要求严苛的厚壁或结构性部件。高流动牌号则通过优化分子结构降低熔体粘度，专为填充复杂、薄壁或精密微结构而设计，能有效降低所需注塑压力与锁模力。
复合增强与改性体系：这是拓展PEEK性能边界的关键。常见体系包括：
- 玻璃纤维增强：通常添加比例在10%-30%。可显著提升刚度、尺寸稳定性及抗蠕变性，降低成本敏感度，是通用型结构增强方案。
- 碳纤维增强：添加比例通常为20%-30%。在提升刚度与强度的同时，赋予材料优异的导电/导热性、极低的摩擦系数及卓越的耐疲劳性能，适用于高性能运动部件、静电消散（ESD）及轻量化要求极高的场合。
- 矿物填充及其他：如硫酸钡（BaSO₄）填充用于X射线可探测性（医疗器械）；PTFE、石墨或二硫化钼共混用于提升耐磨性与自润滑性；特殊填料满足特定导热或介电需求。
特种功能化牌号：包括符合USP Class VI或ISO 10993生物相容性标准的高纯医疗级；满足航空航天阻燃、低烟毒（FST）标准的牌号；以及用于半导体制造的超高纯度、低释气、低金属离子含量等级别。
选型是一项系统工程决策。 工程师必须建立清晰的“性能-成本-工艺性”三角权衡模型。在具体应用场景下，需进行关键性能排序：例如，人工关节植入物优先考虑生物相容性、耐磨性与抗疲劳性，可能选择碳纤维增强医疗级PEEK；而半导体晶圆承载器则首要考量超高纯度、低释气及尺寸热稳定性，可能选用特殊改性的高流动或矿物填充牌号。材料供应商提供的详尽技术数据表（TDS）和材料安全数据表（MSDS）是选型决策的基石，但深入理解数据背后的材料科学原理，并与供应商技术团队进行应用场景对焦，是避免选型失误、实现最优性价比的关键。
1.2 水分控制的极端重要性及其内在机理：
PEEK的水分控制，其重要性往往被低估。其机理源于其分子链中极性醚键（-O-）和羰基（C=O）对水分子的物理吸附。尽管平衡吸水率（23℃, 50% RH下约0.5%）远低于尼龙等材料，但在高温加工环境下，其危害性呈指数级放大。
微观缺陷成因：当含有吸附水的PEEK颗粒进入高温料筒（>343℃），水分瞬间汽化。在高达100-200 MPa的注射压力下，这些蒸汽泡或被强行压缩溶解于熔体，或在压力释放（保压结束、冷却）时重新析出、聚集。最终在制品内部形成亚微观乃至宏观的蜂窝状空洞或银纹。这些缺陷不仅是应力集中点，大幅降低动态疲劳寿命和冲击韧性，更会破坏材料的本征阻隔性能，为化学介质渗透提供通道，加速制品在腐蚀环境下的失效。
化学降解风险：在远高于玻璃化转变温度（Tg ≈ 143℃）的条件下，水分子不仅是物理发泡剂，更可能扮演水解催化剂的角色。虽然PEEK的水解稳定性优于聚酯（PET/PBT），但在熔融态长时间（如不当的停机保温）或反复加工（回料使用）下，酯键（若存在）及可能受攻击的分子链段会发生水解断链。这直接导致分子量下降、分子量分布变宽，宏观表现为熔体粘度不可逆地改变（通常先降后因支化/交联而升）、熔体强度衰减、最终制品力学性能（特别是断裂伸长率和长期强度）严重衰退。
因此，干燥不是“建议步骤”，而是不可妥协的工艺铁律。必须建立标准作业程序（SOP）：
干燥设备：强制对流闭环除湿干燥机是必须配置。其露点计需定期校准，确保输出空气露点稳定≤ -40℃，最好能达到-50℃以下。
干燥参数：标准条件为150°C ± 3°C下干燥至少4小时。这并非固定值，而应基于物料初始含水量、干燥机效率及物料在料斗中的实际堆积厚度进行动态验证。对于开封后长期暴露、已受潮或使用高比例回收料的场合，干燥时间应延长至6-8小时，甚至需进行预干燥处理。
过程防潮：干燥后的物料应在密闭、保温的供料系统中输送至注塑机。料斗应持续通入干燥空气并维持微正压，防止环境湿气回渗。停机时，料斗及料筒内剩余物料必须彻底清空或采取严格的防潮保温措施。经验主义（如“手感干燥”）在PEEK加工中具有极大风险，必须依赖科学的湿度监测和数据记录。
1.3 物料输送与加工体系的洁净度管理：
PEEK的高性能往往与其对污染物的“零容忍”特性相伴。加工体系的洁净度是保障制品性能一致性与可靠性的生命线。
交叉污染防控：PEEK加工设备（料筒、螺杆、喷嘴、止逆环、热流道系统）必须专用。若需更换材料，必须执行严格的高温净化程序：先用高密度聚乙烯（HDPE）或聚丙烯（PP）作为清洗料进行过渡清洗，随后在PEEK加工温度下空射，直至射出的熔体纯净无杂质。严禁与聚氯乙烯（PVC）、聚甲醛（POM）、其他工程塑料甚至不同颜色或牌号的PEEK直接切换，因为微量残留物即可能引发催化降解、形成黑点或导致界面分层。
环境污染物控制：生产环境应保持洁净，避免灰尘、油污、脱模剂喷雾等污染物料和模具型腔。对于开放式加料口，需加装空气过滤装置。输送管道、储存容器需为不锈钢材质并内壁光滑，防止积料和滋生污染。
针对高敏感应用的超净要求：对于医疗器械（尤其是植入级）和半导体组件，洁净度要求提升至洁净室（Cleanroom）级别（如ISO Class 7或更高）。这涉及原料的真空密封包装、在洁净环境下拆包和投料、使用专用的超洁净干燥和输送系统，并对生产环境进行颗粒物和微生物的持续监控。模具的清洁与保养程序也需相应升级，使用专用工具和无残留清洗剂。
第二部分：注塑成型核心工艺参数的协同优化
2.1 温度体系的精准构建：建立热力学与动力学的平衡
PEEK的加工温度体系是其工艺核心，其设定不仅关乎熔体流动，更直接决定了材料的热历史、结晶动力学及最终制品的微观结构与宏观性能。构建此体系必须遵循“精确、稳定、协同”的原则。
熔融温度（料筒温度）的科学设定与精准控制：
熔融温度范围的设定（通常360℃至400℃）是实现PEEK充分塑化与避免热降解这对矛盾统一体的关键。其内在逻辑是：温度必须高于其结晶熔融峰（通常约343℃）足够幅度，以确保晶体完全熔融，消除未熔晶核，避免其成为后续冷却过程中的异相成核点，导致结晶不均匀。但温度上限受限于材料的热稳定性阈值，过高的温度或过长的停留时间会引发热氧降解。
降解是一个复杂的化学过程，初期可能因分子链无规断裂导致熔体粘度短暂下降，但随后发生的交联、支化反应会迅速使粘度回升并产生凝胶颗粒，宏观表现为熔体流动不稳定、制品出现黑点、颜色加深（由浅黄至棕褐），并伴随力学性能（尤其是冲击韧性和延伸率）的灾难性下降。因此，“在满足充分塑化的前提下，采用允许的最低温度” 是黄金准则。这要求：
梯度升温策略：从加料口至喷嘴，应设置合理的温度梯度。加料段温度宜设定在300-320℃，略高于材料的玻璃化转变温度（~143℃）但远低于其熔点，主要作用是预热固体床、提高输送效率并防止“架桥”。过渡段（压缩段）温度应迅速提升至接近或达到目标熔体温度，确保物料在此阶段完成压缩、排气和大部分熔融。均化段（计量段）温度应精确稳定在目标熔体温度，完成最终均化、压实并维持温度一致性。
测量与控制的可靠性：热电偶的精度、响应速度及安装位置至关重要。料筒加热圈的功率分布与温控系统的PID参数需优化，以减小各温区间的温度波动（建议控制在±2℃内），避免出现局部过热或冷料。对于高性能应用，应考虑在螺杆前端或喷嘴处增设熔体温度传感器进行实时监测。
模具温度：结晶行为的“总导演”：
模具温度是调控PEEK制品结晶度、晶体形态和尺寸稳定性的最强有力杠杆。PEEK的结晶过程强烈依赖于冷却速率。模具温度实质上是设定了熔体开始结晶的初始环境温度。
高模具温度（180-200℃）：提供了一个接近其最佳结晶温度（约~230℃）的缓慢冷却环境。这使得分子链有充足的时间和能量进行重排，形成更完善、尺寸更大的球晶结构，从而获得高结晶度。高结晶度直接转化为更高的热变形温度（HDT）、更优异的长期耐热老化性能、更好的耐化学药品性以及更小的后收缩（因为大部分结晶已在模内完成）。然而，高模温必然延长冷却时间，降低生产效率，并可能因冷却不均加剧热应力。
低模具温度（160-170℃）：导致熔体快速冷却通过结晶温度区域，分子链运动被迅速冻结，结晶过程被抑制，从而得到低结晶度或富含非晶区的结构。虽然这缩短了成型周期，但制品的耐热性、刚度及部分化学稳定性会相应降低。更关键的是，这种亚稳态的非晶或微晶结构在后续受热（如退火、高温使用环境）时，会发生“后结晶”，伴随着明显的体积收缩和尺寸变化，极易导致制品翘曲、尺寸超差或装配应力。
均匀性是另一生命线：模具温度不均（通常因冷却水道设计不合理、堵塞或流量不均导致）是制品翘曲、变形和内应力集中的首要原因。它会在制品内部产生从高结晶区到低结晶区的梯度，从而引发不均匀的收缩应力。因此，模具设计时必须进行冷却分析（Mold Cooling Analysis），确保型腔表面温度均匀（通常要求温差≤ 10℃），这对大型、扁平或结构不对称的制品尤为重要。
2.2 压力与速度的动力学平衡：驾驭高粘熔体的艺术
PEEK的高熔体粘度使其充填过程需要更高的能量输入，注射压力与速度的设定本质上是将机械能转化为熔体动能与内能（剪切生热），并克服流动阻力的动力学过程。
注射压力与保压压力的协同作用：
注射压力：主要作用是克服从喷嘴到模腔末端的全程流动阻力，确保熔体在粘度急剧升高（因冷却）前完成充填。其设定值（80-150 MPa）需基于流道长度、制品壁厚、浇口尺寸及材料熔体粘度综合确定。充填末端压力是比设定压力更关键的监控参数，它直接反映了实际充填难度。
保压压力与时间：这是决定制品致密度、尺寸精度和表面质量的核心阶段。保压的核心任务是补偿因相变（熔体→固体）和热收缩导致的体积亏损。保压压力通常为峰值注射压力的50%-80%，但关键在于保压曲线与时间的优化。应采用多级保压或衰减保压曲线，在浇口封冻前维持足够的压力以抵消收缩。保压时间不足会导致缩痕、空洞和尺寸偏小；过长则可能造成过度充填、内应力高及脱模困难。浇口封冻时间是保压时间设定的理论依据，可通过实验或模流分析确定。
注射速度的多维影响与优化策略：
注射速度的设定是一门平衡艺术：
积极作用：高速注射能减少熔体前峰的热量损失，维持较低的粘度，有利于薄壁填充；高剪切速率产生的粘性生热可局部提升熔体温度，改善流动性；缩短充填时间，减少整体热历史。
潜在风险：速度过高易在浇口处产生喷射（Jetting），导致蛇形流、折叠纹和内部缺陷；可能使模腔内气体来不及排出，造成困气烧焦；对于纤维增强PEEK，过高的剪切会破坏纤维长度，并加剧纤维的取向，导致制品各向异性显著增强。
优化方法：普遍采用多级注射速度剖面。例如：起始阶段采用中低速以平稳推动熔体通过浇口，防止喷射；主充填阶段采用高速，以快速充满型腔主体；在充填末端（约90-95%）切换至低速，以利于排气、减少冲击并平稳压实。此策略需结合模流分析进行预判与调试。
2.3 螺杆动作与塑化参数的精细化调节
塑化过程的质量直接决定了注入模腔熔体的均一性、温度一致性和纯净度，是稳定生产的基础。
背压的双刃剑效应：背压通过增加螺杆后退阻力，对熔体产生压缩和剪切作用。适中的背压（5-20 bar，或0.5-2.0 MPa）能压实螺槽中的熔体，排出卷入的气体和低分子挥发物，促进颜料或添加剂的分散，提升熔体密度和均匀性。然而，过高的背压会显著增加螺杆的剪切功，转化为过多的剪切热，导致熔体实际温度高于设定温度，增加热降解风险，同时降低塑化效率。建议从低背压开始，在确保熔体均一、射胶量稳定的前提下，采用最低的必要背压值。
螺杆转速与冷却时间的匹配：螺杆转速影响剪切速率和塑化时间。对于PEEK，推荐采用中低转速（例如，表面线速度控制在0.2-0.4 m/s范围）。高转速产生的高剪切热难以控制，且可能对纤维造成过度损伤（针对增强材料）。核心原则是：塑化时间（由转速和计量行程决定）应略短于或等于模具冷却时间。这样可以避免熔体在料筒前端静止等待，防止因停留时间过长而发生降解。现代化的注塑机应具备“螺杆转速-背压”的联动或比例控制功能，以实现更平稳的塑化。
计量稳定性与缓冲量控制：稳定的计量行程是获得恒定注射体积的前提。缓冲垫（Cushion） 是保压阶段压力有效传递至模腔的保证。一个适当且稳定的缓冲垫（通常3-8mm）能吸收螺杆位置的微小波动，确保每次保压动作的一致性。缓冲垫过小或为零，可能导致保压失效，出现缩痕；缓冲垫过大，则意味着每次塑化量过多，熔体停留时间差异增大，可能引起降解。需通过工艺验证，确定并锁定最优的缓冲垫设定值。
第三部分：模具工程的系统化设计考量
模具不仅是赋予PEEK制品最终形状的“母体”，更是调控其微观结构、内在质量和生产效率的核心载体。针对PEEK的特性，模具设计必须超越常规塑料模具的范式，采用系统化、前瞻性的工程思维，应对高温、高压、高粘度带来的多重挑战。
3.1 模具材料与结构刚性的战略选择
PEEK模具的运行环境恶劣，其选材与结构设计需以“长效服役、精准稳定”为目标。
材料选择的科学依据：模具钢材需满足三大核心性能：高温硬度（红硬性）、高热传导率、优异的抗热疲劳与耐腐蚀性。
预硬型模具钢（如1.2738/ P20+Ni类）：出厂硬度可达HRC 30-40，具有良好的加工性和适中的热导率，适用于生产批量不大、结构相对简单的PEEK制品原型或小批量生产模具。
热作模具钢（如H13 / 1.2344）：这是PEEK注塑模具的主流和推荐选择。其经热处理后硬度可达HRC 48-52，在高温下能保持高强度和高耐磨性，抗热疲劳裂纹扩展能力突出，非常适合PEEK长期的高温高压循环冲击。
高性能特种钢材与硬质合金：对于浇口、型芯、滑块等高磨损、高热冲击的关键部位，或生产超大批量、高精度制品的模具，应考虑使用粉末冶金高速钢（如ASP系列）或硬质合金镶件。这些材料具有极高的硬度、耐磨性和热稳定性，能显著提升模具寿命和尺寸保持精度。
结构刚性与抗变形设计：PEEK的高注射压力（常超过100MPa）要求模具具备极高的整体刚性。设计时需：
增加模板厚度：相较于普通模具，适当增加动、定模板及支撑板的厚度，以减小在锁模和注射压力下的弹性弯曲变形。
强化支撑与导向：合理布置支撑柱（方铁），确保其有效承托面积；采用大型号、高精度的导柱导套，并考虑增设锥面定位或边锁，以抵抗巨大的侧向力，保证合模精度，防止因微量错位导致的飞边和磨损。
有限元分析（FEA）的应用：对于大型或复杂模具，应在设计阶段运用FEA进行刚性与变形模拟，预测在最大注射压力下模板的变形量，从而优化模板厚度、支撑布局，确保变形量在允许范围内（通常要求型腔变形远小于制品公差）。
3.2 流道与浇口设计：实现熔体高效平稳传输
流道与浇口是连接注塑机与型腔的“咽喉要道”，其设计优劣直接决定充填效率、压力损失和制品内在质量。
流道系统的优化：
冷流道：必须采用全圆形截面，因其比表面积最小，热量损失和压力降最低。尺寸需足够“粗壮”，直径通常不小于6mm，对于大制品或长流道需更大。所有转角必须平滑过渡，避免死角。对于多型腔模具，必须采用几何平衡布局，并可通过调整流道分支的直径来辅助实现动态平衡，确保各型腔同时、等压、等温充填。
热流道系统：对于PEEK加工，高性能热流道系统是提升质量、降低成本的优选方案。它避免了冷流道的凝料废料和二次剪切加热。系统必须专为高温设计：
加热与温控：采用分区独立闭环控制，控温精度需在±1℃内，发热元件和热电偶需耐高温且稳定。
流道板与喷嘴材料：须使用钛合金、特种高温不锈钢等高强度、低热膨胀材料。
热膨胀补偿与密封：必须有精密的膨胀补偿机构，并使用高温、长寿命的密封圈（如PEEK材质密封圈）或采用特殊的平面密封/力封结构，防止熔料泄漏（漏涎）。
阀针式浇口（VGM）：强烈推荐用于外观要求高或需精确控制保压的场合。它能实现无浇口痕迹或微小痕迹，并能通过延迟关闭阀针来优化保压效果，尤其适用于纤维增强材料以减少纤维取向导致的翘曲。
浇口的精密设计：
浇口是熔体进入型腔的最后一道“关卡”，其设计需与PEEK的高粘度特性相匹配。
尺寸原则：“宁大勿小”。较大的浇口截面积能显著降低流动阻力、剪切速率和剪切热，减少分子链或纤维的过度取向，并延缓浇口冻结，有利于保压传递。这通常意味着浇口厚度/直径要比加工通用塑料时大20%-50%。
位置策略：应遵循从厚壁至薄壁的填充顺序，以利于保压补缩和减少熔接痕。浇口应尽量设置在制品非关键外观面和非主要受力区域。对于长条形或平板状制品，采用多个浇口或扇形浇口以缩短流动长度、降低取向和内应力。
类型选择：除上述热嘴针阀式浇口外，潜伏式浇口可实现自动剪断，是自动化生产的常用选择，但需注意其角度和尺寸设计，防止PEEK高刚性导致的剪切不畅或堵塞。直接浇口压力损失最小，但去除后痕迹大，多用于大型厚壁制品。
3.3 冷却系统设计：缔造均匀热环境的核心
冷却系统决定了模具的热场分布，是控制PEEK结晶行为、生产周期和制品尺寸精度的决定性因素之一。
设计原则的深化：
“快”：意味着高热交换效率。需计算冷却水流量与管道直径，确保水流处于湍流状态（雷诺数Re > 4000），以最大化传热系数。建议使用大流量、高扬程的模温机。
“匀”：是质量的生命线。冷却水路布局必须使型腔、型芯表面的温度场尽可能均匀。对于不对称的制品，应在厚壁区域或热量集中区域（如靠近浇口处）加密水路或采用挡水板、喷流管、螺旋式水路等强化冷却方式。随形冷却（Conformal Cooling） 技术，通过3D打印制造出与型腔曲面保持恒定距离的复杂冷却通道，是解决深腔、异形件冷却均匀性的革命性方案。
“近”：管道中心距型腔表面的距离（H）与管道直径（D）的比值（H/D）通常控制在1.5-3.0。距离太近可能导致型腔表面冷却过快、温差大；太远则冷却效率低下。
温度控制策略：对于PEEK，采用独立的、高精度的模温机分别控制动模和定模是标准做法。有时甚至需要对型芯和型腔的不同区域进行分区控温，以主动调节收缩、补偿翘曲趋势。水温设定应精确稳定，波动范围建议在±1℃内。
3.4 排气系统的精细化设计：排除隐患，保障纯净
PEEK加工中的排气关乎制品外观完整性和内部致密性。
排气机制与位置：排气不仅排出空气，还包括可能的水汽、低分子挥发物。排气槽应设置在熔体流动的末端、两股熔体交汇处（熔接痕区域）、以及型腔中可能困气的死角。分型面是主要的排气区域。
排气槽参数：深度是关键，通常为0.015-0.025 mm。这个深度需确保气体能顺利通过，但熔体在表面张力和快速冻结作用下不会溢出（PEEK的高粘度对此有利）。宽度可适当增加以降低气流阻力。排气槽长度宜短（一般4-6mm），之后应开放至大气或引至集气槽。
辅助排气技术：在无法开设常规排气槽的深腔底部或狭窄区域，可采用：
排气销/排气片：在其周边做极浅的配合间隙进行排气。
多孔烧结金属（透气钢）：将其嵌入型腔特定位置，利用其微观孔隙排气。选用时需注意其强度、可加工性及防止熔料渗入孔隙的措施。
3.5 收缩与公差控制的预测性工程
PEEK制品的尺寸精度是材料特性、工艺条件与模具设计共同作用的结果，必须在设计之初就进行系统性预测与控制。
收缩的本质与预测：PEEK的成型收缩由热收缩（冷却） 和结晶收缩（相变） 两部分组成。纤维增强牌号因纤维限制了基体收缩，且在流动方向上限制作用更强，导致显著的各向异性收缩。
模具型腔的补偿设计：绝不能简单地使用一个统一的收缩率。必须：
依据材料供应商提供的纵向/横向收缩率范围数据。
运用模流分析（Mold Flow Analysis）软件进行模拟。先进的软件可以考虑流动取向、纤维取向、冷却不均等因素，相对准确地预测制品各区域在脱模后及稳定后的收缩变形（翘曲）趋势。
基于模拟结果和工程经验，对模具型腔和型芯尺寸进行非等比、方向性的缩放补偿。例如，对于30%碳纤维增强PEEK的矩形件，长边（通常为流动方向）的补偿率可能仅为0.2%，而短边（横向）的补偿率可能需设为0.8%。
制品与模具的协同设计：在产品设计阶段，就应与模具工程师协同，优化制品结构，如：增加加强筋以提高刚性、减少壁厚差异、采用大的圆角过渡以减少应力集中和流动阻力、避免可能导致严重取向和收缩不均的长流道薄壁结构。通过DFM（面向制造的设计）分析，从源头上降低成型难度和尺寸失控风险。
第四部分：后处理工艺与质量表征
注塑成型的完成并不意味着PEEK制品性能的终结。相反，恰当的后处理是解锁其全部潜能、满足严苛应用要求的关键步骤。同时，科学全面的质量表征体系是验证工艺、确保可靠性的最终屏障。
4.1 退火处理：从“成型态”到“服役态”的性能跃迁
退火对于PEEK而言，并非简单的“热处理”，而是一个受控的固态相变与应力松弛过程，旨在将非平衡的“成型态”结构转化为稳定、均一的“服役态”结构，其重要性不亚于注塑过程本身。
退火的科学机理与多重目标：
促进后结晶，优化结晶形态：在常规（尤其是低模温）成型条件下，PEEK的结晶过程往往被快速冷却中断，制品内部存在大量处于亚稳态的非晶区或微晶区。退火在玻璃化转变温度（Tg）以上、熔点（Tm）以下的温度区间（通常180-240℃）进行，为分子链提供了足够的活动能量和时间，使其能重排进入晶格，提高整体结晶度（Xc）。更关键的是，它能促使形成更完善、更稳定的晶体，优化晶粒尺寸分布，从而显著提升制品的热变形温度、长期耐热老化性、耐化学溶剂性和抗蠕变性能。
彻底消除内应力：成型过程中冻结的取向应力（源于分子链/纤维在流动方向上的拉伸取向）和热应力（源于不均匀冷却导致的收缩差异）是制品尺寸不稳定、易发生应力开裂或在高温环境下变形的根源。退火过程中的分子链松弛能有效释放这些内应力，带来更高的尺寸稳定性与形状保持能力。
稳定尺寸，消除后收缩：未退火的制品在后续高温使用中会发生不可预测的“后结晶”收缩。退火通过主动、受控地完成这一过程，预先释放了后收缩量，使得制品在最终使用温度下的尺寸变化极小，这对于精密装配件至关重要。
退火工艺的精细化控制：
温度设定：通常设定在比预期最高使用温度高10-20℃，但至少低于Tm 30℃ 的温度。例如，对于长期在200℃下工作的部件，退火温度可选220-230℃。温度越高，结晶和应力松弛越快，但需警惕过高温度导致晶粒过度生长或表面氧化。
时间确定：保温时间与制品最厚截面处的厚度平方成正比。经验法则为每毫米厚度需30-60分钟，但对于厚壁或复杂结构件，需通过DSC监测结晶度变化来确定。保温时间必须充足，以确保热量均匀渗透至整个截面并完成相变。
冷却规程：缓慢、可控的冷却是退火工艺不可或缺的一环。理想的冷却方式是在程序控制下随炉冷却，或至少将制品包裹在隔热材料中缓冷至室温。快速冷却会重新引入热应力，使退火效果大打折扣。
环境与夹具：为防止高温氧化变色，退火应在惰性气体（如氮气）保护的烘箱中进行。对于易变形的薄壁或复杂结构件，需设计专用的定型夹具（工装），在退火过程中约束其形状，确保尺寸精度。
4.2 精密机械加工：对注塑极限的补充与超越
尽管注塑能实现复杂的几何形状，但对于微米级公差、超光滑表面（Ra < 0.2 μm）、真圆度极高的孔、或与金属件的精密配合面，往往需要后续的机械加工。
PEEK的机加工特性：PEEK兼具塑料的韧性（易粘刀）和部分陶瓷的耐磨性（对刀具磨损），其加工是“以柔克刚”的艺术。关键在于防止材料过热至其玻璃化转变温度（143℃）以上，否则材料会变软、熔融，导致毛边、粘刀、尺寸失控和表面恶化。
加工技术要点：
刀具：首选锋利、抛光前角的硬质合金（如K/UF系列）刀具。对于高耐磨填充牌号（如碳纤维增强），或追求超长刀具寿命和极致表面质量时，应使用聚晶金刚石（PCD）或单晶金刚石刀具。
切削参数：遵循 “高转速、小吃深、大进给、连续切削” 的原则。高线速度减少每齿切削力，降低局部发热；小吃深减小切削热和变形；大进给避免刀具在已加工表面摩擦生热；连续切削（如车削）比断续切削（如铣削方角）更利于排热和稳定。具体参数需根据材料牌号和刀具类型试验优化。
冷却与排屑：充分有效的冷却至关重要。推荐使用压缩空气或水溶性冷却液进行喷射冷却。使用冷却液时，必须验证其与PEEK的化学相容性，避免引起应力开裂。同时，必须确保切屑被快速、彻底地排出，防止其缠绕工件或刀具，二次加热已加工表面。
4.3 质量表征：从表观到本质的多维度验证体系
对于高性能PEEK部件，质量检验必须超越“能装上”的初级标准，建立一套从宏观到微观、从性能到可靠性的立体化表征体系。
几何与外观检验：
尺寸与形位公差：使用三坐标测量机（CMM）、激光扫描仪、光学投影仪等高精度设备进行全尺寸检测，特别关注关键配合尺寸和形位公差。
表面质量：检查有无飞边、缩痕、气孔、流纹、黑点、烧焦等注塑缺陷。对于外观件，需量化表面粗糙度（Ra, Rz）。
材料与结构性能验证：
热分析（DSC）：这是评估材料状态的“指纹”。通过DSC曲线，可以精确测定玻璃化转变温度（Tg）、熔点（Tm）、结晶温度（Tc），并计算出结晶度（Xc）。对比退火前后的DSC曲线，可以直观验证退火效果。此外，热重分析（TGA）可用于评估热稳定性（起始分解温度Td）和填料含量。
力学性能测试：根据应用标准（如ISO， ASTM）进行测试，包括但不限于：拉伸强度/模量/断裂伸长率、弯曲强度/模量、简支梁/悬臂梁冲击强度、压缩性能等。对于长期可靠性，可能需要进行蠕变测试或疲劳测试。
微观结构分析：利用偏光显微镜（POM） 或扫描电子显微镜（SEM） 观察断面，可以分析结晶形态（球晶尺寸与分布）、纤维取向与分布、界面结合情况以及内部缺陷（如孔隙、裂纹）的形貌与尺寸。
功能与可靠性专项测试：
无损检测（NDT）：对于安全性要求极高的部件（如航空、医疗植入物），必须采用超声波C扫描、工业CT（X射线计算机断层扫描） 等技术，对制品内部进行100%检测，以发现毫米级甚至更小的孔隙、夹杂、分层或裂纹。
化学稳定性测试：将制品浸泡在指定的化学介质中特定时间后，检测其重量变化、尺寸变化、外观变化及力学性能保留率。
生物相容性测试：对于医疗器械，需依据ISO 10993系列标准，进行细胞毒性、致敏性、刺激或皮内反应、全身急性毒性等全套或部分测试。
长期老化测试：在模拟或加速的实际使用环境（如高温、湿热、紫外、辐照）下进行长期放置，定期检测性能衰减，评估其使用寿命。
结论：迈向卓越制造的体系化工程
聚醚醚酮（PEEK）的注塑成型，本质上是一场对材料极限性能的精密萃取与重塑过程。它绝非单一工序的简单叠加，而是一个贯穿“分子-熔体-制品-性能”全链条的体系化工程。本文所详述的从材料预处理、核心工艺参数协同、模具系统设计到后处理与表征的每一个环节，都如同一枚精密齿轮，相互啮合，共同驱动着最终制品质量与可靠性的提升。
成功驾驭PEEK加工的核心，在于深刻认知并掌控其内在的矛盾统一体：既要利用高温实现充分塑化与结晶，又须严防热降解；既需高压高速克服高粘度以完成填充，又须避免过度剪切与内应力；既追求高模温以获得最佳性能，又须平衡生产效率与能耗。解决这些矛盾，不能依赖经验主义的试错，而必须建立于科学的原理认知、数据驱动的工艺开发与前瞻性的系统设计之上。
展望未来，PEEK的应用疆域正随着加工技术的创新而不断拓展。微纳注塑技术使其能够制造出用于微流体、生物芯片的精密微观结构；共注塑（嵌件成型） 技术实现了PEEK与金属、其他塑料的完美结合，创造出功能集成的复合部件；增材制造（3D打印） 则为小批量、超复杂几何的PEEK零件制造提供了补充路径。然而，万变不离其宗，这些先进工艺的底层逻辑与质量控制要点，依然根植于对PEEK材料特性、流变行为、结晶动力学以及界面科学的深刻理解。唯有掌握了本文所阐述的系统化知识体系，才能在这些新领域游刃有余，实现从“可加工”到“优加工”的跨越。
中山厚德快速模具有限公司，作为深耕于注塑成型与快速模具制造领域的专业服务商，我们深谙高性能材料如PEEK的加工挑战与价值所在。我们不仅提供精密、耐用的模具，更致力于将上述体系化的工程思维融入从模具设计、工艺开发到量产支持的全流程服务中。我们凭借丰富的实践经验，协助客户将卓越的材料潜能，转化为稳定、可靠、具有竞争力的终端产品，共同推动创新，应对高端制造领域的严峻挑战。
无论是新项目的可行性探讨、工艺瓶颈的突破，还是对模具与成型服务的具体需求，我们都诚挚地期待与您沟通。让我们携手，将创新的设计转化为稳定卓越的现实产品。
欢迎随时联系我们，开启合作之旅。
