帶電粒子輻射聚醚醚酮力學(xué)行為及損傷機理研究.pdf

1、本文以1MeV高能電子、70keV和170keV低能質(zhì)子作為輻照源，對高能電子和低能質(zhì)子輻照聚醚醚酮（PEEK）的力學(xué)行為及損傷機理進行了研究。利用小角X射線散射（SAXS）和廣角X射線衍射（簡稱WAXD）技術(shù)，原位研究了拉伸過程中高能電子輻照PEEK的微觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律。采用掠入射小角X射線散射技術(shù)（GISAXS），對經(jīng)不同能量和注量質(zhì)子輻照后PEEK不同深度的微觀結(jié)構(gòu)進行了分析，并利用DSC、EPR、FTIR及XPS等材料分析方法，對

2、輻照前后PEEK的結(jié)晶度、自由基、基團及化學(xué)成分等進行了分析，揭示了PEEK帶電粒子輻射力學(xué)行為的基本規(guī)律及損傷機理。
　　試驗表明，高能電子輻照前后PEEK材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線均呈現(xiàn)出三個階段的特征。電子輻照后PEEK的拉伸強度略有降低，斷裂延伸率卻明顯降低。SAXS分析表明，電子輻照前后PEEK材料只有子午方向存在明顯的散射峰，這說明該材料呈現(xiàn)出明顯的取向性，且輻照未改變材料的取向性。電子輻照前后PEEK在拉伸過程中均未形

3、成新晶體。通過SAXS和WAXD分析表明，對于未輻照和低輻照注量樣品，拉伸變形第一階段，以非晶區(qū)域的變形為主；變形第二階段，以原始晶體的破碎為主；第三階段，先是晶體破碎占主導(dǎo)，然后為晶體的轉(zhuǎn)動為主。對于高注量輻照樣品，變形第三階段未出現(xiàn)晶體的轉(zhuǎn)動過程。電子輻照加速了拉伸過程中晶體的破碎，這是由于高能電子輻照誘導(dǎo)PEEK材料中醚鍵發(fā)生斷裂，并形成大量的交聯(lián)點，從而導(dǎo)致力學(xué)性能下降。
　　低能質(zhì)子輻照前后PEEK材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲

4、線均呈現(xiàn)相同的特征。低能質(zhì)子輻照未影響PEEK的拉伸強度，卻明顯降低了斷裂延伸率。GISAXS測試結(jié)果表明，低能質(zhì)子輻照前后PEEK樣品近表面微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。未輻照樣品近表面存在明顯的長周期和分層特征。隨著質(zhì)子輻照注量和能量增加， PEEK長周期和分層現(xiàn)象消失時所對應(yīng)的X射線入射角減小。EPR、FTIR及XPS分析表明，低能質(zhì)子輻照會使PEEK中的酮鍵和苯環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，從而導(dǎo)致材料近表面分子鏈的完整性被破壞，使得PEEK長周期和