在當(dāng)今社會(huì)，面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)和環(huán)境壓力，輕質(zhì)高強(qiáng)度材料的開發(fā)顯得尤為重要，它們是應(yīng)對(duì)多領(lǐng)域挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。聚合物基復(fù)合材料憑借其優(yōu)越的比強(qiáng)度優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，眾多的性能指標(biāo)上已超越傳統(tǒng)金屬和無機(jī)材料。聚醚醚酮(PEEK)，以其低密度、高強(qiáng)度、高耐磨和出色的熱穩(wěn)定性，成為高強(qiáng)度應(yīng)用領(lǐng)域的佼佼者，自1978年由英國帝國化學(xué)工業(yè)公司首次合成以來，PEEK已在航空航天、醫(yī)療等多個(gè)尖端領(lǐng)域大放異彩。其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，包含亞苯基環(huán)和氧橋及羰基鏈節(jié)，賦予了材料剛性與柔性的完美平衡，既保證了優(yōu)異的力學(xué)性能，又便于加工成型。
然而，PEEK的潛能遠(yuǎn)不止于此，尤其當(dāng)它與連續(xù)碳纖維結(jié)合后，性能提升至新的高度。連續(xù)碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料不僅在導(dǎo)熱系數(shù)上實(shí)現(xiàn)顯著飛躍，相較于純PEEK材料，增強(qiáng)后的導(dǎo)熱性能幾乎翻番，這得益于碳纖維對(duì)材料熱傳導(dǎo)效率的有效改善。
在強(qiáng)度表現(xiàn)上，連續(xù)碳纖維的加入更是讓PEEK如虎添翼。通過采用最新技術(shù)生產(chǎn)的CFPEEK單向帶，進(jìn)行0°/90°的鋪層設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)證明，這種復(fù)合材料即使在室溫下，拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均突破1000 MPa大關(guān)，在200℃及300℃高溫環(huán)境下，其性能依然強(qiáng)勁，拉伸強(qiáng)度分別保持在810±10 MPa以上，彎曲強(qiáng)度在521±12 MPa至290±18 MPa之間。尤為值得注意的是，在300℃高溫條件下，該材料比強(qiáng)度高達(dá)290 MPa/(g/cm³)，遠(yuǎn)超鎂或鋁合金的18-86 MPa/(g/cm³)，凸顯其在極端環(huán)境下的卓越承載能力。
耐磨損性也是連續(xù)碳纖維PEEK復(fù)合材料的一大亮點(diǎn)。在200℃時(shí)，無論是純PEEK還是增強(qiáng)型，磨損機(jī)制相似，但當(dāng)溫度升至更高，純PEEK磨損加劇，而CFPEEK復(fù)合材料卻展現(xiàn)出更低的磨損率，僅為(5.47-12.80×10⁻⁷mm³/Nm)，接近或優(yōu)于某些含潤滑劑材料。這種優(yōu)異耐磨性得益于90°碳纖維的高含量布局、纖維與基體間優(yōu)異的界面結(jié)合以及纖維和PEEK顆粒的自潤滑效應(yīng)，確保了復(fù)合材料在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性，這也是其備受航空航天領(lǐng)域青睞的重要原因。
對(duì)比短切碳纖維增強(qiáng)PEEK，連續(xù)碳纖維能夠更有效地提升材料力學(xué)性能，避免了短切纖維因隨機(jī)分布導(dǎo)致的拉伸強(qiáng)度提升受限。在國內(nèi)，雖然中研股份、吉大等企業(yè)在PEEK生產(chǎn)上有所建樹，但在連續(xù)碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料的規(guī)�；a(chǎn)方面，如智上新材料科技，采用熔融浸漬工藝，不僅實(shí)現(xiàn)了材料的連續(xù)生產(chǎn)，更在35%-45%PEEK樹脂含量范圍內(nèi)優(yōu)化了配方，確保了碳絲的均勻分布和良好的界面黏附性，滿足了高端市場需求，與國際品牌如索爾維、威格斯、贏創(chuàng)等的競爭中逐漸縮小差距。
連續(xù)碳纖維的加入，不僅拓寬了PEEK的應(yīng)用邊界，更是在性能上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，預(yù)示著材料科學(xué)在輕量化、高強(qiáng)度時(shí)代的又一重大進(jìn)步。
本文部分?jǐn)?shù)據(jù)引用：doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.115837
