碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的研究及应用

随着新材料和成型工艺的不断发展,现代装备制造领域正朝着高强度、轻量化方向迈进。碳纤维增强聚醚醚酮[CarbonFiber/Poly(Ether-Ether-Ketone),CF/PEEK]复合材料,因其绝缘性好、耐腐蚀性强、力学性能优异的特点,在航空、医用等领域备受关注,促使其制备工艺及性能研究取得了飞速发展。文章主要阐述近年来CF/PEEK复合材料的研究进展,并总结其在航空领域中的应用。

碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料摩擦磨损性能及抗摩擦静电特性研究

利用真空热压烧结技术制备了不同碳纤含量的碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料,采用热导率分析仪和热重测试仪对材料的热学性能进行表征,并利用多功能摩擦磨损试验机、三维形貌轮廓仪、扫描电子显微镜和摩擦静电计对材料的摩擦磨损性能和抗摩擦静电性能进行分析。分析结果表明:随着CF添加量的增加,复合材料摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压先降低后升高,当CF添加量(质量分数)为20%时,摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压达到最低,分别为0.247、5.6×10^(-6)mm/(N·m)和3.3 V,证明此种方法制备的20%CF/PEEK材料具有优异的摩擦磨损性能和抗静电性能。CF/PEEK复合材料磨损机理以黏着磨损为主,并且伴随着轻微的磨粒磨损。

碳纤维-聚醚醚酮改性促进材料成骨活性和抗菌性能的研究进展

碳纤维-聚醚醚酮(carbon fiber-polyetheretherketone,CF-PEEK)因生物安全性、射线可穿透性、与皮质骨弹性模量的高匹配度等诸多优异性能,而被认为是骨科及牙科领域极具潜力的植入材料。如何增强CF-PEEK的生物活性和抗菌性,提高其与骨组织的结合能力,是CF-PEEK表面改性中的研究热问题。本文就碳纤维-聚醚醚酮改性促进材料成骨活性和抗菌性能的研究进展及应用前景进行综述。

3D打印连续碳纤维/聚醚酮酮复合材料工艺及其性能调控

以高热性能热塑性树脂−聚醚酮酮(PEKK)为基体与连续碳纤维(CCF)进行原位浸渍3D打印,制备连续碳纤维/聚醚酮酮复合材料(CCF/PEKK),并系统研究了3D打印工艺参数中分层厚度、流量比、打印温度及成型方向对复合材料内部结构、基体结晶、表面质量及力学性能等方面的影响。通过扫描电子显微镜观察3D打印CCF/PEKK的微观结构,采用X射线衍射分析复合材料中基体的结晶性能,使用超景深显微镜观察分析3D打印CCF/PEKK的表面形貌,同时对复合材料进行弯曲性能和层间剪切性能测试。结果显示:当分层厚度为0.2 mm、流量比为85%、打印温度为395℃,并使用水平成型方向时,3D打印CCF/PEKK复合材料的综合性能最优,其中弯曲强度达302.0 MPa,层间剪切强度达24.1 MPa。CCF/PEKK的弯曲强度较3D打印纯PEKK提升194%,层间剪切强度较工艺调控前提升113%。表明在未使用任何附加优化手段的情况下,3D打印CCF/PEKK具备制造复杂结构工程零部件的潜力。

静电纺丝PPESK纤维毡层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料

随着航空航天产业的蓬勃发展,我国对高性能碳纤维复合材料的需求日益增长。杂萘联苯聚醚砜酮[Poly(Phthalazine Ether Sulfone Ketone),PPESK]得益于良好的环氧相容性、可加工性和机械性能,具有在碳纤维/环氧树脂复合材料层间增韧方面的良好应用前景。本研究借助静电纺丝技术,实现了PPESK超细纤维毡的稳定制备,并通过层间铺贴、热压,实现了PPESK与T800级碳纤维/高温环氧树脂预浸料的复合。在预浸料层间添加17 g/m2 PPESK超细纤维毡,其复合材料冲击后压缩强度可达391 MPa,表明PPESK对T800级碳纤维复合材料的层间增韧效果较明显。静电纺丝PPESK纤维在碳纤维复合材料增韧领域具有巨大应用潜力。

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备与性能

通过高温模压方法,制备了碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料。采用差示扫描量热、热失重、弯曲测试、拉伸测试、扫描电子显微镜等分析方法对制品热学性能和力学性能进行了分析。分析结果表明,制备CF/PEEK复合材料的最佳工艺参数为:成型温度380℃~390℃,停留时间30 min,保温保压30 min、2 MPa^3 MPa,后期保压压力4 MPa^5MPa,保压时间3 h。复合材料制品弯曲强度达到1783 MPa,分解温度达578℃,表明其具有优良的力学性能和热稳定性。

聚醚砜酮树脂基碳纤维复合材料的性能研究

以含二氮杂萘联苯型聚醚砜酮 (PPESK)树脂为基体 ,填加短碳纤维 (CF)用溶液共混共沉淀、热压模塑方法研制出PPESK基碳纤维复合材料 ,研究了CF处理方法 ,CF含量 ,等离子体处理材料表面及摩擦条件 (如线速度 )对材料的摩擦磨损性能的影响 ,利用KYKY10 0B扫描电镜观察材料磨损表面 ,分析了PPESK树脂及其复合材料的磨损机理。摩擦磨损实验结果表明PPESK/CF与纯树脂相比 ,摩擦系数减小 1倍 ,磨损率下降 2个数量级。纯树脂的磨损机理主要是刨削磨损和粘着磨损 ,而复合材料的磨损特性主要表现为粘着磨损。且具有优异的耐热性能 。

碳纤维/聚醚醚酮复合材料界面的强相互作用

利用X光电子能谱和Raman光谱研究了碳纤维／聚醚醚酮复合材料的界面结构，揭示了纤维和聚合物间存在着强相互作用；对树脂涂覆碳纤维结构的研究表明，聚合物的熔融促进这种强相互作用的形成，该作用涉及醚醚酮链段向共面构象的转变对复合材料界面的Raman散射分析证明。

基于氧化石墨烯修饰活化碳纤维的聚醚醚酮基复合材料

碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料是重要的航空热塑性复合材料,其弱点是碳纤维(CF)与基体界面结合性差,导致层间剪切强度(ILSS)较低。文中将氧化石墨烯/聚醚酮酮(GO/PEKK)混合上浆剂涂覆于活化CF表面,制备了纤维-基体界面修饰的具有高ILSS的CF/PEEK复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱和热重分析分别对表面修饰剂及其改性CF的微观形貌与结构进行表征,采用静力学测试、动态力学分析和SEM等对复合材料断裂行为进行评价与分析。结果表明,当GO质量分数不超过0.5%时,在PEKK中分散良好;由于界面修饰剂的氢键作用,CF/PEEK复合材料的弯曲强度、模量和ILSS均大幅提高,断裂形式从纤维-基体脱粘转变为基体变形及断裂,表明基体与增强体的相互作用增强。

短碳纤维增强注塑聚醚醚酮复合材料微观结构与力学性能研究

实验结果表明 :短碳纤维增强注塑聚醚醚酮 (CF/ PEEK)注塑板材中存在“皮 -芯”次层微结构 ,用金相显微镜可以表征 CF取向度不同的皮层和芯层的厚度 ,整板材料的力学性能可以根据皮层及芯层的厚度及其强度按“混合规则”计算。 DSC法及热烘箱法研究表明 ,碳纤维取向结构和

用Raman光谱研究碳纤维/聚醚醚酮复合材料的界面结构

用Ｒａｍａｎ光谱研究碳纤维／聚醚醚酮复合材料的界面结构李铁骑章明秋曾汉民（中山大学材料科学研究所聚合物复合材料及功能材料国家教委开放研究实验室广州５１０２７５）关键词界面结构，Ｒａｍａｎ光谱，碳纤维／聚醚醚酮复合材料随着近年来热塑性聚合物的加工...

聚醚醚酮(PEEK)及其碳纤维复合材料的热分解动力学研究

一、前言聚醚醚酮(PEEK)树脂是一种新型高性能热塑性聚合物。PEEK的链结构为由于它的主链上主要由苯环组成,因而PEEK树脂具有优异的耐热性,能在200℃下长期使用。此外,PEEK树脂还具有优异的力学性能、抗化学溶剂侵蚀性能和抗高能辐射性能等。因而PEEK树脂可望取代热固性树脂作为高性能复合材料的基体材料。如英国帝国化学工业(ICI)公司发展的芳香聚合物复合材料(APC)就是以PEEK为基体的高性能连续碳纤维复合材料。

热历史对聚醚醚酮及其碳纤维复合材料——Ⅱ.熔融行为的影响

本文利用差示扫描量热仪(DSC)研究了聚醚醚酮(PEEK)和以PEEK为基体的碳纤维复合材料(APC-2)的热历史对它们熔融行为的影响。在200—315℃结晶并退火热处理后,试样的DSC曲线上出现了两个吸热峰。低温吸热峰(峰温T′_m)较小,并与结晶和退火温度(T_c)有关;高温吸热峰(峰温T_m)较大,几乎不受T_n的影响。T′_m的出现与在不同T_c下生成的不完整晶体的熔融和重结晶过程有关,而T_m的出现则与完整晶体的熔融过程有关。实验结果表明,T′_m与T_c之间呈线性关系。按文献报道的方法,将T′_m与T_c的直线外推至与T′_m=T_c直线相交,其交点温度即为平衡熔点.结果表明,PEEK和APC-2试样的“平衡熔点”受不同热历史条件下生成晶体的完整程度的影响。当结晶并退火时间越长,求出的“平衡熔点”值越低,并与理论值接近。实验结果还表明,碳纤维表面具有促进PEEK树脂基体晶体完整化的作用,因而导致APC-2试样中PEEK树脂基体的熔点高于纯PEEK树脂。

聚醚醚酮/碳纤维复合材料的界面结构以及结晶形态的研究

本文采用扫描电子显微镜观察经氩等离子刻蚀后PEEK/碳纤维复合材料的界面层结构和PEEK树脂的结晶形态。无论是从熔体还是从橡胶体结晶,PEEK树脂的结晶都是从碳纤维表面诱导开始,最后形成横穿晶体结构。在高碳纤维含量的复合材料中,PEEK的球晶尺寸主要由碳纤维之间的距离控制,受温度的影响较小。在PEEK/碳纤维复合材料的结晶过程中,第一片晶片在碳纤维表面取向生长方式为:晶体的ā轴(厚度方向)平行于维纤径 向。b轴(晶片生长方向)与纤维最小圆截面的切线重合,(?)轴(垂直晶片平面的方向)平行于纤维轴向。由于球晶成核过程是取向生长,因而生成的球晶也按一定的方式取向。

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料滑动摩擦转移膜的ESCA研究

碳纤维增强聚醚醚酮在滑动时形成的转移膜对其摩擦学性能有重要影响，本文对此转移膜进行了Ｘ射线光电子能谱化学分析（ＥＳＣＡ）。表明，与纯聚醚醚酮和聚醚醚酮＋聚四氟乙烯相比，碳纤维增强聚醚醚酮形成的转移膜最薄，连续性与均匀性最好，因此其摩擦学性能最好。转移膜的成份沿着其深度方向发生变化，表明此膜中石墨和聚四氟乙烯存在着优先转移。在这一研究的基础上，本文对滑动摩擦转移膜的形成提出粘着转移机制。

聚醚醚酮-羟基磷灰石-碳纤维复合材料的生物相容性研究

目的对聚醚醚酮(PEEK)-羟基磷灰石(HA)-碳纤维(CF)复合材料的生物相容性进行评价。方法应用注塑法制备不同质量分数的PEEK-HA-CF复合材料,选择70PEEK-20HA-10CF复合材料(PEEK、HA、CF质量分数分别为70%、20%、10%)为实验组,75PEEK-05HA-20CF复合材料(PEEK、HA、CF质量分数分别为75%、5%、20%)为阳性对照组,70PEEK-30CF(PEEK、CF质量分数分别为70%、30%)为阴性对照组。从新生SD大鼠颅盖骨提取原代成骨细胞,培养至第2代,用于实验。测定不同质量分数的PEEK-HA-CF复合材料的黏附性、增殖能力、细胞形态及相关碱性磷酸酶(ALP)、Ⅰ型胶原(COL-Ⅰ)、骨钙素(OCN)mRNA含量,评价复合材料的生物相容性。结果荧光显微镜下CF和HA均匀分布在PEEK中。与对照组相比,各组细胞黏附性差异无统计学意义(P> 0.05);实验组第5天、第7天光密度(OD)分别为1.88±0.08、2.83±0.15,阳性对照组第5天、第7天OD值为1.55±0.09、2.56±0.12,阴性对照组第3天、第5天OD值分别为1.47±0.03、2.46±0.06;实验组增殖力明显高于对照组(P <0.05)。ALP mRNA、COL-ⅠmRNA含量在第14天时达到高峰;在第5、7天时,实验组高于对照组(P <0.05),而两对照组间差异无统计学意义(P> 0.05);第14天时,实验组ALP mRNA、COL-ⅠmRNA含量高于对照组(P <0.05),且阳性对照组高于阴性对照组(P <0.05),而3组间OCN mRNA表达差异无统计学意义(P> 0.05)。扫描电子显微镜观察发现,细胞在复合材料上生长良好,并随着时间的延长,细胞在材料表面达到融合,形成矿化颗粒。结论 PEEK-HA-CF复合材料具有良好的生物相容性和生物活性。

聚醚醚酮水性上浆剂对碳纤维热塑性复合材料界面性能的影响

为了提高碳纤维(CFs)热塑性树脂基复合材料的界面性能,采用以相反转乳化法制备的聚醚醚酮(PEEK)水性上浆剂对CFs进行上浆处理,然后通过手糊热压的方式制备CFs/PEEK树脂热塑性复合材料,研究上浆剂乳液浓度与上浆剂的附着量对CFs及其热塑性复合材料界面性能的影响。结果表明:当PEEK上浆剂在水乳液中质量分数为2%时,乳液的表面张力具有最小值29.2 mN/m,PEEK上浆剂乳液具有最佳的表面润湿与铺展性能,PEEK上浆剂的最佳附着量为6 mg/g;采用此上浆工艺条件上浆后的CFs表面氧元素质量分数增加到19.51%,CFs复丝断裂强度较原厂上浆CFs提高了23.7%,制备的CFs/PEEK复合材料拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度比未上浆改性的分别提高了58.37%、37.01%和47.53%。与基体树脂同质的PEEK复合型水性上浆剂能明显改善CFs/PEEK复合材料的界面黏结性能,显著提高CFs/PEEK的整体力学性能。

碳纤维增强杂萘联苯聚醚砜酮复合材料的摩擦学性能

利用MRH-03型环-块摩擦磨损试验机研究不同碳纤维含量的聚醚砜酮(PPESK)基复合材料的摩擦磨损性能,讨论载荷、速度及润滑介质对质量分数10%碳纤维增强复合材料摩擦磨损性能的影响,并用SEM观察材料的断面形貌和磨损表面形貌。结果表明:适量碳纤维的加入可以明显提高材料的摩擦磨损性能,并使得复合材料干摩擦条件下的磨损机制由严重的磨粒磨损和黏着磨损转变为黏着磨损和轻微的磨粒磨损。以质量分数10%碳纤维增强的复合材料为例,随着载荷的增加复合材料在干摩擦条件下的摩擦因数降低,而磨损率先降低后增加,在高滑动速度下复合材料的摩擦因数降低而磨损率增加;而海水润滑介质的加入大大降低了材料的摩擦因数和磨损率,并使得复合材料的磨损机制由干摩擦条件下的黏着磨损和轻微的磨粒磨损转变为轻微的磨粒磨损。

表面处理对碳纤维/聚醚醚酮复合材料相容性及其力学性能的影响研究

通过KMnO_4、(NH_4)_2HPO_4和浓HNO_3对PAN基碳纤维(T300)进行表面改性,以聚醚醚酮(PEEK)为基体,制备碳纤维(CF)/聚醚醚酮复合材料。利用红外光谱和拉曼光谱对改性后的CF表面结构进行了研究。通过扫描电镜观察了CF和PEEK之间的界面粘结情况,用拉伸实验机对复合材料进行力学测试。结果表明,KMnO_4、(NH_4)_2HPO_4和浓HNO_3处理后CF表面无序度和活性碳原子增多,提高了CF表面活性,其中浓HNO3处理后CF表面含无序度最大,表面活性更强,制备的CF/PEEK复合材料相容性及其力学性能最好。

聚醚醚酮及其碳纤维复合材料——恒温结晶动力学的研究

本文研究了聚醚醚酮(PEEK)和以PEEK树脂为基体的碳纤维复合材料(APC-2)在恒温条件下的结晶行为。采用差示扫描量热仪(DSC)测定从熔体和橡胶体结晶过程中热焓的变化。利用Avrami方程分析了PEEK和APC-2试样的恒温结晶动力学。PEEK从熔体和橡胶体结晶的活化能分别为532.1和531.7KJ/mol,Avrami指数的平均值分别为5.0和3.9;而APC-2则分别为444.2和432.5KJ/mol,3.5和2.3。这些实验结果表明,APC-2试样中碳纤维表面对PEEK树脂基体具有显著的成核作用,能降低其结晶活化能,因而导致PEEK树脂基体结晶速率加快和促进其结晶更加完整。