聚醚醚酮具有良好的机械强度、优异的耐腐蚀性、耐高温性以及优异的抗蠕变性尺寸稳定性,是目前热塑性复合材料首选的基材。高性能的聚醚醚酮与超高强度、轻量化的连续碳纤维复合,可制造出高强度、高模量、低密度的超高性能的符合材料(CCF/PEEK)。由于其耐溶剂性,耐摩擦性和独特的生物相容性,因此在航空航天,汽车和医疗领域得到了广泛的应用。
1 结构
连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CCF/PEEK)的大量研究中的制备方法都是通过碳纤维单向带,通过预浸PEEK的方法来制作,制造商主要系统的研究了加工工艺对微观结构的影响,乃至材料性能的影响。由于非预浸体系相对较差的基体渗透性导致复合材料会产生气孔、层与层之间的结合度差,因此对于非预浸体系制备的CCF/PEEK复合材料的研究相对较少。
Lustiger 等人[1],通过分析APC-2预浸料复合材料不同的加工处理条件的DSC数据,总结出加工处理条件对微观形态的影响。研究结果显示,在低压和物理老化条件下制备的复合材料出现了两种不用的晶体形态。
2 力学性能
Jen等人[2]研究了APC-2层压板在高温下的机械性能同时发现了APC-2层压板无缺口和缺口交叉层和准各向同性。结果证明,温度升高层压板的机械强度随之降低。通过对缺口的试样的测试,增大缺口的孔直径,层与层之间的极限强度降低非常明显。Lee测量具有高含量(61%)的高强度碳纤维体积含量的CCF/PEEK复合材料的压缩强度范围为1100~1400MPa。
3 加工工艺
Beehag和Ye[4]等人,通过研究了对合成单向混合的CCF/PEEK复合材料的冷却速率工艺,找出了冷却工艺对CCF/PEEK复合材料的固结质量和横向弯曲性能的影响。表1表明冷却速率对混合的CCF/PEEK复合材料的影响。
表1 不同的冷却速率对单向混合CCF/PEEK复合材料固化质量和横向弯曲性能影响
Vu-Khanh和Denault[5]他们发现APC-2在成型温度下的短梁剪切强度远高于混合系统,APC-2的性能不受在400 ℃的饱压时间影响,直到发生基体退化。随成型温度增加,NCS-1025的短梁强度也会增加。当温度高于约460 ℃时,APC-2和NCS-1025复合材料的性能由于界面的降解而降低。同时二又都受冷却速率的影响。随着冷却速率的增加,APC-2的短梁剪切强度达到约73MPa的最高值,而NCS-1025复合材料的短梁剪切强度随着冷却速率的增加而连续降低。
在Gao等人[6]发现,CCF/PEEK的抗冲击性要优于CCF/EP,数据显示CCF/PEEK的抗冲击性更强,在调整工艺后发现快速冷却的CCF/PEEK具有最好的耐冲击。
4 结语
自性能优异的连续碳纤维增强聚醚醚酮(CCF/PEEK)复合材料问世以来,它一直受到业界的广泛关注,足以证明其潜力和广阔的应用空间。CCF/PEEK复合材料能在最苛刻的环境中得到广泛应用,为解决某些工程问题提供可靠的高性能材料。
参考文献
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