碳纤维增强PEEK复合材料

peek棒作为一种典型的特种工程塑料，应用的行业领域越来越广，对材料的要求越来越高。为改善本体材料的力学性能，碳纤维成为增强PEEK的优选材料。为方便大家学习了解，小编针对碳纤维及其复合材料的知识略作概述，供大家参考。

碳纤维增强PEEK复合材料（5600CF/PEEK），指碳纤维以粉末、颗粒、连续纤维（长纤维）或者织物形式增强PEEK树脂基的复合材料。其中碳纤维以织物形式存在的简称为CFF/PEEK。复合材料中，树脂基体赋予了优良的力学性能、热性能、耐化学腐蚀性和易加工性能；增强纤维则主要决定了复合材料的机械性能。

CF是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。质轻高强是其最显著的特点，密度仅有1.7g/cm3，不到钢的1/4，强度却是钢的数倍；纺织纤维的柔软可加工性；较低的电化学活性，优秀的耐腐蚀能力，有效延长使用寿命。其复合材料具有耐高低温、热膨胀系数小、吸能抗振、一定的导电性和导热性、良好的X光透光性、生物相容性等优点。

在CF/PEEK中，CF选用聚丙烯腈基CF（ PAN基CF）。 PAN基CF生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程：首先通过丙烯腈聚合和纺纱等一系列工艺加工成被称为“母体“的PAN纤维或原丝，将原丝先放入氧化炉（200到300℃）氧化，再放入1000到2000℃碳化炉中进行碳化等工序制成CF。

CF按产品规格不同划分为宇航级和工业级两类，亦称为小丝束和大丝束。通常把48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括360K和480K等。宇航级初期以3K为主，逐渐发展为12K和24K，主要应用于国防军工和高技术，以及体育休闲用品，像飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、球杆球拍等。工业级碳纤维应用于不同民用工业，包括：纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。在CF/PEEK中，考虑到PEEK分子链呈刚性且非极性，熔融态黏度高，作为复合材料基体时，对CF的浸润性较差且结合力较弱，需要对CF进行表面改性处理，纤维丝束越大，浸润相对越困难，综合考虑复合材料整体性能和整体成本，CF选择24K以下的小丝束规格。2018年开始，江苏君华特塑与东华大学合作，利用东华大学上浆剂对碳纤维编织布高温脱浆后再经过新浆处理，进行生产工艺的实验研究，已经取得一定成果。

CF/PEEK成型工艺，依据CF存在形式，采用不同的成型工艺。对于CF粉末，按照计量配比称量混合后，选用热压成型工艺制备毛坯料，而后加工成产品部件；对于长纱，可以采用螺杆挤出的方法进行造粒，随后通过挤出注塑成型成毛坯件，或者采用熔融浸渍或溶液浸渍的方法制备单向预浸料，热压成毛坯件，再行加工成型；对于CF织物，可采用熔融浸渍或溶液浸渍的方法制备预浸料，而后热压成型；也可直接采用CF织物和PEEK片材热压成型。例如，行业中普遍选用的PEEK5600CF30，其中CF30表示含有30%的碳纤维粉末或者短切纤维，其中医疗和军工等行业多是粉末，进行热压成毛坯件，再行加工而成；纺织印染和机械行业等多采用短纤造粒，注塑成型。

复合材料的性能随纤维体积或质量分数的提高而提高。但当CF体积分数增大到一定值时，树脂基体体积分数的减少，CF与树脂基体的粘结性能降低，从而导致复合材料各项性能的降低；CF长度对复合材料的性能也有所影响，长度稍长的CF增强效果更佳；连续纤维或者织物增强时，将复合材料的性能进一步提高。

随着军工、航空航天、医疗、民用领域对材料要求越来越高，新材料替换已然成为趋势，涉及行业无一避免。连续CF/PEEK或者CFF/PEEK以其综合方面高性能逐渐被业内接受，制成的各类样件部分已经成功应用于部件中，例如2015年威格斯PEEK90HMF40成功应用于空客A350-900机门配件中，并代替之前使用的铝材，2016年威格斯宣布已成为中国商飞指定的PEEK生产商，提供单通道商用飞机 C919所需改性的PEEK材料，医疗上髓内钉瞄准支架等；部分正在试机验证（飞机发动机用星轮验证，前期使用PEEK5600CF30，目前高要求部位使用CFF/PEEK）；或者处于性能校核准备替代阶段。

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