碳纤之翼-连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸带的研究

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聚醚醚酮(PEEK)属于一种热塑性特种高分子材料,PEEK是聚芳醚酮(PAEKs)家族中应用最为广泛的、力学性能优异的品种。具有优异的力学性能、耐腐蚀性能、热稳定性和生物相容性,特别适合用作高性能复合材料的基体树脂。PEEK与质轻、高强、高模量、耐高温的碳纤维(CF)复合形成的复合材料,趋于高性能、轻量化,是航空航天、军事领域、生物医药的重要材料。预浸带是制造机翼、车身的重要中间材料。因此,研究连续碳纤维增强聚醚醚酮(CCF/PEEK)预浸带具有重要的意义。 随着复合材料性能和制造工艺的不断改进,CCF/PEEK高性能热塑性复合材料,比传统的CF增强热固性复合材料更加耐高温、阻燃,其具有高力学性能、抗冲击性能优异、设计自由度大、高耐磨损、轻质、可回收及易加工、生物配伍性优、绿色环保等特性,在现代工业如军事、航空、医疗、汽车等多个领域展现出广阔的应用前景。然而,由于PEEK树脂的高黏度,纤维的浸渍成为制备过程中的一大挑战。而粉末浸渍工艺具有表面活性剂添加剂浓度低、无健康危害、添加剂处理方便、加工方法简单、成本低等优点,我们团队在谭洪生教授的带领下为解决国内厂商存在的问题,依托山东理工大学材料科学与工程学院的山东省高校先进复合材料重点实验室,在国内率先系统研究了二维、三维蛇形及辊系三种粉末浸渍装置,自行设计、组装了浸渍效果良好的连续纤维增强热塑性复合材料实验室小试和中试流水线。在粉末浸渍制备CCF/PEEK预浸料方面,自行设计、组装了实验室制备流水线。我们团队拥有制备CCF/PEEK复合材料多项关键技术的专利,实现了CCF/PEEK系列复合材料的量产。 本项目旨在通过自行设计、组装的实验室制备流水线,采用粉末浸渍法制备CCF/PEEK预浸带,同时研究了工艺参数对预浸带纤维含量、抗拉强度和断裂形貌的影响。结果表明,纤维含量随着PEEK悬浮液浓度的降低和拉拔速度的增加而增加。拉伸性能结果表明,随着加工温度的升高和纤维含量的增加,预浸带的拉伸强度有显著提高。扫描电镜观察到,随着加工温度的升高,PEEK基体的塑化和纤维与PEFK基体之间的界面附着力得到改善。