碳纤维聚芳醚酮复合材料是航空航天发展的关键材料么？

　　航空航天领域发展的基石是科技和材料的更迭，空气动力学、工程控制论、新型复合材料这些都是囊括其中的重要部分，如今碳纤维复合材料是较为瞩目的一种。碳纤维复合材料多以树脂为基体，形成稳定的物理结构，展现强悍的机械性能，加上轻量化的优势，在一众复合材料中处于综合性能领先的地位。聚芳醚酮聚合物是当下热塑性树脂研究方向上的一个重点，与连续碳纤维融合后形成的复合材料性能优势明显，同时制备过程中存在的难点有可能被攻克，那碳纤维聚芳醚酮复合材料会成为航空航天发展的关键材料么？

　　聚芳醚酮是什么？

　　聚芳醚酮简称PAEK,是一类亚苯基环通过氧桥（醚键）和羰基（酮）连接而成的一类结晶型聚合物。按分子链中醚键、酮基与苯环连接次序和比例的不同，可形成许多不同的聚合物。主要有聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮（PEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚醚醚酮酮(PEEKK)和聚醚酮醚酮酮（PEKEKK）等品种。

　　碳纤维聚芳醚酮复合材料性能符合航空航天领域使用吗？

　　碳纤维增强聚芳醚酮（CF/PAEK）复合材料确实适合航空航天用途，并且越来越多地应用于各种航空航天应用中。聚芳醚酮(PAEK)聚合物，以其高温稳定性、耐化学性和机械强度而闻名。当与碳纤维增强材料结合使用时，具备以下的性能优势，这些优势正是航空航天领域需要的。

　　1、高强度重量比：碳纤维复合材料以其卓越的强度重量比而闻名，这对于航空航天设计在不影响强度的情况下实现轻质结构至关重要。

　　2、刚度：CF/PAEK复合材料具有高刚度，为航空航天应用中的组件提供结构完整性和稳定性，这种刚度对于维持关键零件的形状和性能尤其重要。

　　3、耐高温：PAEK聚合物，包括PEEK,具有优异的高温稳定性。该特性在航空航天环境中至关重要，因为部件在运行期间可能会暴露在高温下。

　　4、耐化学性：PAEK聚合物能够耐受多种化学品，使得CF/PAEK复合材料适用于需要暴露于刺激性化学品或环境条件的应用。

　　5、抗疲劳性：碳纤维复合材料如果设计和制造得当，可以表现出良好的抗疲劳性，这对于航空航天应用中承受循环载荷的部件非常重要。

　　6、尺寸稳定性：这些复合材料往往具有良好的尺寸稳定性，在不同的环境条件下保持其形状和尺寸，这对于精密航空航天部件至关重要。

　　7、电绝缘：CF/PAEK复合材料通常具有良好的电绝缘性能，使其适用于必须最大限度降低电导率的应用。

　　8、耐腐蚀性：碳纤维复合材料不会腐蚀，为航空航天结构提供耐用性和使用寿命，特别是与金属替代品相比。

　　单从性能角度来看，CF/PAEK复合材料确实可以满足航空航天领域的严苛要求，可以加工成多种结构元件、内部部件、支架，以及诸多对强度和重量有极度需求考验的零部件。不过想要将之变成现实，其中需要跨越的沟壑众多，光是将CF/PAEK复合材料制备出来就已经很难了，更不论后续的各种测试和应用问题。

　　碳纤维聚芳醚酮复合材料制备需要从哪些方面着手？

　　碳纤维聚芳醚酮（CF/PAEK）复合材料的制备是一个复杂的过程，涉及多个步骤，需要仔细关注细节。虽然一般步骤在概念上可能与其他碳纤维复合材料使用的步骤相似，但具体的挑战和复杂性取决于PAEK聚合物的特定类型、所用碳纤维的形式以及最终复合材料的所需性能。以下是典型流程和一些相关挑战的概述：

　　1.材料选择：

　　A、PAEK聚合物的选择：选择合适的聚芳醚酮聚合物，例如PEEK、PEKK或类似聚合物，是关键的第一步。选择取决于所需的耐温性、机械性能和其他性能标准。

　　B、碳纤维的选择：具有不同特性（例如模量、强度、编织）的不同类型的碳纤维可供选择。选择取决于最终复合材料所需的特性。

　　2.PAEK树脂的制备：

　　A、聚合：PAEK树脂通常通过高温聚合工艺合成，必须仔细控制合成以获得所需的分子量和性能。

　　B、树脂配方：树脂配方涉及添加添加剂、填料和可能的增韧剂，以提高性能和可加工性。

　　3.碳纤维预处理：

　　对碳纤维经常进行表面处理，以提高与聚合物基体的粘合力，这可能涉及等离子体处理或化学功能化等工艺。

　　4.复合材料制造：

　　A、浸渍：使用预浸或树脂灌注等技术用PAEK树脂浸渍碳纤维。实现均匀的树脂分布对于一致的机械性能至关重要。

　　B、固化：然后将浸渍的纤维固化以交联聚合物并形成固体复合材料。该步骤可能涉及热量和压力。

　　C、模制或叠层：通过模制工艺或通过分层预浸料片（叠层）将复合材料成型为所需的形状。

　　5.后固化和热处理：

　　A、后固化：可能需要额外的固化步骤以确保完全聚合并优化复合材料的性能。

　　B、热处理：根据所使用的PAEK聚合物，复合材料可能会经过热处理以增强其高温稳定性。

　　6.质量控制和测试：

　　A、无损检测：超声波检测或X射线成像等技术可用于检测复合材料中的缺陷或不规则性。

　　B、机械测试：最终复合材料经过机械测试，以确保其满足强度、刚度和其他机械性能所需的规格。

　　制备CF/PAEK复合材料的难度在于每个步骤所需的精度，以及需要专门的设备和专业知识。此外，树脂浸渍、固化周期和纤维取向等因素的控制对于实现所需的性能至关重要。航空航天是一门包罗万象的大学科，其中涉及的专业知识多入繁星，碳纤维与聚芳醚酮只是其中的很小一部分，但仅仅是这个很小的部分想要从理论过度到现实，也需要付出极大的努力。智上新材料作为国产碳纤维行业中的一员，在热塑性碳纤维复合材料的制备方面同样也在付出极大的努力，好在努力就会有回报，我司的CF/PPS、CF/PEEK等多种热塑性碳纤维单向带的研发工作取得了极大的进展。