连续碳纤维赋能PEEK：重塑材料性能边界

　　在当今社会，面对日益严峻的能源危机和环境压力，轻质高强度材料的开发显得尤为重要，它们是应对多领域挑战的关键。聚合物基复合材料凭借其优越的比强度优势，实现了快速发展，众多的性能指标上已超越传统金属和无机材料。聚醚醚酮(PEEK)，以其低密度、高强度、高耐磨和出色的热稳定性，成为高强度应用领域的佼佼者，自1978年由英国帝国化学工业公司首次合成以来，PEEK已在航空航天、医疗等多个尖端领域大放异彩。其独特的分子结构，包含亚苯基环和氧桥及羰基链节，赋予了材料刚性与柔性的完美平衡，既保证了优异的力学性能，又便于加工成型。

　　然而，PEEK的潜能远不止于此，尤其当它与连续碳纤维结合后，性能提升至新的高度。连续碳纤维增强PEEK复合材料不仅在导热系数上实现显著飞跃，相较于纯PEEK材料，增强后的导热性能几乎翻番，这得益于碳纤维对材料热传导效率的有效改善。

　　在强度表现上，连续碳纤维的加入更是让PEEK如虎添翼。通过采用最新技术生产的CFPEEK单向带，进行0°/90°的铺层设计，实验证明，这种复合材料即使在室温下，拉伸强度和弯曲强度均突破1000 MPa大关，在200℃及300℃高温环境下，其性能依然强劲，拉伸强度分别保持在810±10 MPa以上，弯曲强度在521±12 MPa至290±18 MPa之间。尤为值得注意的是，在300℃高温条件下，该材料比强度高达290 MPa/(g/cm³)，远超镁或铝合金的18-86 MPa/(g/cm³)，凸显其在极端环境下的卓越承载能力。

　　耐磨损性也是连续碳纤维PEEK复合材料的一大亮点。在200℃时，无论是纯PEEK还是增强型，磨损机制相似，但当温度升至更高，纯PEEK磨损加剧，而CFPEEK复合材料却展现出更低的磨损率，仅为(5.47-12.80×10⁻⁷mm³/Nm)，接近或优于某些含润滑剂材料。这种优异耐磨性得益于90°碳纤维的高含量布局、纤维与基体间优异的界面结合以及纤维和PEEK颗粒的自润滑效应，确保了复合材料在高温环境下的稳定性和可靠性，这也是其备受航空航天领域青睐的重要原因。

　　对比短切碳纤维增强PEEK，连续碳纤维能够更有效地提升材料力学性能，避免了短切纤维因随机分布导致的拉伸强度提升受限。在国内，虽然中研股份、吉大等企业在PEEK生产上有所建树，但在连续碳纤维增强PEEK复合材料的规模化生产方面，如智上新材料科技，采用熔融浸渍工艺，不仅实现了材料的连续生产，更在35%-45%PEEK树脂含量范围内优化了配方，确保了碳丝的均匀分布和良好的界面黏附性，满足了高端市场需求，与国际品牌如索尔维、威格斯、赢创等的竞争中逐渐缩小差距。

　　连续碳纤维的加入，不仅拓宽了PEEK的应用边界，更是在性能上实现了质的飞跃，预示着材料科学在轻量化、高强度时代的又一重大进步。

　　本文部分数据引用：doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.115837