热塑性与热固性碳纤维复合材料：铣削损伤对残余拉伸强度影响的对比分析

　　在深入探讨热塑性和热固性碳纤维增强聚合物(CFRP)的铣削损伤与残余拉伸强度比较之前，我们先简要回顾一下两种材料的特性。碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)，一种热塑性聚合物，因其可修复性和可回收性而备受关注，而碳纤维增强环氧树脂(CF/环氧树脂)则是传统的热固性复合材料，拥有成熟的工业应用历史。本文旨在通过对比分析CF/PEEK与CF/环氧树脂在铣削过程中的损伤程度和后续的残余拉伸强度，为高性能复合材料的选择和加工提供指导。

　　(CF-PEEK单向UD带)

　　铣削损伤的比较

　　铣削是CFRP部件生产中常见的加工步骤，用于达到所需的尺寸精度。然而，CFRP的多相性和各向异性往往导致铣削损伤，如撕裂、毛刺、分层和空腔，这些损伤会严重影响零件的机械性能和可靠性。通过改变铣削参数，包括切削速度、进给量、纤维切割角度以及铣削策略(顺铣与逆铣)，对CF/PEEK和CF/环氧树脂的铣削损伤进行了细致的比较。

　　实验结果揭示，CF/PEEK在铣削过程中表现出优于CF/环氧树脂的加工质量。CF/PEEK的延展性基体和纤维界面的强结合力有助于减少损伤，尤其是在逆铣条件下，其表面损伤最小化。此外，CF/PEEK在铣削时形成了花瓣状切屑，表明了良好的切屑完整性，而CF/环氧树脂则难以达到相同的效果。

　　残余拉伸强度的差异

　　铣削损伤不仅影响零件的外观，更重要的是，它会削弱材料的残余拉伸强度。研究中，通过拉伸测试评估了不同铣削条件对两种材料残余拉伸强度的影响。结果表明，与CF/环氧树脂相比，CF/PEEK在相同铣削参数下展现了显著更高的残余拉伸强度，提升幅度在12.05%至63.22%之间。

　　表面粗糙度与纤维切割角度

　　铣削后的表面粗糙度也是评价加工质量的重要指标。研究发现，CF/PEEK的表面粗糙度低于CF/环氧树脂，特别是在逆铣条件下，这一现象在纤维切割角度为135°时尤为明显。纤维切割角度对加工表面质量的影响不可忽视，θ=135°下的铣削导致更严重的纤维弯曲和脱粘，进而影响表面完整性。

　　残余拉伸强度与铣削策略

　　铣削策略对残余拉伸强度也有显著影响。顺铣试样的残余拉伸强度高于逆铣试样，尽管顺铣试样在次表面损伤方面可能更为明显，但顶层表面损伤对残余拉伸强度的影响更大，尤其是在薄层压板中。CF/PEEK在所有测试条件下均显示出比CF/环氧树脂更高的残余拉伸强度。

　　断裂机制与应变分布

　　通过数字图像相关(DIC)方法，研究了两种材料在拉伸测试期间的全场应变分布。CF/PEEK显示出沿纤维方向更为均匀的应变分布，这归因于PEEK基体的韧性，使其能够承受更大的拉伸载荷。在纤维切割角度为135°时，最大应变出现在试样边缘，与铣削损伤(如撕裂和毛刺)引起的应力集中相关联。

　　智上新材料科技有限公司在研发连续碳纤维热塑性复合材料量产的同时，也落实产品应用研发。对于以CFRTP材料制作的产品在CNC加工过程中会遇到的情况也进行了深度的分析，借鉴科研的数据再结合产品量产的实践操作，得出优解。从而保证客户在制作CFRTP制品在需要加工时，选择更好的铣削参数，减少加工损伤，从而提高部件的机械性能和可靠性。

　　参考文献：sciencedirect.com/science/article/pii/S014294182300212X