碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的拉伸性能提升：PEEK基体的作用

　　碳纤维增强聚合物(CFRP)因其优异的机械性能、低重量和高耐腐蚀性，在航空航天、汽车制造和医疗设备等多个领域中得到了广泛应用。其中，碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)作为一种高性能热塑性复合材料，因其独特的性能而受到特别关注。本文将探讨CF/PEEK复合材料与热固性碳纤维增强复合材料(如CF/环氧树脂)在拉伸性能方面的差异，重点关注PEEK基体对材料性能的影响。

　　材料特性

　　CF/PEEK复合材料由碳纤维和聚醚醚酮(PEEK)基体组成。PEEK是一种高性能热塑性塑料，具有良好的耐热性、化学稳定性和机械强度。相比之下，热固性碳纤维增强复合材料，如CF/环氧树脂，通常采用环氧树脂作为基体，具有固化后的高强度和刚性。

　　PEEK基体对拉伸性能的影响

　　PEEK基体的特性对于CF/PEEK复合材料的拉伸性能具有显著影响。PEEK基体的韧性使得CF/PEEK复合材料在承受拉伸载荷时能够更好地分散应力，避免应力集中，从而减少裂纹的形成和发展。这种韧性特性与环氧树脂基体的脆性形成鲜明对比，后者在承受拉伸载荷时更容易发生裂纹扩展。

　　应变分布与拉伸性能

　　CF/PEEK复合材料在拉伸测试过程中表现出沿纤维方向更为均匀的应变分布，这主要归因于PEEK基体的韧性。PEEK基体能够承受更大的拉伸载荷，使CF/PEEK复合材料在承受拉伸载荷时表现出更均匀的应变分布。相比之下，CF/环氧树脂的应变分布更为不均匀，反映了基体的脆性性质，这可能导致应力集中和裂纹快速扩展。

　　断裂机制

　　通过扫描电子显微镜(SEM)观察两种复合材料的断裂表面，可以进一步理解其断裂机制。CF/PEEK的断裂表面呈现出较为平滑的形态，这表明PEEK基体能够更好地承受拉伸载荷并保持纤维的完整性。相比之下，CF/环氧树脂的断裂表面显示出更多的基体碎片和纤维拉拔缺陷，表明其界面结合强度较弱，更容易发生面内复合损伤。

　　残余拉伸强度

　　CF/PEEK复合材料展现出显著更高的残余拉伸强度，与CF/环氧树脂相比，提升幅度在12.05%至63.22%之间。这种性能的提升主要归因于PEEK基体与碳纤维之间的牢固界面结合，以及PEEK基体在拉伸过程中发生的塑性变形能力。这些因素共同作用，减少了纤维的断裂和脱粘，从而降低了表面损伤，最终提高了材料的整体残余拉伸强度。

　　作为国内较早起步并持续开发连续碳纤维增强热塑性复合材料的智上新材料在研究中发现，只有严格保持连续碳纤维丝束与PEEK树脂之间良好的浸润率，才能有效保证该复合材料拥有理想的性能特征。

　　CF/PEEK复合材料的PEEK基体特性是其在拉伸性能方面优于热固性碳纤维增强复合材料的关键因素。PEEK基体的韧性、良好的耐热性和化学稳定性，以及与碳纤维的牢固界面结合，共同提升了CF/PEEK复合材料的残余拉伸强度。其中浸渍结合是非常关键的地方，国内智上新材料科技生产的CF/PEEK制作零部件以后在进行产品拉伸断裂实验的时候，通过SEM观察，发现内部的碳纤维丝和聚醚醚酮有较好的粘合作用，内部的纤维丝排列正确，断裂规整，而PEEK树脂分布均匀，在进行耐蠕变和耐疲劳性上也均远超CF/环氧树脂材料。这些性能上的优势使得CF/PEEK成为高性能应用的理想选择，特别是在那些需要高强度和可靠性的场合。

　　未来的研究可以进一步探索不同加工条件和纤维取向对CF/PEEK复合材料性能的影响，以及如何优化加工条件以最小化损伤并最大化机械性能。随着材料科学的进步和技术的发展，CF/PEEK复合材料有望在更多领域展现其独特的优势。