連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料再獲突破：CCF/PEEK 3D打印探索高性能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造前景

來源： 斐帛科技

PEEK（聚醚醚酮）作為一種高熔點(diǎn)半晶態(tài)工程塑料,，因其良好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性能,，以及優(yōu)異的力學(xué)性能和生物兼容性而受到航空,、航天、汽車工業(yè)以及醫(yī)療等各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注和研究,。

連續(xù)碳纖維增強(qiáng)PEEK（CCF/PEEK）復(fù)合材料通過傳統(tǒng)的熱壓技術(shù)而制成的高性能制件在20世紀(jì)已經(jīng)被應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域,。然而受限于制造方式，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件依然無法通過該方式獲得,，這也成為約束CCF/PEEK復(fù)合材料應(yīng)用的一個(gè)至關(guān)重要的難題,。

西安交通大學(xué)研究人員與陜西斐帛科技發(fā)展有限公司（以下簡稱“斐帛科技”）合作，利用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料增材制造裝備開發(fā)的技術(shù)優(yōu)勢,，推動(dòng)CCF/PEEK復(fù)合材料增材制造,。如圖1所示，研究人員利用斐帛科技的COMBOT-I 打印機(jī)引入激光實(shí)時(shí)輔熱處理工藝,，并結(jié)合纖維預(yù)浸漬工藝,，有效地提升了打印中的Z向性能從而實(shí)現(xiàn)對制件整體力學(xué)性能的提高。

圖1 CCF/PEEK復(fù)合材料打印及測試流程示意圖

研究發(fā)現(xiàn),，如圖2所示,，在實(shí)施激光實(shí)時(shí)熱處理之前，連續(xù)纖維的引入非常容易使制件內(nèi)部形成多尺度的弱結(jié)合界面,，而通過引入激光和預(yù)浸漬工藝技術(shù)則能夠極大的改善內(nèi)部的各種弱結(jié)合,，從而避免過早的失效和較差的力學(xué)性能，層間剪切性能與拉伸性能分別達(dá)到了35MPa 和 480MPa,。不僅僅是針對CCF/PEEK復(fù)合材料,，研究人員前期已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于純PEEK材料熔融沉積3D打印工藝,，激光預(yù)熱對于制件的性能改善都大有裨益,，層間剪切性能提高了45%[2]。激光通過在局部被材料快速吸收升溫，一方面避免了大面積體積収縮,，同時(shí)又保證其較充分的結(jié)晶,，從而極大改善制件的模量、各項(xiàng)力學(xué)性能以及熱穩(wěn)定性等,。

圖2 性能改善對比圖

本項(xiàng)目獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目-連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料增材制造機(jī)理研究（2017YFB1103401）資助,。

斐帛科技是一家從事3D打印高性能復(fù)合材料領(lǐng)域的新型科技公司，與西安交通大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)緊密合作,，以自主研發(fā)的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料3D打印工藝（CFRTPCs）為基礎(chǔ),，為高性能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-材料設(shè)計(jì)-制造工藝-性能評估提供高性價(jià)比的測試、試驗(yàn)和工藝平臺(tái),，面向航空航天,、汽車交通、石油化工等領(lǐng)域提供高性能復(fù)合材料完整的解決方案,，竭誠為客戶提供高性能復(fù)合材料的工藝,、裝備和測試服務(wù)。

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