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PEEK（聚醚醚酮）作為一種高熔點半晶態(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)療等各個應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注和研究。
連續(xù)碳纖維增強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 打印機引入激光實時輔熱處理工藝，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，在實施激光實時熱處理之前，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，同時又保證其較充分的結(jié)晶，從而極大改善制件的模量、各項力學(xué)性能以及熱穩(wěn)定性等。
圖2 性能改善對比圖
本項目獲得國家重點研發(fā)計劃項目-連續(xù)纖維增強復(fù)合材料增材制造機理研究（2017YFB1103401）資助。相關(guān)推薦
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