连续纤维增强PEEK增材制造力学性能与成型质量优化

针对连续纤维增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料增材制造中的界面结合差、制件精度不高等技术瓶颈,基于多热力场耦合作用下的连续纤维增材制造成型工艺,实现了典型样件的3D打印制备.基于正交实验设计,并通过微观形貌表征和力学性能测试,探究了喷头温度、打印速度和分层厚度对打印制件的表面粗糙度和弯曲性能的影响规律,获得连续纤维增强P...     

模压成型工艺参数对CF/PEEK复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的影响

连续碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料是重要的医疗器械及航空航天热塑性复合材料,可采用模压成型工艺制备层合板及结构,其工艺参数影响复合材料力学性能。本文主要考察了模压成型温度、压力以及降温速率等参数对CF/PEEK复合材料Ⅰ型层间断裂韧性(GIC)的影响规律,并通过扫描电镜表征复合材料撕裂面的微观形貌,分析材料失效模式。较高的模压成型温度可提高基体分子链流动性,适中的成型压力有利于控制树脂不被过多挤出模具,适中的降温速率可降低结晶度并抑制界面粘结强度的损失,均有利于提高CF/PEEK复合材料的GIC。     

CCF/PEEK复合材料制备及应用研究进展

详细介绍了连续碳纤维增强聚醚醚酮(CCF/PEEK)复合材料主要制备技术的研究进展,包括CCF/PEEK预浸料制备、纤维表面处理以及CCF/PEEK成型技术,明确各工艺的技术研发重点;并介绍了 CCF/PEEK复合材料在航空航天、医疗器械以及能源、汽车等工业领域的应用研究进展.最后展望了CCF/PEEK复合材料的未来研...     

玻璃纤维增强PEEK复合材料成型工艺研究

本文初步探索了玻璃纤维增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料的成型工艺．通过力学性能、微观形貌分析等试验,探索了不同工艺参数对玻璃纤维增强PEEK复合材料性能的影响,进而制定了复合材料较优的成型工艺参数．其成型工艺参数包括冷却速度、成型压力、成型温度、保温时间．     

环氧树脂/碳纤维复合材料模压制品表面质量影响因素分析

通过正交试验研究了模压温度、模压压力、保压时间、合模速度对环氧树脂/碳纤维片状模塑料模压成型制品表面质量的影响,通过方差分析,表明各因素对表面粗糙度影响程度的主次顺序为：模压温度T>保压时间t>模压压力P>合模速度v。通过邓肯法多重比较进一步探讨了各影响因素中不同水平之间平均值的差异性,并绘制了各因素所对应的表面粗糙度实测平均值关系图。发现随着模压温度的增加,制品表面粗糙度先缓慢后急剧增大;保压时间与模压压力对表面粗糙度的影响作用相反;随着合模速度的增大,表面粗糙度不会发生明显的变化。获得最佳工艺参数为：模压温度T=130℃、模压压力P=600 kN、保压时间t=720 s、合模速度v=15 mm/s。通过模压成型实验验证：在最佳工艺参数下,表面粗糙度相对于正交实验结果中的最小值减小了19.3%,有效提高了模压成型制品表面质量。     

聚醚醚酮增材与减材复合加工对比实验

为研究熔融沉积成型聚醚醚酮(PEEK)材料的竖直和水平两种层间结合强度对复合加工质量的影响,以曲面模型为研究对象展开对比实验,沿竖直和水平方向堆积打印a1,a2和b1,b2两组试样,对a1,b1试样进行沿横向曲面铣削加工,对a2,b2试样进行沿纵向曲面铣削加工,对铣削力、表面粗糙度和表面形貌进行对比分析.结果表明,不同...     

基于分形理论的橡胶复合材料磨耗表面形貌表征

利用橡胶高温磨耗试验机,进行不同温度、角度、负荷及路面条件下的高温磨耗试验,获得具有不同形貌的橡胶磨耗试样。借助3D测量显微镜采集橡胶试样表面形貌图像并进行表征,对橡胶表面磨耗形貌图像进行黑白二值化处理,利用分形理论建立多重分形谱分析模型,定量分析不同试验条件下橡胶试样表面磨耗形貌,定性描述表面磨耗形貌分布特点。研究结果表明,橡胶复合材料磨耗表面形貌具有明显的分形特征,橡胶磨耗性能(磨耗量)随着温度、角度、负荷和路面粗糙度增大而增大。     

PEEK/CGF复合材料增材制造综合力学性能优化

为提升连续玻璃纤维(CGF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料增材制造样件综合力学性能,优化增材制造基础工艺参数,基于正交试验与单因素试验设计,通过力学性能测试,探究了喷头温度、平台温度、打印速度、层厚等工艺参数对综合样件力学性能的影响,获得PEEK/CGF增材制造成型工艺优化参数,进一步探究了重点工艺参数对PEEK/CGF样件力学性能的影响规律。结果表明,层厚与喷头温度对样件的综合力学性能具有显著影响,最优工艺参数组合为喷头温度440℃,平台温度160℃,打印速度2 mm/s,层厚0.35 mm。随喷头温度的增加,样件的综合力学性能先增大后减小,在440℃达到最大值;随层厚的减小,样件的力学性能逐渐增大,层厚为0.35 mm时样件的力学性能达到最大值。经试验验证,在最优工艺参数组合下样件综合力学性能达到最优,样件弯曲强度为351.59 MPa,层间剪切强度为34.96 MPa,拉伸强度为383.75 MPa。     

水润滑下偶件表面粗糙度对碳纤维增强PEEK复合材料摩擦学性能的影响

以聚醚醚酮(PEEK)复合材料为销样,316不锈钢材料为盘样,在销-盘摩擦磨损试验机上考察了水润滑条件下偶件表面粗糙度对纯PEEK及碳纤维增强PEEK复合材料摩擦学性能的影响,并用光学显微镜观察了PEEK复合材料的磨损表面形貌。结果表明,在水润滑条件下,碳纤维增强PEEK复合材料的耐磨性能明显提高,磨损率比纯PEEK的磨损率降低了4~6倍。当偶件表面粗糙度R_a处于0.08~0.09μm范围内时,PEEK复合材料可以取得较低的磨损率;当偶件表面粗糙度R_a的值过高或者过低时,摩擦磨损机理将发生改变。     

热处理工艺对增材制造PEEK/CGF力学性能影响

针对连续玻璃纤维(CGF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料丝材在增材制造中因快速冷却造成材料结晶不充分、力学性能较低、层间结合能力差等问题,通过差示扫描量热(DSC)分析和力学性能测试,探究了热处理工艺参数对PEEK/CGF打印件力学性能的影响规律。结果表明,适当的热处理工艺能够提高PEEK/CGF材料的结晶度,进而提升成型件的综合力学性能。当保温温度在180～200℃,保温时间在50～60 min时,PEEK/CGF打印样件的力学性能最优,热处理后样件的弯曲强度为269.1 MPa,层间剪切强度为26.11 MPa,拉伸强度为332.71 MPa,较热处理前分别提高94.48%,97.95%与16.9%。     

SPEEK改性CF/PEEK复合材料界面性能研究

本文采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)通过溶液上浆法对碳纤维(CF)进行上浆,并对不同浓度上浆剂改性脱浆T300单丝表面形貌,SPEEK上浆后CF的热稳定性及上浆前后CF/PEEK复合材料的界面性能进行了表征。通过扫描电镜(SEM)观察不同浓度上浆剂改性脱浆T300单丝的SEM表面形貌,得到最佳上浆剂浓度;采用傅里叶红外光谱(FTIR)分析确定SPEEK上浆剂成功附着在CF表面;采用热失重分析(TGA)研究了SPEEK上浆后CF的热稳定性,确定其在CF/PEEK复合材料的成型温度下稳定不分解;采用微脱粘试验研究上浆前后CF/PEEK复合材料的界面剪切强度。结果表明,制得的磺化PEEK上浆剂的最佳浓度为0.07g/L;同时,SPEEK上浆后CF具有良好的热稳定性并且SPEEK上浆可以有效提高CF/PEEK的界面性能。     

激光原位铺放CF增强PEEK基复合材料工艺研究

通过激光原位铺放制备了CF增强PEEK基(CF/PEEK)复合材料,采用差示扫描量热法(DSC)与热重分析法(TGA)对CF/PEEK热性能进行了分析,利用扫描电子显微镜(SEM)表征CF/PEEK微观形貌,并研究了不同温度与铺放压力下CF/PEEK的力学性能。结果表明,激光原位铺放温度在400℃到420℃、铺放压力在220 N左右时,PEEK基体的流动性较好,CF/PEEK粘接牢固,成型的复合材料具有优异的力学性能。     

基于XFEM短纤维聚醚醚酮复合材料结构稳定性数值模拟分析

熔融沉积成型(FDM)制备短纤维增强聚合物复合材料成型技术日趋完善。采用FDM-3D挤压工艺制备了纤维含量为10%的短碳纤维(CF)和玻璃纤维(GF)增强的高性能聚醚醚酮复合材料,通过拉伸实验获取聚醚醚酮(PEEK)、碳纤维聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)以及玻璃纤维聚醚醚酮复合材料(GF/PEEK)试样应力-应变曲线。在此基础上,以单边缺口弯曲断裂试样为对象,基于扩展有限单元法(XFEM)建立三种材料的数值模拟模型,分别讨论了含初始裂纹缺陷和无预制裂纹状况下试样的结构稳定性。结果表明,在相同条件下CF/PEEK复合材料构件先于纯PEEK材料、GF/PEEK复合材料发生结构失效行为,且当构件中存在热裂纹的状况下,CF/PEEK复合材料构件更有可能发生断裂失效。     

PC/CCF制备工艺对浸渍程度的影响及3D打印性能分析

针对传统基于螺杆挤出的热塑性材料浸渍程度低而导致丝材性能不高的问题，基于“熔融-溶剂”法结合作用下的复合丝材制备工艺，以聚碳酸酯(PC)为基体材料，连续碳纤维(CCF)为增强体，研究拉丝速度、浸渍辊个数、浸渍温度对浸渍程度影响关系，并通过扫描电子显微镜进行对比分析，得到PC/CCF复合材料的最佳工艺参数，即拉丝速度为5 mm/min，浸渍温度为280℃，浸渍辊个数为3，此时复合丝材浸渍程度可达99.62%。通过对不同浸渍程度PC/CCF 3D打印样件力学性能对比，表明较高的复合丝材浸渍程度能够较大地提升样件的力学性能。     

T800CF增强PEEK复合材料制备与性能分析

通过粉末悬浮法制备了T800碳纤维增强聚醚醚酮（T800/PEEK）预浸胶带,并采用激光原位成型工艺制备了CF/PEEK复合材料。选用差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）和流变法对基体热行为进行分析,采用扫描电子显微镜（SEM）表征CF/PEEK微观形貌,分析了预浸胶带与复合材料NOL环力学性能,并利用动态热机械分析（DMA）与复合材料高温拉伸试验表征材料体系热稳定性。结果表明,研制的T800/PEEK预浸带浸润均匀,胶带断裂强力达到1210N;制备的复合材料拉伸强度为2360MPa,200℃/15min强度保留度达到90.7%,具有优异的热稳定性。     

PEEK抗静电复合材料表面电阻率均匀性的研究

研究了填料种类以及混合工艺对聚醚醚酮(PEEK)抗静电复合材料表面电阻率均匀性的影响。在此基础上,综合PEEK/CB(炭黑)复合材料与PEEK/CF(碳纤维)复合材料的优点制备了表面电阻率均匀、电阻率容易控制、力学性能良好的PEEK/CB/CF抗静电复合材料。     

注塑工艺对PTW/PEEK制品力学性能的影响

采用注塑成型工艺制备了六钛酸钾晶须(PTW)/聚醚醚酮(PEEK)制品,研究了PTW/PEEK复合材料注塑成型时注塑温度、模具温度以及退火处理对制品力学性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)观察PTW/PEEK制品的微观形貌对其进一步验证。研究结果表明,成型温度为后段350℃、中段370℃、前段390℃,模具温度为180℃时,PTW/PEEK制品的力学性能较佳,并且制品在200℃下退火处理1 h后,制品的力学性能进一步得到提高。     

增材制造聚合物功能梯度材料研究进展

聚合物功能梯度材料(PGMs)是一种以聚合物为连续相，多种材质相互耦合，组成结构和性能在材料空间方向上进行连续梯度变化的非均质复合材料。传统PGMs制备方法存在原理复杂、难定制、通用性差等问题。本文介绍了增材制造(AM)基于“离散-堆积”的成型原理和优势，综述了适用于PGMs的增材制造技术：熔融沉积成型、直写成型、立体光固化、喷射成型和选择性激光烧结的功能梯度材料成型基本原理、材料特点和性能。虽然在增材制造制备PGMs的过程中存在缺乏设计准则、表征方法和系统研究方法等问题。但是，随着对增材制造新概念材料进行基础科学研究的深入，以及针对特定使役条件和工艺性能的具体应用不断发展，增材制造将成为PGMs制备的一种极佳方法。     

偶联修饰纳米蒙脱土/超高分子量聚乙烯基复合材料的摩擦磨损性能

通过模压烧结法制备了超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)与硅烷(silane,s)和钛酸酯(titanate,t)偶联剂修饰的纳米蒙脱土(nano-montmorillonite,nano-MMT)复合材料,nano-MMT含量由0到15%(质量分数,下同).采用45#钢为摩擦对偶件的往复滑动式摩擦磨损试验机,在室温干摩擦条件下测试了复合材料的摩擦学性能,实验条件为:接触压力P=8.0 kN、滑动速度v=1.8 m/min、时间t=3 h;用扫描电镜观察了复合材料磨损表面的形貌并分析了磨损机理.结果表明:随nano-MMT含量的增加,偶联修饰的nano-MMT/UHMWPE复合材料的硬度、摩擦系数和磨损率增加;偶联修饰改善了复合材料的摩擦学性能;与钛酸酯相比,硅烷偶联修饰nano-MMT/UHMWPE复合材料的硬度和摩擦学性能更好.用5%硅烷偶联修饰的nano-MMT,5%钛酸酯偶联剂修饰的nano-MMT和5%nano-MMT增强的UHMMPE复合材料的摩擦系数μ、摩擦温度θ、磨损率W分别为:μs=0.124,μt=0.135,μ=0.180;θs=92℃,θt=96 ℃,θ=94 ℃;Ws=4.25×10-7 mm3/(N·m),Wt=6.31×10-7 mm3/(N·m),W=18.80×10-7 mm3/(N·m);两种偶联修饰复合材料的表面磨损情况相似,含5%nano-MMT的复合材料主要表现为粘着磨损,而含15%nano-MMT的复合材料主要表现为表层和亚表层的脆性疲劳断裂.     

UHMWPE人工关节材料增材制造进展

人口老龄化和关节患者年轻化的趋势愈来愈明显,人工关节置换材料需要提升性能并延长使用寿命,才能满足社会发展的需求.超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)具有优异的耐磨性和生物相容性,是人工关节置换领域的研究热点,但是传统的成型工艺存在残留化学物质、无法精确加工复杂结构等问题.增材制造(AM)作为一种新兴的制造工艺,可快速...