碳纤维增强聚醚醚酮复合材料研究进展

近年来,碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）,尤其是碳纤维/聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料以其优异的综合性能受到了大量关注。高性能碳纤维/聚醚醚酮复合材料具有强度大、韧性好、使用温度高等诸多优点,在航空航天、机械、电气、汽车工业和生物工程等领域得到了广泛的应用。针对近年的研究热点,对碳纤维/聚醚醚酮复合材料在界面性能、力学性能、生物相容性、成型工艺、失效机理等方面的研究进展进行了综述,为材料的制备技术研究及产业化应用奠定基础。      

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备与性能

通过高温模压方法,制备了碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料。采用差示扫描量热、热失重、弯曲测试、拉伸测试、扫描电子显微镜等分析方法对制品热学性能和力学性能进行了分析。分析结果表明,制备CF/PEEK复合材料的最佳工艺参数为:成型温度380℃~390℃,停留时间30 min,保温保压30 min、2 MPa~3 MPa,后期保压压力4 MPa~5MPa,保压时间3 h。复合材料制品弯曲强度达到1783 MPa,分解温度达578℃,表明其具有优良的力学性能和热稳定性。     

碳纤维增强复合材料的摩擦学研究进展

综述了碳纤维增强聚合物基、金属基、碳基等复合材料的研究和发展,分析了碳纤维的含量、碳纤维方向、纤维混杂、碳纤维的表面处理以及环境温度等因素对增强复合材料摩擦学性能的影响,并提出了今后需进一步深入研究的问题.     

碳纤维-AlN/聚醚醚酮复合材料的制备与性能

以聚醚醚酮(PEEK)为基体树脂、碳纤维(CF)和氮化铝(AlN)为填料,通过模压成型的方法制备了抗静电耐热型CF-AlN/PEEK复合材料。采用高阻计、导热系数测定仪、热失重、差示扫描量热仪和SEM研究了CF-AlN/PEEK复合材料的抗静电性能、热性能、力学性能以及降温速率对复合材料性能的影响,并探讨了后期热处理对力学性能的影响。结果表明:当CF和AlN的质量分数均为10%时,CF-AlN/PEEK复合材料的性能较优,其表面电阻率达到108 Ω,比PEEK的表面电阻率提高了6个数量级;导热系数为0.418 W·(m·K)-1,初始分解温度高达573℃;拉伸强度提高了40.4%;降温速率越低,复合材料的熔点越高;后期热处理会影响CF-AlN/PEEK复合材料的力学性能,在270℃下热处理2 h,其拉伸强度可达146 MPa,表明在生产过程中,加工温度是影响复合材料性能的因素之一。      

聚合物及其复合材料微动摩擦学研究进展

综述了聚合物及其复合材料微动摩擦学研究的现状.介绍了几种常见的微动损伤机理及其在解释实验结论中的应用.基于目前聚合物及其复合材料微动摩擦学的研究现状和存在的问题,展望了其未来的研究方向.     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料滑动摩擦转移膜的ESCA研究

碳纤维增强聚醚醚酮在滑动时形成的转移膜对其摩擦这性能有重要影响、本文对此转移膜进行了Ｘ射线光电子能谱化学分析，表明，与纯聚醚醚酮和聚醚醚酮＋聚四氟乙烯相比，碳纤维增强聚醚醚酮形成的转移膜最薄，连续性与均匀性最好，因此其摩擦学生能最好。转移膜的成份沿着其深度方向发生变化，表明此膜中石墨和聚四氟乙烯存在着优先转移。     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的形状记忆效应

为推动形状记忆聚合物在空间等极端恶劣环境中的应用,以超薄碳纤维增强聚醚醚酮(Carbon fibers reinforced polyether-ether-ketone,CF/PEEK)预浸料为实验对象,采用薄膜叠层与热压成型工艺制备厚度为0.036 mm超薄预浸料的层合片材,研究了其在热应力驱动下的形状记忆行为。结果表明,在320℃加热-冷却热循环温度场的作用下,CF/PEEK复合材料超薄层合板的初始变形的形状回复率近似可达100%,当变形循环达到100次时,其形状回复率仍然可以保持在90%以上。此外,根据层合板变形的温度与应力-应变关系,解释了CF/PEEK复合材料的热应力驱动变形机制。在此基础上,改变CF/PEEK层合板厚度进行仿真设计,实现了初始状态与深海珊瑚形状、立方体、灯笼草形状之间的变形与回复。利用记忆变形产生的机械夹紧力,完成了硬币抓取实验,验证了CF/PEEK复合材料在主动变形结构应用的可行性。      

水润滑条件下氧化锆颗粒及碳纤维共混增强聚醚醚酮复合材料的摩擦性能研究

通过熔融共混法制备了碳纤维(CF)和氧化锆颗粒(ZrO_2)共混增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,并对其水中的摩擦学性能进行了研究。实验结果表明,该混杂增强复合材料在水中具有优异的摩擦学性能,其摩擦系数随载荷的增加无明显变化,而磨损率则随着载荷的增加而逐渐降低。该材料在水中的磨损机制主要表现为轻微的磨粒磨损和疲劳磨损,碳纤维是复合材料耐磨性得到增强的主要原因,其作为复合材料摩擦面表层的主要承载相,承担了两摩擦面之间的大部分载荷,并保护聚合物基体免于受到对磨副的严重磨损。氧化锆颗粒的加入则有效抑制了摩擦过程中碳纤维的破损与脱落,从而使得混杂增强PEEK复合材料比单纯碳纤维增强的PEEK复合材料具有更加优异的耐磨性能。但过多颗粒的加入会加剧疲劳磨损,从而降低材料的耐磨性。     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料滑动摩擦转移膜的性能

通过摩擦实验及Ｘ射线光电子能谱分析研究了碳纤维增强聚醚酮滑动时形成的转移膜的摩擦性能,结果表明,与纯聚醚醚酮和聚醚醚酮＋聚四氟乙烯相比,碳纤维增强聚醚醚酮材料形成的转移膜薄,连续性均匀性好,因此其摩擦学性能好。     

碳纤维／聚醚醚酮复合材料界面的强相互作用

利用Ｘ光电子能谱和Ｒａｍａｎ光谱研究了碳纤维／聚醚醚酮复合材料的界面结构，揭示了纤维和聚合物间存在着强相互作用：对树脂覆碳纤维结构的研究表明，聚合物的熔融促进这种强相互作用的形成，该作用涉及醚醚酮链段向共面构象的转变。     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料滑动磨擦转移膜的性能

通过摩擦实验及X射线光电子能谱分析（ESCA）研究了碳纤维增强聚醚醚酮滑动时形成的转移膜的摩擦性能,结果表明,与纯聚醚醚酮和聚醚醚酮＋聚四氟乙烯相比,碳纤维增强聚醚醚酮材料形成的转移膜薄,连续性均匀性好,因此其磨擦学性能好转移膜的成分沿其垂直于膜面的方向变化,表明此膜中存在着石墨和聚四氯乙稀的优先转移提出滑动磨擦转移膜的形成的粘着转移机制     

聚醚醚酮及其复合材料摩擦学研究近况

近年来 ,国内外的摩擦学研究者对聚醚醚酮 (PEEK)及其复合材料的摩擦学行为进行了广泛的研究 ,目的是在保持 PEEK其它优越性能的基础上 ,使其减摩和抗磨性能有所提高 ,以扩展这一新型工程塑料的应用领域。本文对 PEEK及其复合材料的摩擦学研究近况进行了综述。     

等离子处理碳纤维织物复合材料的摩擦学性能

将碳纤维织物浸渍-涂层酚醛-缩醛粘结剂树脂,加压固化后制备出碳纤维织物复合材料.分析了摩擦磨损表面和经等离子体处理后碳纤维织物化学组成的变化,研究了摩擦磨损性能、拉伸性能和粘结性能.结果表明,碳纤维织物的磨损分为严重磨损和稳定磨损两个阶段,其中严重磨损阶段的磨损量占了总磨损量的87%.经过等离子体处理后,在碳纤维织物的表面产生了许多活性基团如羰基、羧基、酯基,表面活性元素的含量明显增多;碳纤维织物的浸润性增大,提高了其与粘结剂的结合强度和结合量,增强了织物纤维束间的结合力;固化后与粘结剂构成很好的整体材料,增强了纤维束抗变形和抗断裂能力,使载荷和摩擦力可以平均的分配在纤维上,避免应力集中,从而提高了碳纤维织物复合材料的摩擦学性能和力学性能.     

聚醚醚酮复合材料的摩擦学研究

采用模压方法制备了多元PEEK耐磨汽车材料。用环-块磨损实验机对复合材料进行了磨损试验,用SEM方法对复合材料的磨损表面进行了观察和分析,并利用DSC、FT-IR和SEM分析方法对复合材料的磨屑进行了研究,在上述基础上进行了复合材料的磨损机理探讨。结果表明,与PEEK相比,PEEK复合材料具有优良的摩擦学性能;PEEK复合材料磨屑的熔点比相应模压材料有所降低,且磨屑的熔限比相应的模压材料有所加宽;随着Ekonol含量的增加,复合材料的磨损机理发生了由粘着磨损为主向疲劳磨损为主的转变。     

碳纤维织物增强聚苯硫醚复合材料的制备及性能

采用薄膜叠压法制备碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)复合材料层压板,研究了热压温度、热压压力和热压时间对复合材料层压板力学性能的影响,确定了制备CFF/PPS复合材料的理想工艺参数为:热压温度320～330℃,热压压力0.15～0.20MPa,热压时间8～10min。在该参数下制得的层压板拉伸强度为652MPa,弯曲强度为711MPa,层间剪切强度为43MPa;在6.7J/mm的冲击能量下,层压板的冲击后压缩剩余强度为116MPa。     

纤维取向对炭纤维织物复合材料扭动微动摩擦学性能的影响

以球/平面接触方式,进行炭纤维织物复合材料与GCr15钢球之间的扭动微动磨损实验研究,讨论纤维取向对微动磨损性能的影响。结果表明:该材料与金属材料类似,均存在3个微动运行区域,即部分滑移区、混合区以及滑移区,微动磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。炭纤维复合材料微动摩擦磨损性能表现出明显各向异性特征,即纤维平行且垂直于接触表面的纤维混合排布(N取向)复合材料的摩擦耗散能和磨损量均小于纤维平行于接触表面的P取向。在混合区域,磨损区半径随循环周次的增加而逐渐增大,且N取向小于P取向。     

纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备及界面改性

采用热压成型法制备纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮(CFF/PEEK)航空热塑性复合材料。通过对碳纤维(CF)进行去浆、活化,及采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)进行表面涂层,显著提高了CFF/PEEK复合材料的层间剪切强度。讨论了热压温度、压力等工艺参数对材料综合力学性能的影响规律,确定优化工艺条件,制备的复合材料拉伸强度和弯曲强度分别达到714.29 MPa和955.84 MPa。借助扫描、金相显微镜等观察手段,发现经过界面改性处理后,复合材料断裂发生在基体内部而非界面处,基体与增强体浸润性和结合性良好。     

基于导热板的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料感应焊接温度调控

研究了碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料感应焊接中厚度方向及焊接面内的温度分布及调控.基于对温度分布结果的分析,使用导热板结合真空袋压的方式对CF/PEEK进行感应焊接,结合使用合适的功率及加热时间,测试了焊接件的单搭接强度,观测分析了焊接件的断裂形貌.结果 表明,导热板对层合板表层和边缘均有良好的散热效果;...     

聚四氟乙烯/碳纤维增强聚酰亚胺复合体系的摩擦学性能

研究评价了不同PTFE含量的碳纤维增强P1复合材料的力学和摩擦学性能，并分析了在干摩擦和水润滑2种不同条件下的磨损表面形貌和磨损机理。研究表明：PTFE以10%添加时PI/CF/PTFE体系的机械性能最佳，而摩擦学性能以5%添加为佳；随PTFE含量的增加，复合材料的摩擦系数降低，磨损率增加。水润滑下，摩擦系数和磨损率比干摩擦下的都有相应的降低。干摩擦下，材料的磨损均以塑性变形、微观破裂及破碎为主导；水润滑下，这一机制显著减弱，归因于水的润滑和冷却作用。