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碳纖維增強PEEK復(fù)合材料主要應(yīng)用領(lǐng)域
????????聚醚醚酮(簡稱PEEK)不僅具有優(yōu)異的機械、耐熱和耐化學(xué)品性能，且摩擦系數(shù)低，承載嚙合性好，是繼聚四氟乙烯(PTFE)后又一類良好的自潤滑材料，在承載能力和耐磨性方面比PTFE表現(xiàn)更好，在無潤滑、低速高載、高溫、潮濕、污染、腐蝕等惡劣環(huán)境下尤為適用。
????????在此基礎(chǔ)上，碳纖維的加入不僅增強了它的力學(xué)性能，對它的摩擦性能也有重要的?影響。
????????30%的碳纖維增強PEEK復(fù)合材料在室溫下，拉伸強度比未增強時增加一倍，在150℃下達(dá)到三倍，與此同時，增強后的復(fù)合材料在沖擊強度、彎曲強度和模量方面也得到了大幅度的提升，伸長率急劇降低，熱變形溫度可超過300℃。復(fù)合材料的沖擊能量吸收率直接影響到復(fù)合材料在承受沖擊時的表現(xiàn)，碳纖維增強PEEK復(fù)合材料顯示出高達(dá)180kJ/kg的比能吸收能力。
????????碳纖維的增強效應(yīng)還可以在一定程度上抵御PEEK的熱軟化及形成強度非常高的轉(zhuǎn)移膜，能有效地保護(hù)接觸區(qū)域，所以碳纖維增強的PEEK復(fù)合材料的摩擦系數(shù)與比磨損率明顯比純PEEK要低。
????????在相同的實驗條件下，碳纖維增強PEEK復(fù)合材料的耐摩擦磨損性能明顯優(yōu)于玻纖PEEK復(fù)合材料，碳纖維對材料耐磨性能的改善效果是相同用量玻纖的5倍以上。
????????碳纖維增強PEEK復(fù)合材料用于零部件制作，可以有效避免金屬或者陶瓷材料容易產(chǎn)生表面裂紋等這類問題，其優(yōu)良的摩擦學(xué)性能甚至超過超高摩爾質(zhì)量的聚乙烯。
????????碳纖維增強PEEK主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下四方面：
????????1、電子電器領(lǐng)域
????????PEEK在高溫、高壓和高濕度等惡劣的環(huán)境下，仍能保持良好的電絕緣性，并在很寬的溫度范圍內(nèi)具有不易變形等特性，因此被作為理想的電絕緣材料應(yīng)用于電子電器領(lǐng)域。
????????經(jīng)過碳纖維增強后的聚醚醚酮在力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕、耐輻射性和耐高溫性能等方面都有進(jìn)一步的提高，使其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴大。例如根據(jù)碳纖維增強后阻止晶片不會靜電放電等特性，美國H-Square公司用其制造真空吸盤，保證部件在硅晶片真空搬運系統(tǒng)中不會造成污染和瞬間放電而破壞晶片。
????????2、航空航天領(lǐng)域
????????由于聚醚醚酮PEEK具有低密度及良好的加工性等優(yōu)勢，便于直接加工成高要求的零部件，而碳纖維增強的聚醚醚酮復(fù)合材料進(jìn)一步增強了聚醚醚酮的整體性能，從而越來越多地被應(yīng)用于飛機制造。
????????例如，波音757-200系列飛機使用的整流罩就是用碳纖維增強PEEK材質(zhì)制造的。另外荷蘭阿姆斯特丹的Gereedschappen Fabrick公司用30%碳纖維增強PEEK復(fù)合材料制作較大部件，并證明其力學(xué)性能可應(yīng)用于飛機平衡裝置。
????????3、汽車領(lǐng)域
????????汽車的能耗與車重緊密相關(guān)，汽車輕量化不僅可降低燃油消耗和廢氣排放，還可以提高動力性和安全性，是汽車節(jié)能的有效途徑。
????????汽車輕量化除了通過結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計外，采用輕質(zhì)材料是更為直接的方法。碳纖維增強聚醚醚酮復(fù)合材料憑借其密度小、性能良好、工藝方便等優(yōu)勢，越來越頻繁地出現(xiàn)于汽車行業(yè)，且表現(xiàn)出以塑代鋼的巨大潛力。
????????例如，Robert Bosch GmbH公司采用碳纖維增強PEEK代替金屬作為ABS的功能部件，較輕的復(fù)合材料零件降低了轉(zhuǎn)動慣量，從而使反應(yīng)時間最小化，極大地增強了整個系統(tǒng)的反應(yīng)性能，且與以前使用的金屬零件相比成本有所降低。
????????4、醫(yī)療領(lǐng)域
????????目前可用的醫(yī)用高分子材料有聚四氟乙烯、聚乳酸、硅橡膠等數(shù)十種，但是從生物醫(yī)學(xué)的角度上來看，這些材料還不算理想，在使用過程中多少有些副作用，而PEEK樹脂因為具有無毒、質(zhì)量輕、耐磨蝕等優(yōu)點，是與人體骨骼最接近的材料，可與肌體有機結(jié)合，因此聚醚醚酮樹脂及其復(fù)合材料近年作為骨科植入物被深入研究并應(yīng)用于脊柱、關(guān)節(jié)等方面。
????????相關(guān)研究證明，與傳統(tǒng)髖臼假體材料超高分子聚乙烯相比，碳纖維增強的聚醚醚酮有較高的耐磨性能和較好的生物相容性，是一種未來髖臼假體的理想材料。將碳纖維增強聚醚醚酮和鈦合金的細(xì)胞毒性比較，發(fā)現(xiàn)兩者的細(xì)胞相容性相似，碳纖維增強聚醚醚酮復(fù)合材料可作為未來矯形外科固定器械的替代材料。
????????國內(nèi)已有的典型應(yīng)用是無錫智上新材采用的碳纖維增強PEEK骨外科固定支架、瞄準(zhǔn)器支架等醫(yī)療器械，在強度、耐腐蝕、耐磨性以及耐濕熱性等方面表現(xiàn)良好，有望在更多高端醫(yī)療器械中應(yīng)用。
來源： 中科院寧波材料所特種纖維事業(yè)部
