聚醚醚酮及其复合材料的特性与应用研究进展(1)
碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的研究及应用
碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的研究及应用目录1. 内容概述 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究意义 (3)1.3 综述目的与范围 (4)1.4 结构与组织 (5)2. 碳纤维增强聚醚醚酮复合材料简介 (7)2.1 聚醚醚酮的基本特性 (8)2.2 碳纤维的材料特性 (9)2.3 纤维增强塑料的制造工艺 (10)3. 碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的性能特点 (11)3.1 力学性能 (12)3.2 耐热性能 (13)3.3 电绝缘性能 (15)4. 复合材料的研究进展 (17)4.1 纤维增强方式的探索 (18)4.2 增强机制与界面研究 (20)4.3 复合材料的微观结构与性能 (21)4.4 环境耐受性与防护 (22)5. 复合材料的应用领域 (23)5.1 航空航天 (25)5.2 汽车工业 (26)5.3 体育器材 (27)5.4 电子器件 (28)5.5 能源存储 (29)6. 复合材料的生产与加工 (30)6.1 材料加工工艺 (32)6.2 表面处理与涂层 (33)6.4 质量控制与检测 (36)7. 研发挑战与展望 (37)7.1 材料成本与环境问题 (38)7.2 性能提升与界面处理 (39)7.3 可持续性与发展方向 (41)1. 内容概述本研究报告深入探讨了碳纤维增强聚醚醚酮（PEEK）复合材料的研制、性能及其在各领域的应用潜力。
我们概述了碳纤维和PEEK的基本特性及其在复合材料制备中的优势。
详细阐述了复合材料的制备工艺、结构设计以及性能优化方法。
报告重点分析了复合材料在不同工程领域的应用表现，包括航空航天、汽车制造、医疗器械以及体育器材等。
我们还讨论了复合材料在环境友好性、成本效益和可持续性方面的优势，并对其未来发展前景进行了展望。
通过本研究，旨在为相关领域的研究人员和工程技术人员提供有价值的参考信息，推动碳纤维增强PEEK复合材料技术的进一步发展和广泛应用。
1.1 研究背景随着科技的不断发展，复合材料作为一种具有优异性能的新型材料，在各个领域得到了广泛的应用。
连续碳纤维增强热塑性复合材料的性能优势及应用举例
- 64 -工 业 技 术随着碳纤维增强热固性复合材料应用的日益成熟，碳纤维增强热塑性复合材料也逐步从航空航天领域走向工业机械、高端医疗、轨道交通、电子电器等多种民用领域。
与传统的热固性碳纤维复材相比，热塑性复合材料具有高韧性、高抗冲击和损伤容限、无限预浸料存储期、成型周期短、可回收利用、易修复等显著特征，具备环保、高效及高性能优势。
该文就分别以碳纤维增强聚醚醚酮、碳纤维增强热塑性聚酰亚胺、碳纤维增强聚苯硫醚这3种复合材料介绍碳纤维增强热塑性复合材料的性能优势，并结合生产和应用实际，重点介绍连续性碳纤维增强聚醚醚酮复合材料在骨外科医疗领域中的性能表现。
１ 几种典型的碳纤维增强热塑性复合材料的性能优势１．１ 碳纤维增强聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）复合材料的性能优势聚醚醚酮刚性高、尺寸稳定性好、线膨胀系数小、能承受极大的应力，不会由于时间的延长而产生明显的延伸，而且其密度小，加工性能好，适用于对精细度要求高的部件。
聚醚醚酮本身就是热塑性树脂中耐热性较好的一种，长期的工作温度甚至能达到250℃，在这样的高温环境下，其力学性能基本不受影响。
不过，碳纤维材料的加入可以进一步提升聚醚醚酮材料的性能，尤其是强度、刚性和耐磨性等方面，对于制品的整体使用寿命也有明显的延长作用。
相关实验证明，碳纤维材料的占比在25%~30%时，以聚醚醚酮为基体的复合材料的耐磨性有显著提高。
另外，使用碳纤维增强的聚醚醚酮复合材料与传统的金属材料相比，至少可以减重70％以上，目前国内主要应用于骨科医疗器械，对耐高温、耐磨性要求较高的高端工业领域来说也是理想的制作材料。
１．２ 碳纤维增强热塑性聚酰亚胺（ＴＰＩ）复合材料的性能优势热塑性聚酰亚胺材料在热稳定性、抗冲击性、抗辐射性和耐溶剂性能等方面都表现突出，在高温、高低压和高速等极端环境下，这种材料展现出优异的耐摩擦耐磨损性能。
采用碳纤维进行增强后，可进一步提高这类材料的应用性能，扩大其应用范围。
PEEK复合材料的性能研究
0 61 10- 6
40 43
1 79 10- 6
26 47
弯曲强度 / MPa
183 17
218 05
注: 1) 以上结果为 4 次测试的平均值
两种 PEEK 复合材料的常规力学性能和摩擦磨损 性能如表 1 所示。从表 1 中可以看出, 黑色 PEEK 复 合材料具有更好的韧性。两种 PEEK 复合材料的摩擦 系数 都 很小, 黑 色 PEEK 复 合 材 料 的 摩擦 系 数 为 0 21, 而灰色 PEEK 复合材料 的摩擦系数只有 0 18; 这是由于其中的固体润滑剂 PTFE 比石墨本身具有更 好的润滑性能所致。另外, 从表 1 还可以看出, 两种 PEEK 复合材料的磨损率都很小; 因为 PEEK 中除添 加有固体润滑剂外, 还添加有其它增强材料如无机纳 米粉末等。
第 30 卷第 4 期
颜红侠 宁 荣昌 黄 英: PEEK 复合材料的性能研究
45
PEEK 复合材料的摩擦系数为 0 21, 黑色 PEEK 复合 材料具有更好的韧性, 两种复合材料主要受粘着磨损 机制控制, 并伴有热塑性流动磨损。
图 1 灰色 PEEK 的 SEM 照片
Fig 1 SEM photo of gray PEEK composite
试验载荷为 196 N, 转速为 200 r/ min, 摩擦时间为 2
h。采用感量为 0. 01 mg 的分析天平称量试样磨损质
量变化, 将其转换为磨损体积损失, 以单位载荷单位
磨损行程内试样的磨损体积损失作为磨损率; 通过测 定摩擦力矩并计算得出摩擦系数, 摩擦系数取值为达
到稳定磨损状态后 1 h 内的平均值。
2 结果与讨论
表 1 两种 PEEK 复合材料和 力学性能和摩擦磨损性能1)
聚醚醚酮(PEEK)材料介绍和应用、发展(精编)
聚醚醚酮（PEEK）材料介绍和应用、发展聚醚醚酮英文名是POLYETHERETHERKETONE（缩写PEEK），作为一种线性芳族半结晶的热塑性塑料，是公认的全世界性能最高的热塑性材料之一。
聚醚醚酮(PEEK)是一种线性芳香高分子化合物。
其大分子主链上含有大量的芳环和极性酮基，赋予聚合物以耐热性和力学强度；另外，大分子中含有大量的醚键，又赋予聚合物以韧性，醚键越多，其韧性越好。
它具有以下性能特征：耐高温，其负载热变型温度高达316℃(30%GF或CF增强牌号)，连续使用温度为260℃；优良的耐疲劳性，可与合金材料媲美；耐化学药品性，它的耐腐蚀性与镍钢相近；自润滑性；阻燃性，不加任何阻燃剂就可达到最高阻燃标准；易加工性，由于它具有高温流动性好和热分解温度很高等特点，可采用注射、挤出、模压和吹塑成型，及熔融纺丝、旋转成型、粉末喷涂；耐水解性；耐磨性；耐疲劳性；耐辐照性；耐剥离性；良好的电绝缘性能。
1977年英国ICI公司首先成功合成聚醚醚酮PEEK，1978年开始在市场上销售，1982年以VICTREX®（威格斯）牌号销售至今。
经过近30年的发展，VICTREX®已成为牌号最齐全的聚醚醚酮品牌，包括VICTREX®PEEK聚合物、VICOTE™涂料和APTIV™薄膜。
其主要合成方法有：英国Victrex公司以4,4'-二氯二苯酮和对苯二酚为原料的合成工艺；日本三菱化成以二苯醚和光气为原料的合成工艺；印度Gharda?Chemicals开发了只使用一种单体原料的生产工艺，且生产成本要比Victrex公司低。
我国吉林大学特种工程塑料研究中心开发出了PEEK合成专利技术，并在长春建成了产业化工业装置。
威格斯公司与复合应用领域的多个领先专业伙伴合作，提供由碳、玻璃或聚芳族酰胺连续纤维组成的VICTREX PEEK热塑性塑料复合材料。
这些不同形式的复合材料设计，可以提供最佳的增强纤维浸渍与纤维基材界面，包括干织物、多向织物 (无卷曲纤维) (Non-Crimp Fiber, NCF)、编织物、缆索、单取向带、单取向板材及加固织物或 UD 板等。
PEEK改性研究进展[1]
![PEEK改性研究进展[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/f5ba9ab665ce0508763213c1.png)
PEEK改性研究进展王喜梅1 齐贵亮1 蔡江涛2 张玉龙1(1.中国兵器工业集团第五三研究所,济南 250031; 2.西安科技大学化学化工学院,西安 710054) 摘要 简要介绍了PEEK的物理、力学性能及其在机械、石油、化工、医药等领域的应用前景,从纤维增强、无机填料填充、与聚合物共混三个方面对聚醚醚酮的改性技术、聚醚醚酮复合材料的成型工艺及性能进行了讨论。
关键词 聚醚醚酮 改性 纤维增强 填充 共混 聚醚醚酮(PEEK)是一种结晶性、不透明、浅茶灰色的芳香族系超耐热型热塑性工程塑料,一般以4,4′2二氟苯酮或4,4′2二氯苯酮与对苯二酚盐或钠盐为原料缩聚而成。
PEEK由于大分子链上含有刚性的苯环、柔性的醚键及提高分子间作用力的羰基,且结构规整,因而具有耐高温、耐化学药品性、耐辐射、强度高、断裂韧性高、易加工等优异性能及线胀系数较小、自身阻燃、摩擦学性能突出、绝缘、耐水解等特点。
因此,其在汽车零部件、半导体、航天、石化、机械、医疗、电子电器等领域得到广泛的应用。
PEEK可与聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚砜(PE2 S U)、液晶聚合物(T LCP)、聚醚酰亚胺(PE I)等共混;也可与碳纤维(CF)、玻璃纤维(GF)、晶须等复合增强,形成性能更优越的复合材料;还可填充微米、纳米级无机颗粒,如A l2O3、Cu O等,以期改善其摩擦学性能,同时提高PEEK的刚性、尺寸稳定性及冲击强度等性能,从而进一步扩大其应用范围。
笔者从纤维增强、无机填料填充及与聚合物共混三个方面阐述PEEK的改性研究进展。
1 纤维增强PEEKGF、CF和各种晶须与PEEK有很好的亲和性,可增强PEEK制成高性能的复合材料,提高PEEK的使用温度、模量、强度、尺寸稳定性等。
1.1 PEEK/GF复合材料邓杰等[1]研制了GF增强PEEK复合材料。
成型工艺是先将PEEK预浸带缠绕固定在一板形件模具上,然后再模压成型复合材料。
聚醚醚酮简介介绍
功能化应用研究
针对特定应用需求，对聚醚醚酮进行功能化改性，拓展其在不同领 域的应用范围。
跨学科应用合作
加强与其他学科领域的合作，共同开展聚醚醚酮的应用研究，推动其 在实际生产和生活中的应用。
THANKS
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PEEK的高性能和独特性使其在高温、高压、腐 蚀等极端环境下具有不可替代的作用，因此， 在石油、化工、制药等领域的应用前景广阔。
PEEK在3D打印领域的应用逐渐增多，未来有望 实现个性化定制和生产。
未来展望
随着全球经济的发展和技术的不断创 新，PEEK的市场需求将继续保持增长 态势。
PEEK的生物可降解性和环保性将为其 赢得更多的市场份额，成为未来市场 的重要发展方向。
循环利用
聚醚醚酮的回收和循环利 用技术尚不成熟，限制了 其在环保方面的应用。
市场挑战
价格竞争力
聚醚醚酮的生产成本较高，导致其价格相对较高，缺乏市场竞争 力。
替代品的竞争
市场上存在许多价格较低的替代品，对聚醚醚酮的市场份额构成 威胁。
市场需求波动
聚醚醚酮的应用领域相对较窄，市场需求波动较大，不利于市场 的稳定发展。
04
聚醚醚酮的市场前景
市场现状
聚醚醚酮（PEEK）作为一种高性能聚合物，目前 在全球范围内得到了广泛应用。
随着技术的不断进步和市场需求的增长，PEEK市 场呈现出稳步增长的趋势。
在航空航天、汽车、电子、医疗等领域，PEEK展 现出良好的性能和潜力。
发展趋势
随着环保意识的提高，PEEK的生物可降解性成 为研究重点，未来有望实现环保型的生产与应 用。
原料准备包括将单体、催 化剂、引发剂等按照配方 比例混合，确保原料的质 量和纯度。
聚醚醚酮及其复合材料在生物医用领域的应用
聚醚醚酮及其复合材料在生物医用领域的应用宗倩颖;叶霖;张爱英;冯增国【摘要】Application and prospect of polyether ether ketone(PEEK)and its composites in the biomedical field are reviewed. PEEK and its composites,which exhibit high thermal stability and creep resistance,have been used in production of medical equipment. It can be used as implantable material for spinal,trauma and orthopedic applications. thanks to fatigue resistance and penetrating of X-rays. Excellent wear resistance shows great superiority in artificial joint replacement. The stable chemical resistance and potential antimicrobial activity make it play an important role in dental restorations as well. Modification of PEEK and its composites can improve their comprehensive performance,so as to explore further applications in biomedical field.%综述了聚醚醚酮及其复合材料在生物医用领域的应用现状及前景。
聚醚醚酮及其复合材料激光粉末床熔融成形的研究现状与展望
精 密 成 形 工 程第15卷 第11期46 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年11月收稿日期：2023-08-02 Received ：2023-08-02基金项目：国家重点研发计划（2022YFB4600101，2022YFB4600103）Fund ：National Key R&D Program of China (2022YFB4600101, 2022YFB4600103)引文格式：李亚洲, 杨强, 彭瑞龙, 等. 聚醚醚酮及其复合材料激光粉末床熔融成形的研究现状与展望[J]. 精密成形工程, 2023, 15(11): 46-60.LI Ya-zhou, YANG Qiang, PENG Rui-long, et al. Research Status and Prospect of Laser Powder Bed Fusion of Polyethere-therketone and Its Composites[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(11): 46-60. 聚醚醚酮及其复合材料激光粉末床熔融成形的研究现状与展望李亚洲，杨强*，彭瑞龙，王富，李涤尘（西安交通大学 a.机械制造系统工程国家重点实验室 b.机械工程学院，西安 710049） 摘要：聚醚醚酮（PEEK ）及其复合材料因具有优异的力学性能、耐化学腐蚀性及生物相容性而受到广泛关注，然而随着对复杂结构以及个性化PEEK 零件的需求日益增加，传统的注塑成形工艺显然已经难以满足高度复杂化与个性化制造的需求。
激光粉末床熔融（LPBF ）技术为PEEK 及其复合材料的成形制造提供了一种新的方法。
介绍了激光粉末床熔融工艺的基本原理与PEEK 及其复合材料的激光粉末床熔融制备工艺的特点和应用，总结归纳了PEEK 及其复合材料的激光粉末床熔融成形装备的发展状况与性能特点，目前的成形装备在预热温度和激光功率等参数方面已经有了很大的提升，可以保证一定的成形精度，但要形成一套成熟的高精密和大尺寸复杂成形系统仍需进一步的研究。