連續(xù)纖維增強復合材料再獲突破：CCF/PEEK 3D打印探索高性能復合材料結構制造前景

來源： 斐帛科技

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)療等各個應用領域的關注和研究。

連續(xù)碳纖維增強PEEK（CCF/PEEK）復合材料通過傳統(tǒng)的熱壓技術而制成的高性能制件在20世紀已經被應用于航空航天等領域。然而受限于制造方式，具有復雜結構的零部件依然無法通過該方式獲得，這也成為約束CCF/PEEK復合材料應用的一個至關重要的難題。

西安交通大學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合材料增材制造裝備開發(fā)的技術優(yōu)勢，推動CCF/PEEK復合材料增材制造。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，并結合纖維預浸漬工藝，有效地提升了打印中的Z向性能從而實現(xiàn)對制件整體力學性能的提高。

圖1 CCF/PEEK復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部形成多尺度的弱結合界面，而通過引入激光和預浸漬工藝技術則能夠極大的改善內部的各種弱結合，從而避免過早的失效和較差的力學性能，層間剪切性能與拉伸性能分別達到了35MPa 和 480MPa。不僅僅是針對CCF/PEEK復合材料，研究人員前期已經發(fā)現(xiàn)，對于純PEEK材料熔融沉積3D打印工藝，激光預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晶，從而極大改善制件的模量、各項力學性能以及熱穩(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)纖維增強復合材料增材制造機理研究（2017YFB1103401）資助。

斐帛科技是一家從事3D打印高性能復合材料領域的新型科技公司，與西安交通大學研發(fā)團隊緊密合作，以自主研發(fā)的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料3D打印工藝（CFRTPCs）為基礎，為高性能復合材料結構設計-材料設計-制造工藝-性能評估提供高性價比的測試、試驗和工藝平臺，面向航空航天、汽車交通、石油化工等領域提供高性能復合材料完整的解決方案，竭誠為客戶提供高性能復合材料的工藝、裝備和測試服務。

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