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短切?长切?连续?改性PEEK的碳纤长度浅析

2019/01/30
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11月28日,上海华航碳纤维复合材料有限公司宣布,其克服了PEEK树脂加工温度高、熔融黏度大、很难充分浸渍纤维等难题,改善了生产工艺与生产设备,成功开发出高性能CF/PEEK复合材料。

这种复合材料的强度比金属高5倍,质量比金属轻60%,性能比同类产品提升了10%以上。

值得注意的是,不同于常见的短切碳纤维或碳纤维粉末增强类型,这是一种连续碳纤改性的PEEK材料。

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图 碳纤维管

纤维改性复合材料主要有玻纤改性和碳纤改性,其中纤维保留的长度越长,其赋予复合材料的抗冲击性能就越强。

一般热塑性复合材料根据纤维长度分为:

短纤维增强热塑性材料:纤维保留长度<1MM

长纤维增强热塑性材料:纤维保留长度1~25MM

连续纤维增强热塑性材料:理论纤维保留长度与制品最终尺寸一致

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图 纤维长度与力学性能的关系

对于碳纤改性PEEK来说,一是虽然碳纤保留的长度越长,其力学性能越好,但会带来碳纤维均匀分散不容易、成本升高等问题;二是PEEK树脂加工困难,不容易充分浸渍纤维。

所以目前来说,国内市面上较为常见的碳纤维增强peek复合材料产品大多属于短切碳纤维或碳纤维粉末增强类型,而且绝大多数的长切碳纤维增强聚醚醚酮复合材料仍依赖于国外进口,高端PEEK技术主要被英国威格斯、德国赢创和比利时索尔维三大PEEK生产商所掌握。

在国内,有能力生产PEEK的主要有吉林省中研高性能工程塑料股份有限公司、吉大特塑工程研究有限公司、盘锦中润特塑有限公司和金发科技股份有限公司等。

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图 碳纤改性PEEK材料

碳纤改性PEEK材料在室温下,拉伸强度比未增强时增加一倍,在150℃下达到三倍,与此同时,增强后的复合材料在冲击强度、弯曲强度和模量方面也得到了大幅度的提升,伸长率急剧降低,热变形温度可超过300℃。

复合材料的冲击能量吸收率直接影响到复合材料在承受冲击时的表现,碳纤维增强peek复合材料显示出高达180kJ/kg的比能吸收能力。

碳纤改性peek材料在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域得到广泛应用。

比如应用于骨科医疗器械方面,得益于碳纤维增强PEEK应用于骨科的五大性能优势:质轻力强、耐磨损、生物相容性好、耐腐蚀性、良好的X光透过性,它可以做髓内钉PEEK瞄准杆支架、远端锁定用PEEK瞄准架、外固定支架用可透X光PEEK跟骨连杆(火花面)、微创PEEK导向尾(瞄准杆)等等。

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图 医疗行业用PEEK测序主体

 

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图 髓内钉PEEK瞄准杆支架

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短切?长切?连续?改性PEEK的碳纤长度浅析