碳纖維増強(qiáng)PEEK復(fù)合材料主要應(yīng)用領(lǐng)域

聚酷醍酮（簡稱PEEK）不僅具有優(yōu)異的機(jī)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(qiáng)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(qiáng)PEEK復(fù)合材料在室溫下, 拉伸強(qiáng)度比未增強(qiáng)時(shí)增加一倍，在150Y下達(dá)到三 倍，與此同時(shí)，增強(qiáng)后的復(fù)合材料在沖擊強(qiáng)度、彎 曲強(qiáng)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幻。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(shí)的表現(xiàn)，碳纖維增強(qiáng)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(qiáng)效應(yīng)還可以在一定程度上抵御 PEEK的熱軟化及形成強(qiáng)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)條件下，碳纖維增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)后的聚酷 醍酮在力學(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(kuò)大。例如根據(jù)碳纖維增強(qiáng)后阻止晶片不會(huì)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(yùn)系統(tǒng)中不會(huì)造成污 染和瞬間放電而破壞晶片。
2、航空航天領(lǐng)域
由于聚醍醍酮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(qiáng)的聚醍醍酮復(fù)合材料進(jìn)一步增強(qiáng)了聚醍 醍酮的整體性能，從而越來越多地被應(yīng)用于飛機(jī)制 造。例如，波音757-200系列飛機(jī)使用的整流罩就 是用碳纖維增強(qiáng)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(qiáng)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(jī)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(dòng)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(jì)外，采用輕質(zhì)材料是更為直接 的方法。碳纖維增強(qiáng)聚醍酷酮復(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(qiáng)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(dòng)慣量，從而使反應(yīng)時(shí)間最小化，極大 地增強(qiáng)了整個(gè)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?yàn)榫哂袩o毒、質(zhì)量輕、耐 磨蝕等優(yōu)點(diǎn)，是與人體骨骼最接近的材料，可與肌 體有機(jī)結(jié)合，因此聚酷醍酮樹脂及其復(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)韻臼假體材料超高分 子聚乙烯相比，碳纖維增強(qiáng)的聚醍醍酮有較高的耐 磨性能和較好的生物相容性，是一種未來韻臼假體 的理想材料。將碳纖維增強(qiáng)聚醍醍酮和鈦合金的細(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(qiáng)聚醍醍酮復(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 材料科技有限公司采用的碳纖維增強(qiáng)PEEK骨外科 固定支架、瞄準(zhǔn)器支架等醫(yī)療器械，在強(qiáng)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）