在材料科學(xué)日新月異的探索中，對材料的高性能與多功能性追求從未止步。特別是在航空航天、軌道交通、汽車制造、醫(yī)療健康及能源等領(lǐng)域，對材料的極限承受能力和卓越表現(xiàn)提出了更高要求。正是在這樣的背景下，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)憑借其超凡性能嶄露頭角，尤其是以熱塑性樹脂為基礎(chǔ)的碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(CFRTP)，正逐步取代傳統(tǒng)碳纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料(CFRTS)，引領(lǐng)材料領(lǐng)域的革新潮流。
先簡單認(rèn)識一下幾種碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的簡稱：
碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)
碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(CFRTP)
碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料(CFPEEK)
碳纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料(CFRTS)
碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料簡稱(CFEpoxy)
在這些成員中，CFPEEK作為CFRTP的代表，正引領(lǐng)一場材料革命。讓我們細(xì)究其何以CFPEEK能夠成為CFEpox的有力競爭者，乃至超越者。
材料加工與性能躍升
成型溫度有不同，CFPEEK，因為PEEK樹脂的耐高溫性更強(qiáng)，通常是采用UD帶鋪放，再410℃下的模具內(nèi)完成產(chǎn)品固化，從而應(yīng)用。而CFEpoxy可以通過熱壓罐、高壓釜在80℃-180℃下固化。也因為熱塑性樹脂的耐高溫性更高，因此熱塑性樹脂碳纖維復(fù)合材料相比環(huán)氧樹脂碳纖維復(fù)合材料的耐高溫性更高。
機(jī)械性能上，CFPEEK(UD)帶，拉伸強(qiáng)度可達(dá)2450Mpa，而CFEpoxy材料制作的產(chǎn)品拉伸強(qiáng)度為311MPa。CFPEEK材料制品的斷裂韌性，在應(yīng)力強(qiáng)度因子高出10%。而在材料硬度的測試中，CFPEEK材料制造的產(chǎn)品部件性能更優(yōu)異。
在耐高溫性上，熱塑性樹脂PEEK的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度更高，賦予了CFPEEK材料具備了更高的熱穩(wěn)定性，之前有過一篇關(guān)于高溫下熱塑性碳纖維材料優(yōu)勢分析，感興趣的朋友，可以去閱讀一下。CFPEEK材料的LOI值為47，也進(jìn)一步的提升了該材料的阻燃性能。
在進(jìn)行CFPEEK和CFEpoxy對比下，能夠發(fā)現(xiàn)CFPEKK具備更高拉伸強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、阻燃等特性，使其成為CFEpoxy的替代品，并且是更有前途的一款材料。成功的在航空航天等要求嚴(yán)苛的應(yīng)用領(lǐng)域中得以應(yīng)用。卓越的拉伸強(qiáng)度，能夠在更需要堅固的部件上得以應(yīng)用。
那更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，讓CF-PEEK材料制品能夠在更高溫環(huán)境下適用，以前的碳纖維制品應(yīng)用到航天飛機(jī)上更多的是結(jié)構(gòu)件，現(xiàn)在更耐高溫的CFPEEK材料制造的防護(hù)罩、零部件就可以應(yīng)用到發(fā)動機(jī)等高溫環(huán)境下得以應(yīng)用。
那優(yōu)異的阻燃性，也能夠在飛機(jī)內(nèi)飾以及飛機(jī)消防設(shè)備上面得以應(yīng)用。
CFPEEK代表著連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料在多渠道渠道傳統(tǒng)的CF環(huán)氧樹脂基正在慢慢的成為眾多行業(yè)的首選，以科學(xué)為后盾，進(jìn)而成為行業(yè)的重要選擇。
這種以熱塑性樹脂為基體，連續(xù)碳纖維為增強(qiáng)體的新材料，是材料科學(xué)新時代的象征，從飛機(jī)的內(nèi)飾到防護(hù)罩，開辟的航空航天的新視野。在汽車領(lǐng)域中，也能夠以更輕、更強(qiáng)、更耐熱的部件，進(jìn)而提高汽車性能的同時，有你更好的確保其安全性。此外熱塑性樹脂賦予的特殊性能，PEEK具有非常好的親膚性，這是熱固性樹脂不具備的性能優(yōu)勢，CFPEEK的生物相容性和強(qiáng)度支撐性，能夠徹底改變醫(yī)療植入物和設(shè)備，有助于推動醫(yī)療器械的創(chuàng)新和發(fā)展。
制備挑戰(zhàn)與機(jī)遇
傳統(tǒng)的CFEpoxy材料，受限于環(huán)氧樹脂的原因，存在脆性高、抗裂性差和吸濕性高等局限性，CFPEKK這類高性能連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料的高拉伸強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性好、阻燃性、可回收性，就在多領(lǐng)域中成為了有前途的替代品。
但熱塑性碳纖維復(fù)合材料的制備也有挑戰(zhàn)和機(jī)遇，國內(nèi)率先完成CFPEEK預(yù)浸料生產(chǎn)的東臺智上新材料科技有限公司就在制造、成本以及采用方面的挑戰(zhàn)說過這樣一句話：“我們大概做了兩三年的基礎(chǔ)研究，從高分子材料的性能研究開始，先解決了基礎(chǔ)的科學(xué)問題，然后開始設(shè)計優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備。將復(fù)雜問題簡單化的方法只有一個，那就是在實踐中不斷發(fā)現(xiàn)新問題，解決新問題。當(dāng)問題解決得差不多時，我們就可以確定自己找對了方向，前進(jìn)速度就會提升起來。”智上新材料的企業(yè)負(fù)責(zé)人同時強(qiáng)調(diào)了項目的資金投入和人才投入，“搞碳纖維必須要舍得花錢，沒有持續(xù)資金投入就不能連續(xù)實驗，沒有上千次實驗，是搞不出理想的結(jié)果的。另一方面，也要選對人，關(guān)鍵性的技術(shù)人才能夠畫龍點睛、點石成金，找對人需要時間更需要機(jī)緣。”
從航空航天到醫(yī)療，連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料正在推動創(chuàng)新，為以前無法想象的可能性打開大門。連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料CFPEEK，不僅是一種材料的創(chuàng)新，更是一場革新運(yùn)動，一個對未來的承諾，是人類潛能的實證。從藍(lán)天翱翔到生命健康的守護(hù)，CFPEEK正開拓前所未有的可能性，塑造一個材料科學(xué)的新時代。
