连续纤维增强复合材料再获突破：CCF/PEEK 3D打印探索高性能复合材料结构制造前景

  PEEK（聚醚醚酮）作为一种高熔点半晶态工程塑料，因其良好的热稳定性和耐腐蚀性能，以及优异的力学性能和生物兼容性而受到航空、航天、汽车工业以及医疗等各个应用领域的关注和研究。

  连续碳纤维增强PEEK（CCF/PEEK）复合材料通过传统的热压技术而制成的高性能制件在20世纪已经被应用于航空航天等领域。然而受限于制造方式，具有复杂结构的零部件依然无法通过该方式获得，这也成为约束CCF/PEEK复合材料应用的一个至关重要的难题。

  西安交通大学研究人员利用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料增材制造装备开发的技术优势，推动CCF/PEEK复合材料增材制造。如图1所示，研究人员利用COMBOT-I 打印机引入激光实时辅热处理工艺，并结合纤维预浸渍工艺，有效地提升了打印中的Z向性能从而实现对制件整体力学性能的提高。

图1 CCF/PEEK复合材料打印及测试流程示意图

  研究发现，如图2所示，在实施激光实时热处理之前，连续纤维的引入非常容易使制件内部形成多尺度的弱结合界面，而通过引入激光和预浸渍工艺技术则能够极大的改善内部的各种弱结合，从而避免过早的失效和较差的力学性能，层间剪切性能与拉伸性能分别达到了35MPa 和 480MPa。不仅仅是针对CCF/PEEK复合材料，研究人员前期已经发现，对于纯PEEK材料熔融沉积3D打印工艺，激光预热对于制件的性能改善都大有裨益，层间剪切性能提高了45%。激光通过在局部被材料快速吸收升温，一方面避免了大面积体积収缩，同时又保证其较充分的结晶，从而极大改善制件的模量、各项力学性能以及热稳定性等。

图2 性能改善对比图

  本项目获得国家重点研发计划项目-连续纤维增强复合材料增材制造机理研究（2017YFB1103401）资助。