浙江理工大学机械工程学院王岩团队在《轻工机械》发表论文《成型压力对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料性能的影响》,该研究依托多项测试与微观观测手段,系统探究成型压力对碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料性能的作用规律,明确了适宜成型压力的取值范围,为该类材料热压成型工艺优化提供了理论支撑。

CF/PEEK是综合性能优异的高性能工程材料,凭借出色的力学性能、耐高温与耐腐蚀能力,广泛应用于航空航天、汽车、医疗等高端领域。热压成型是其主流制备工艺,而成型压力作为核心工艺参数,直接影响树脂流动性、纤维结合状态与材料整体性能,但其具体作用机制此前仍缺乏系统性探究。为此,研究团队开展对照实验,设置0.2MPa、0.5MPa、0.8MPa三组不同成型压力,采用模压工艺制备标准试样。
实验过程中,团队结合修正梁理论、J积分理论,借助万能材料试验机、微分干涉显微镜等设备,测试材料层间断裂韧性、纤维桥接牵引力等关键指标,并利用扫描电子显微镜从微观层面观察材料断面结构。测试结果显示,成型压力与材料性能密切相关:压力过低时树脂无法完全浸润纤维,材料内部产生空隙、气泡,界面结合力大幅下降;压力过高则会造成树脂流失,高分子链运动受阻,纤维排列紊乱,纤维桥接牵引力随之减弱。
数据表明,0.5MPa为最优成型压力。在此压力下树脂可均匀渗透至纤维间隙,纤维与基体结合紧密,复合材料致密性、抗断裂能力和韧性均达到最佳水平。研究同时解析了不同压力下材料的损伤机理,证实纤维桥接效果、树脂浸润程度是决定复合材料力学表现的核心因素。
该研究厘清了成型压力影响CF/PEEK复合材料性能的内在机理,填补了相关工艺研究的部分空白。所得结论可直接指导实际生产,在提升产品品质的同时优化生产效率、控制成本,对推动CF/PEEK复合材料在各高端行业的规模化应用具有现实意义。