如何評價連續(xù)性碳纖維增強Peek的耐濕熱性能？

時間：2019-12-30

對高性能復(fù)合材料來說，不僅材料本身要具備很高的力學(xué)性能，還應(yīng)該具有能耐受高溫、濕度、腐蝕等良好的環(huán)境適應(yīng)能力。碳纖維增強peek復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于航空、**機械、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，是碳纖維高性能復(fù)合材料的典型應(yīng)用形式之一，除了高強度、高模量等特點外，耐濕熱性也是碳纖維增強peek復(fù)合材料受到業(yè)內(nèi)重視的主要原因。

濕熱的環(huán)境對一般的復(fù)合材料來說影響比較明顯。本來在高溫條件下，纖維與基體在熱膨脹系數(shù)方面的差異就*導(dǎo)致基體與纖維的界面處產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。潮濕的環(huán)境下，空氣及應(yīng)用環(huán)境中較大的水分會使樹脂基體發(fā)生溶脹，纖維與樹脂界面生成溶脹應(yīng)力，水分子和其它介質(zhì)材料在界面處的不斷擴散和滲透引發(fā)界面脫粘，從而引起復(fù)合材料性能方面的變化。

如果在溫度又高、濕度又大的濕熱情況下，水分子在高溫條件下運動就會加快，同時復(fù)合材料中樹脂基體的鏈段松弛運動也會加快，水分子滲透進入復(fù)合材料內(nèi)部的速度也相應(yīng)加快，那么這對于復(fù)合材料性能方面的影響也會較大。

但是，碳纖維增強peek復(fù)合材料卻具有良好的耐濕熱性能，在水、高溫和其它具有腐蝕性介質(zhì)介入的情況下，纖維與基體界面粘結(jié)較好，力學(xué)性能基本沒有改變。

在此過程中，用作增強體的碳纖維發(fā)揮了巨大的作用。不過，使用碳纖維增強peek，一般有三種形式，較為常見的是粉末碳纖維增強，其次是短切碳纖維增強，再者就是連續(xù)碳纖維增強的方式。目前，國內(nèi)以前兩者產(chǎn)品居多，但是和連續(xù)性碳纖維增強peek相比，這兩種形式在性能方面還是有一定差距的。無錫智上新材采用連續(xù)性碳纖維增強peek的形式，為骨外科制作了固定器、瞄準(zhǔn)器和支架等醫(yī)療器械零部件，這種連續(xù)性碳纖維增強peek復(fù)合材料不僅在強度、耐磨性等方面表現(xiàn)出比粉末、短切碳纖維增強peek復(fù)合材料較強的性能優(yōu)勢，在耐濕熱方面優(yōu)勢也同樣明顯。

因為增強體碳纖維很大程度上限制了聚醚醚酮樹脂基體的鏈段運動，而連續(xù)性碳纖維增強的peek復(fù)合材料使之具有較加優(yōu)異的耐高溫性能。通過動態(tài)機械性能分析的方法可知，連續(xù)性碳纖維增強peek復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比聚醚醚酮樹脂本身的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度要高許多，而且連續(xù)性碳纖維增強peek復(fù)合材料的儲能模量在達到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度后依然能維持很高的水平，直至達到343℃熔點溫度之后才會下降。

壓力蒸汽滅菌因為滅菌*、可靠、經(jīng)濟、方便等優(yōu)點成為醫(yī)院消毒可以選擇方法，但是要求被消毒物必須能耐高溫、耐高濕。無錫智上新材采用連續(xù)性碳纖維增強peek復(fù)合材料制作而成的骨科醫(yī)療器械，在經(jīng)過121℃20分鐘或者134℃4分鐘等不同的高溫滅菌過程后，通過檢測發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料中的peek樹脂對碳纖維還能保持良好的浸潤性，碳纖維表面不僅附著了大量的peek樹脂，而且其與樹脂的結(jié)合還很牢固，碳纖維與peek樹脂之間的界面并沒有受到明顯破壞。由此可見，連續(xù)性碳纖維增強的peek復(fù)合材料在高溫高濕的情況下依然能保持優(yōu)異的力學(xué)性能。

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