一、3D打印PEEK試樣研究

Yang等人采用溫控3D打印系統(tǒng)制備了PEEK試樣，研究了各種熱處理?xiàng)l件（環(huán)境溫度、噴嘴溫度以及熱處理?xiàng)l件）與結(jié)晶度和力學(xué)性能之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫控3D打印方法在設(shè)計(jì)、控制和實(shí)現(xiàn)不同PEEK零件的結(jié)晶度和機(jī)械性能方面具有巨大潛力，即使同一PEEK零件的不同區(qū)域也存在結(jié)晶度和機(jī)械性能的差異。

Lee等人通過直接墨水書寫（DIW）在室溫下對(duì)PEEK進(jìn)行了3D打印，墨水由PEEK粉末、可溶性環(huán)氧功能化PEEK（e - PEEK）和苯醌組成。打印后的樣品經(jīng)熱處理導(dǎo)致e - PEEK組分交聯(lián)，最終得到的樣品Tg為158℃，熱分解溫度為528℃，具有優(yōu)異的熱性能、耐溶劑性能以及較強(qiáng)的機(jī)械性能。

二、PEEK性能及傳統(tǒng)加工模式研究

PEEK具有較低的摩擦系數(shù)和磨損率，耐磨性能較好。在優(yōu)化其摩擦學(xué)性能方面，纖維、固體潤滑劑和功能性納米顆粒在減少聚合物材料的摩擦磨損方面非常有用。其中，壓縮成型、擠出成型和注塑成型被認(rèn)為是聚合物基復(fù)合材料的傳統(tǒng)加工模式。

（一）Li團(tuán)隊(duì)研究

Li等人通過注塑成型制備了短玻纖（GF）增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料，研究了載荷和滑動(dòng)時(shí)間對(duì)GF/PEEK的摩擦系數(shù)和磨損率的影響，并研究了復(fù)合材料的力學(xué)性能、形貌和熱性能。
結(jié)果表明，隨著外加載荷和時(shí)間的增加，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率增加并趨于穩(wěn)定。與PEEK相比，GF/PEEK具有優(yōu)異的耐磨性，短玻纖從復(fù)合材料中擠出而非粉碎在其中。其熱分解溫度相比于純PEEK提高了75℃，拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別提高了64%和66%。

（二）Júlio團(tuán)隊(duì)研究

Júlio等人通過熱壓的方式制備了無定型二氧化硅纖維（NASF）和粒狀硅酸鋰鋯（LZSA）玻璃陶瓷的聚醚醚酮（PEEK）基復(fù)合材料，并研究了其滑動(dòng)摩擦磨損行為。
PEEK和PEEK - NASF復(fù)合材料的摩擦系數(shù)低于PEEK - LZSA。在模擬口腔的滑動(dòng)測(cè)試中，PEEK - NASF復(fù)合材料顯示出低的摩擦系數(shù)和高的耐磨性，接近于純PEEK。這些結(jié)果可促進(jìn)對(duì)PEEK復(fù)合材料的加工和摩擦學(xué)特性的進(jìn)一步研究，包括不同百分比的天然無定形二氧化硅纖維。

三、其他材料增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料研究

（一）Zhang團(tuán)隊(duì)研究

Zhang等人通過二氫銨吹制法成功合成了平均厚度為2nm的二維石墨氮化碳（g - C?N?）納米片（CNNS），然后與PEEK粉末共混，通過熱壓的方式得到聚醚醚酮復(fù)合材料，研究了其摩擦磨損行為。
在PEEK中添加微量的CNNS會(huì)降低基體的結(jié)晶度、提高硬度并增加合成油與PEEK材料表面的潤濕性。在PEEK中添加2vol%的CNNS時(shí)，接觸角從13.8°降低到5.5°。納米片的加入顯著提高了PEEK在邊界和混合潤滑條件下的耐磨性，特別是，當(dāng)添加0.5vol%CNNS就可以使PEEK的磨損量減少，這與填充20倍體積分?jǐn)?shù)的碳纖維或g - C?N?顆粒獲得的磨損量值相當(dāng)。界面分析表明，在摩擦過程中生成了含有大量CNNS納米片的摩擦轉(zhuǎn)移膜，通過減少摩擦副在材料表面的直接摩擦來增強(qiáng)邊界潤滑性。

（二）Balaji團(tuán)隊(duì)研究

Balaji等人研究了用0 - 30wt%的氮化硅納米粒子（Si?N?）增強(qiáng)的高性能聚醚醚酮基納米復(fù)合材料的結(jié)晶度、形態(tài)、顯微硬度、劃痕硬度和磨損行為。
Si?N?在PEEK基體中均勻分布，結(jié)晶度在含量為2.5%時(shí)增加，之后隨著Si?N?含量的增加而降低，比磨損率顯著降低；當(dāng)含量為10%時(shí)，結(jié)晶峰溫度和起始結(jié)晶溫度增加了14℃，并且維氏硬度和劃痕硬度顯著增加，比磨損率達(dá)到最低，但摩擦系數(shù)比純PEEK的大。

（三）Molazemhosseini團(tuán)隊(duì)研究

Molazemhosseini等人通過熔融混合的工藝制備了用短碳纖維（SCF）和表面改性的納米SiO?顆粒增強(qiáng)的聚醚醚酮雜化復(fù)合材料，研究了SiO?含量對(duì)PEEK/SCF/納米SiO?復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響。
納米SiO?顆粒的加入顯著降低了摩擦系數(shù)，在所有滑動(dòng)載荷下，增加納米顆粒含量也會(huì)導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低。但是，復(fù)合材料的耐磨性受施加載荷的影響。

（四）Barletta團(tuán)隊(duì)研究

Barletta等人通過將大顆粒PEEK分散在甲基苯基聚硅氧烷（MPP）中，制備了熱塑合物增強(qiáng)熱固性樹脂的復(fù)合材料，然后分析了其性能。
復(fù)合涂層的中溫固化導(dǎo)致聚硅氧烷樹脂更硬，可以更好地粘附在金屬上，并且能夠更好地保留PEEK增強(qiáng)材料。進(jìn)一步提高固化溫度會(huì)使聚硅氧烷樹脂更脆，其中的PEEK粉末會(huì)部分減輕復(fù)合涂層的性能損失。

四、3D打印聚醚醚酮性能提升研究

目前人們通過改進(jìn)3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化打印參數(shù)和熱處理方式等方法，對(duì)3D打印聚醚醚酮樣件的力學(xué)性能、熱性能以及摩擦學(xué)性能進(jìn)行提升。但純PEEK并不能滿足其在不同場合應(yīng)用的需求，因此，國內(nèi)外研究者通過加入纖維、無機(jī)納米顆?；蚱渌酆衔飦硖岣咂湫阅?。

（一）Lin團(tuán)隊(duì)研究

Lin等人為了減少材料的浪費(fèi)，增加涂層的附著力，以純PEEK為襯底，然后采用FDM打印技術(shù)在其表面打印了CF/PEEK復(fù)合材料。首先在鋼環(huán)上滑動(dòng)來評(píng)估PEEK/CF涂層的摩擦學(xué)性能，之后將納米二氧化硅注入到聚合物和鋼環(huán)的界面，研究了納米二氧化硅對(duì)涂層摩擦學(xué)性能的影響。
摩擦系數(shù)和磨損率強(qiáng)烈依賴于滑動(dòng)方向。當(dāng)滑動(dòng)垂直于碳纖維發(fā)生時(shí)，這兩個(gè)特征值都較低。將納米二氧化硅引入界面可以顯著提高涂層材料的摩擦性能。

（二）Stepashkin團(tuán)隊(duì)研究

Stepashkin等人采用定制的FDM打印機(jī)對(duì)CF/PEEK復(fù)合材料進(jìn)行了零件的制造，并與通過鑄造方式生產(chǎn)的復(fù)合材料零件進(jìn)行了比較。
結(jié)果表明，3D打印的CF/PEEK復(fù)合材料零件在微觀結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出獨(dú)特的層狀特征，這種結(jié)構(gòu)在一定程度上影響了其力學(xué)性能。相較于鑄造零件，3D打印零件在特定方向上的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度有所差異，但通過優(yōu)化打印路徑和參數(shù)，可以顯著縮小這種差距。同時(shí)，3D打印零件在制造周期和設(shè)計(jì)靈活性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠快速制造出復(fù)雜形狀的零件，滿足一些特殊應(yīng)用場景的需求。

五、PEEK復(fù)合材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用探索

（一）航空航天領(lǐng)域

航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧系男阅芤髽O為嚴(yán)苛，需要材料具備高強(qiáng)度、低密度、耐高溫、耐腐蝕等特性。PEEK復(fù)合材料憑借其優(yōu)異的綜合性能，在該領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。例如，一些研究團(tuán)隊(duì)嘗試將碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)的結(jié)構(gòu)部件，如機(jī)翼、機(jī)身框架等。通過模擬飛行環(huán)境下的力學(xué)測(cè)試和熱循環(huán)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合材料能夠有效減輕飛機(jī)重量，提高燃油效率，同時(shí)承受復(fù)雜的載荷和溫度變化，保障飛行安全。此外，PEEK復(fù)合材料還可用于制造航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件，其耐高溫性能能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部高溫環(huán)境的要求，減少因高溫導(dǎo)致的材料失效問題。

（二）生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，PEEK復(fù)合材料因其良好的生物相容性、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性而受到廣泛關(guān)注。例如，在骨科植入物方面，傳統(tǒng)的金屬植入物存在應(yīng)力遮擋效應(yīng)、易腐蝕等問題，而PEEK復(fù)合材料可以通過調(diào)整其成分和結(jié)構(gòu)，使其彈性模量更接近人體骨骼，減少應(yīng)力遮擋效應(yīng)，促進(jìn)骨組織的生長和愈合。一些研究將羥基磷灰石等生物活性陶瓷顆粒添加到PEEK中，制備出具有良好生物活性的復(fù)合材料，進(jìn)一步提高了植入物與人體組織的結(jié)合能力。此外，PEEK復(fù)合材料還可用于制造牙科種植體、醫(yī)療器械手柄等，為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了更多優(yōu)質(zhì)的材料選擇。

（三）汽車工業(yè)領(lǐng)域

隨著汽車工業(yè)向輕量化、高性能化方向發(fā)展，對(duì)材料的要求也越來越高。PEEK復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)周邊部件、傳動(dòng)系統(tǒng)部件和內(nèi)飾部件等方面。在發(fā)動(dòng)機(jī)周邊，PEEK復(fù)合材料可用于制造進(jìn)氣歧管、節(jié)氣門體等部件，其耐高溫、耐化學(xué)腐蝕的性能能夠適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部惡劣的工作環(huán)境。在傳動(dòng)系統(tǒng)中，PEEK復(fù)合材料制造的齒輪、軸承等部件具有低摩擦、高耐磨的特點(diǎn)，能夠提高傳動(dòng)效率，減少能量損失。同時(shí)，PEEK復(fù)合材料還可用于制造汽車內(nèi)飾件，如儀表盤、車門內(nèi)飾板等，其良好的外觀質(zhì)量和加工性能能夠滿足汽車內(nèi)飾的設(shè)計(jì)要求。

六、未來研究方向與挑戰(zhàn)

（一）深入研究增強(qiáng)機(jī)制

盡管目前已經(jīng)開展了大量關(guān)于PEEK復(fù)合材料的研究，但對(duì)于不同增強(qiáng)相與PEEK基體之間的界面結(jié)合機(jī)制、增強(qiáng)相在基體中的分散機(jī)制等還缺乏深入的理解。未來的研究需要借助先進(jìn)的微觀表征技術(shù)，如原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡等，從原子和分子層面揭示增強(qiáng)機(jī)制，為優(yōu)化復(fù)合材料的性能提供理論依據(jù)。

（二）開發(fā)新型增強(qiáng)相

目前常用的增強(qiáng)相如碳纖維、無機(jī)納米顆粒等雖然能夠顯著提高PEEK的性能，但也存在一些局限性，如成本較高、加工難度大等。因此，開發(fā)新型、低成本、高性能的增強(qiáng)相是未來的一個(gè)重要研究方向。例如，一些天然纖維、生物基納米材料等具有可再生、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，有望成為PEEK復(fù)合材料的新型增強(qiáng)相。

（三）優(yōu)化3D打印工藝

3D打印技術(shù)為PEEK復(fù)合材料的制造提供了新的途徑，但目前的3D打印工藝還存在一些問題，如打印精度不高、內(nèi)部缺陷較多等。未來的研究需要進(jìn)一步優(yōu)化3D打印工藝參數(shù)，如打印溫度、打印速度、層厚等，提高打印件的質(zhì)量和性能。同時(shí)，開發(fā)新型的3D打印設(shè)備和材料體系，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。

（四）拓展應(yīng)用領(lǐng)域

雖然PEEK復(fù)合材料已經(jīng)在一些領(lǐng)域得到了應(yīng)用，但仍有許多潛在的應(yīng)用領(lǐng)域有待開發(fā)。未來的研究需要加強(qiáng)與不同行業(yè)的合作，深入了解各行業(yè)對(duì)材料性能的需求，針對(duì)性地開發(fā)適合不同應(yīng)用場景的PEEK復(fù)合材料，拓展其應(yīng)用范圍。

綜上所述，PEEK及其復(fù)合材料在材料科學(xué)領(lǐng)域具有重要的研究價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。通過不斷深入研究其性能、優(yōu)化制備工藝和拓展應(yīng)用領(lǐng)域，有望為航空航天、生物醫(yī)學(xué)、汽車工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展提供有力的材料支持。

上一篇：PEEK不同溫度生產(chǎn)及性能影響
下一篇：3D 打印聚醚醚酮（PEEK）研究綜述