聚醚醚酮（PEEK）憑借其優(yōu)異的耐熱性、機械性能、摩擦學(xué)性能，以及低的摩擦系數(shù)、磨損率、比重，高的拉伸強度和楊氏模量，成為極具潛力的材料，甚至可成為鋼的替代品。近年來，3D 打印技術(shù)興起，通過 FDM 對 PEEK 進行 3D 打印受到廣泛關(guān)注，但該技術(shù)面臨諸多挑戰(zhàn)，同時也蘊含著新的機遇。

一、不同纖維增強 PEEK 復(fù)合材料性能研究

（一）FDM 打印參數(shù)對 CF/PEEK 和 GF/PEEK 復(fù)合材料機械性能的影響（Wang 等人）

• 抗拉與彎曲強度與溫度關(guān)系：復(fù)合材料的抗拉強度和彎曲強度隨噴嘴溫度和平臺溫度的增加而增加。
• 打印速度和層厚對力學(xué)性能影響：增加打印速度和打印層厚會降低復(fù)合材料的力學(xué)性能。
• 纖維增強與純 PEEK 性能對比：與純 PEEK 相比，纖維增強復(fù)合材料具有較高的抗拉強度和彎曲強度，但沖擊性能降低。

（二）碳纖維和不銹鋼纖維增強 PEEK 復(fù)合材料的摩擦磨損特性（Fu 等人）

• 基本摩擦磨損特性：材料表現(xiàn)出穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和較低的磨損率，磨粒磨損和粘著磨損發(fā)生在 200 - 350℃范圍內(nèi)，可在高溫下長期使用。
• 轉(zhuǎn)移膜作用：在摩擦過程中形成的轉(zhuǎn)移膜對增強 PEEK 的摩擦特性至關(guān)重要。
• 纖維對摩擦系數(shù)穩(wěn)定性的影響：不銹鋼纖維和碳纖維增強了聚合物 PEEK 基體摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性。

（三）CF 增強 PEEK 復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能（Gao 等人）

• 性能對比：CF 增強的 PEEK 的摩擦磨損性能比 GF 增強的 PEEK 有很大提高。
• 耐磨性能倍數(shù)差異：CF 增強 PEEK 的耐磨性能比 GF 增強 5 倍。

（四）納米粒子對 PEEK 復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的改善（Lin 等人）

Lin 等人在 PEEK/SCF 中加入納米 ZrO?粒子（80nm），顯著改善了復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能。

二、3D 打印 PEEK 的挑戰(zhàn)與機遇

（一）FDM 3D 打印 PEEK 的挑戰(zhàn)

• 各向異性機械性能：與傳統(tǒng)加工方法生產(chǎn)的零件相比，3D 打印聚醚醚酮存在各向異性的機械性能問題，了解不同工藝參數(shù)對制件最終性能的影響并找到最佳參數(shù)組合是獲得最佳性能的關(guān)鍵。
• FDM 固有問題的阻礙：熱梯度和 PEEK 的特定物理性能導(dǎo)致殘余應(yīng)力累積，引發(fā)翹曲和層間分層，嚴重影響制件的尺寸精度和機械性能。

（二）光固化 3D 打印 PEEK 的提出與問題

• 概念提出：為避免 FDM 技術(shù)問題，提出采用光固化 3D 打印聚醚醚酮的概念。
• 面臨問題
  • 聚醚醚酮在制備光敏樹脂過程中難溶解于反應(yīng)稀釋劑，難以配成所需原料。
  • 需解決如何設(shè)計聚醚醚酮分子結(jié)構(gòu)以在活性稀釋劑中有良好溶解性。
  • 需探索如何使光固化 3D 打印聚醚醚酮成型。
  • 需制備具有一定力學(xué)性能的聚醚醚酮光敏樹脂。

（三）機遇

聚醚醚酮應(yīng)用于 3D 打印技術(shù)，將為行業(yè)提供新應(yīng)用和機會，實現(xiàn)其在耐高溫零件以及摩擦器件等方面的應(yīng)用。因此，優(yōu)化 FDM 打印參數(shù)以及開發(fā)光敏聚醚醚酮樹脂成為重要挑戰(zhàn)。

三、具體研究方向及成果

（一）熔融沉積 3D 打印聚醚醚酮

• 研究方法：針對 FDM 3D 打印聚醚醚酮樹脂材料研究現(xiàn)狀，設(shè)計并打印不同填充圖案和填充方向的聚醚醚酮試樣，研究其力學(xué)性能。
• 進一步研究：在上述參數(shù)基礎(chǔ)上，分析填充率對聚醚醚酮摩擦學(xué)性能的影響，并分析摩擦機理。

（二）鑲嵌式聚醚醚酮復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能研究

• 制備方法：通過兩步法制備鑲嵌式聚醚醚酮復(fù)合材料。首先用 FDM 打印不同填充率的聚醚醚酮基材，根據(jù)填充率變化內(nèi)部孔排列也相應(yīng)變化；然后嵌入固體潤滑劑，用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑使基體與固體潤滑劑結(jié)合成整體。
• 研究內(nèi)容：分別研究粘結(jié)劑、填充率和潤滑劑含量對鑲嵌式聚醚醚酮復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響，并分析摩擦機理。

（三）光固化聚醚醚酮低聚物的制備及其性能研究

• 分子結(jié)構(gòu)設(shè)計：針對 FDM 3D 打印 PEEK 問題，設(shè)計具有光敏基團的聚醚醚酮分子結(jié)構(gòu)。選用帶 -CF? - 以及雙鍵基團的單體與 4,4 二氟二苯甲酮通過親核取代得到聚醚醚酮衍生物，對聚合物長鏈封端，獲得有一定溶解性和光敏性的聚醚醚酮低聚物，并進行結(jié)構(gòu)表征和性能測試。
• 樹脂墨水研究：利用制備的光敏聚醚醚酮低聚物配置光固化所需樹脂墨水，研究其力學(xué)性能和熱性能。

四、3D 打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

與傳統(tǒng)加工制造方法（如車削、銑削、磨削等）相比，3D 打印技術(shù)在航空航天、自動化、電子設(shè)備、生物醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)展迅猛。

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