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剪切载荷下温度和应变率对CF/PEEK复合材料强化行为的影响

日期:2020/11/10

碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)是一种高性能热塑性复合材料,与传统的碳纤维增强环氧树脂热固性复合材料相比,具有高温力学性能好、热稳定性好、抗冲击、易修复、易存储以及成型效率高等特点。因此CF/PEEK复合材料广泛应用于航空航天领域、汽车、医疗、石油化工等等。

近日,南京航空航天大学的齐振超教授发表了一篇名为《剪切载荷下温度和应变率对碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料强化行为的影响》,系统地研究了温度和应变对CF/PEEK复合材料剪切行为的影响,发现随着温度从20 ℃升高到130 ℃屈服应力下降了66%左右,下降速度先快后慢,如图1所示;随着应变率从10-5s-1提高到0.1s-1屈服应力均匀增大了35%左右,如图2所示,为拓宽CF/PEEK的应用范围做出贡献。其中,他们选用的CF/PEEK复合材料来源于江苏君华特种工程塑料制品有限公司。

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近几年对PEEK的研究主要集中在医疗器械方面,这主要是由于PEEK的弹性模量约为34 GPa,与纯钛(110 GPa)相比,更接近骨组织的弹性模量(松质骨3.27.8 GPa,皮质骨1720 GPa),可以避免应力遮挡效应,有效地将骨组织界面的应力均衡传递,维持骨结合界面的稳定。然而与金属种植体相比,PEEK的机械性能有待提高,而纤维增强就是一个很有效的方法。目前有玻纤、碳纤增强PEEK复合材料,以CF/PEEK为例,采用CF/PEEK单向预浸料0°制备LU-CF/PEEK,其纵向模量可达130 GPa

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目前,PEEK及其增强材料在医疗行业的应用有,用在骨科手术机器人手术定位的PEEK定位架、PEEK医疗导管、股骨髓内钉瞄准架、PEEK外固定支架等。

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文章中图表及数据载自:姚晨熙,齐振超,陈文亮,等.剪切载荷下温度和应变率对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料强化行为的影响 [J].复合材料学报, 2021, 38.

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