碳纤维增强PEEK在低空领域的应用

碳纤维增强PEEK在低空领域的应用

聚醚醚酮（PEEK）是一种特种工程塑料，具有耐高温、耐低温、耐磨损、高强度、耐腐蚀、抗伽马射线辐射、耐疲劳、易成型等优点，是综合性能非常突出的高性能聚合物之一。PEEK逐渐在航空、航天、军工、核电等领域替代传统金属材料，在低空经济领域也展现出越来越重要的作用。与金属材料相比，PEEK抗疲劳性强，能在260℃的高温下保持高刚性，刚性是铝合金的4倍、钢铁的1.5倍，且重量仅为铝合金的二分之一。

图 鹏孚隆

碳纤维增强PEEK材料

碳纤维增强PEEK复合材料，指碳纤维以短碳纤维（SCF）、长碳纤维（LCF）和连续碳纤维（CCF）或者织物形式增强PEEK树脂基的复合材料。纯PEEK本身是一种特殊的工程塑料，具有抗辐射、自润滑、耐高温、耐磨损、抗疲劳等特点。经过碳纤维增强的PEEK材料性能比纯PEEK材料在诸多方面都有提升。

30%的短碳纤维增强聚醚醚酮复合材料在室温下，拉伸强度比未增强时增加至少一倍，在 150 ℃下达到三倍，而聚丙烯氰基连续碳纤维以带状单项预浸增强聚醚醚酮材料在室温下拉伸强度是未增强聚醚醚酮材料的二十倍。同时增强后的复合材料在冲击强度、弯曲强度和模量方面也得到了大幅度的提升，伸长率急剧降低，热变形温度可超过300℃。复合材料的冲击能量吸收率直接影响到复合材料在承受冲击时的表现，碳纤维增强聚醚醚酮 PEEK 复合材料显示出高达180kJ/kg的比能吸收能力。

碳纤维的增强在一定程度上能抵御PEEK的热软化，形成强度非常高的转移膜有效地保护接触区域，所以碳纤维增强聚醚醚酮 PEEK 复合材料的磨损率明显比纯PEEK要低。碳纤维增强聚醚醚酮PEEK复合材料用于零部件制作，可以有效避免金属或者陶瓷材料容易产生表面裂纹等这类问题，其优良的摩擦学性能甚至超过超高摩尔质量的聚乙烯。

与传统的铝合金和不锈钢材料相比，PEEK复合材料轻质、强度优势明显。

碳纤维增强PEEK在无人机上的运用

在飞行器高速运动的工况中，低质量意味着低惯性，可以实现更高的操控精度。特别是通过碳纤维增强PEEK热塑性复合材料，可使其性能得到进一步提升，在低空经济领域具备较高的应用潜力。

图 无人机PEEK桨叶 来源：君华特塑

碳纤维增强PEEK在无人机上可用于制造无人机的框架、螺旋桨和发动机部件，以及低空飞行汽车的轻质结构部件，如座椅、门和窗框等，还可用于制造传感器和控制系统的外壳。

优势包括：

• 减重降噪：使用PEEK及短纤维复合材料后，减重的同时还可以保持机身材料的性能优异，提高了桨叶自身的强度，动态平衡更好，静音降噪效果更显著。
• 高强度：相比传统金属材料，PEEK具有很高的抗拉强度和耐疲劳性，适合承受重复使用和极端负载。
• 飞行稳定性好：PEEK及其复合材料热膨胀系数小、抗疲劳能力和抗振能力强，可以在恶劣环境下正常使用，桨叶不易因外界环境而产生形变，使用寿命长。
• 耐热性：PEEK能够在极端温度下保持性能。
• 耐化学性：PEEK对多数溶剂、化学品和辐射具有很好的抵抗力，适合在恶劣环境中使用。
• 自润滑性：PEEK的自润滑性能减少了部件间的摩擦，延长了设备的使用寿命。

目前，国内外供应碳纤维增强PEEK复合材料的企业有赢创、Syensqo、威格斯、东丽、帝人、icotecag、中研股份、君华特塑、南京首塑、凯盛新材、鹏孚隆等。