CF-PEEK復(fù)合材料的科學(xué)計(jì)量分析：研究趨勢(shì)與新興機(jī)遇
碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮（CF-PEEK）是航空、國(guó)防和醫(yī)療領(lǐng)域材料領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性進(jìn)展。這種復(fù)合材料將碳纖維的輕量化特性與聚醚醚酮（PEEK）卓越的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性相結(jié)合，為航空航天應(yīng)用帶來(lái)了無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
其優(yōu)異的強(qiáng)度重量比使其特別適用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件，有助于降低燃油消耗并提高有效載荷能力。此外，CF-PEEK 出色的抗疲勞性和耐腐蝕性確保了關(guān)鍵部件的堅(jiān)固性和耐用性，從而在嚴(yán)苛的飛行條件下增強(qiáng)了安全性和可靠性。在工程領(lǐng)域，CF-PEEK 在各類(lèi)飛機(jī)部件中應(yīng)用廣泛，包括機(jī)身面板、機(jī)翼段和內(nèi)部固定裝置。
其卓越的熱穩(wěn)定性使其能夠在高溫環(huán)境中運(yùn)行，例如發(fā)動(dòng)機(jī)艙和超音速飛行中受摩擦加熱的氣動(dòng)表面。CF-PEEK 的高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg≈143°C）和熔點(diǎn)（≈343°C）使其在熱應(yīng)力下仍能保持優(yōu)異的機(jī)械性能。與碳纖維增強(qiáng)聚醚酰亞胺（CF-PEI，Tg≈217°C）或碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚（CF-PPS，Tg≈85°C）等材料相比，CF-PEEK 在高溫下仍能保持剛度和強(qiáng)度。
此外，其固有的耐化學(xué)性和耐溶劑性使 CF-PEEK 成為不可避免接觸液壓油、燃料和其他腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)景的理想選擇。隨著航空航天技術(shù)的進(jìn)步，CF-PEEK 仍是核心材料，助力打造更輕、更強(qiáng)、更高效的飛機(jī)設(shè)計(jì)。
CF-PEEK（碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮）注塑成型機(jī)是用于制造高強(qiáng)度、高剛度和高耐熱性高性能塑料部件的專(zhuān)用設(shè)備。CF-PEEK 是一種碳纖維增強(qiáng)熱塑性聚合物，以其優(yōu)異的機(jī)械性能和耐化學(xué)性著稱(chēng)。
CF-PEEK 注塑成型機(jī)必須配備能夠應(yīng)對(duì)這種材料獨(dú)特特性的物料處理系統(tǒng)，包括高熔融溫度和耐磨性。CF-PEEK 需要注塑成型機(jī)能夠達(dá)到并維持高溫以有效熔化材料。這類(lèi)機(jī)器通常如圖 2 所示，配備專(zhuān)用加熱元件、高溫料筒和先進(jìn)的溫度控制系統(tǒng)，以確保成型過(guò)程中溫度的精確控制。
由于碳纖維的磨蝕性，CF-PEEK 注塑成型機(jī)通常采用增強(qiáng)部件和耐磨表面，以承受材料加工的嚴(yán)苛條件，避免過(guò)早磨損或損壞。用于 CF-PEEK 的注塑模具設(shè)計(jì)必須與材料特性和加工要求相匹配。模具設(shè)計(jì)需考慮部件幾何形狀、澆口、冷卻通道和排氣系統(tǒng)，以確保熔融材料的充分填充、保壓和冷卻。
總體而言，CF-PEEK 注塑成型機(jī)專(zhuān)為應(yīng)對(duì)這種先進(jìn)材料的加工挑戰(zhàn)而設(shè)計(jì)，通過(guò)精確控制、耐用性和可靠性，為航空航天、汽車(chē)、國(guó)防和醫(yī)療設(shè)備等嚴(yán)苛應(yīng)用領(lǐng)域生產(chǎn)高質(zhì)量、高性能的塑料部件。
如圖 3 (a) 所示，在注塑成型過(guò)程中，多種因素對(duì)碳纖維增強(qiáng) PEEK（CF-PEEK）復(fù)合材料的質(zhì)量和性能有顯著影響。加工溫度至關(guān)重要，必須精確控制以確保 PEEK 基體充分熔化而不損壞碳纖維。CF-PEEK 的最佳加工溫度約為 360–400°C，這一溫度與 CF-PEI、CF-PPS 等其他高性能復(fù)合材料的加工溫度有所不同。
高加工溫度可提高結(jié)晶度，減少孔隙形成并增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。本文已納入相關(guān)參考文獻(xiàn)和對(duì)比數(shù)據(jù) 。注塑壓力和速度也很重要，它們影響復(fù)合材料填充模具的效果，進(jìn)而影響最終部件的密度和纖維排列。
冷卻速率同樣關(guān)鍵，冷卻不足可能導(dǎo)致成型產(chǎn)品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、翹曲或收縮 。所采用的排列方法（注塑成型 + 剪切誘導(dǎo)排列）可確保纖維分布均勻，減少應(yīng)力集中點(diǎn)，比傳統(tǒng)方法的隨機(jī)排列或手動(dòng)堆疊技術(shù)更有效 。此外，復(fù)合材料中纖維的長(zhǎng)度和取向是機(jī)械性能的關(guān)鍵決定因素，通常纖維越長(zhǎng)、取向越優(yōu)，強(qiáng)度和剛度越高。較長(zhǎng)的碳纖維可提高載荷傳遞效率，通過(guò)改善聚合物基體內(nèi)的應(yīng)力分布，實(shí)現(xiàn)更高的拉伸強(qiáng)度和剛度。
本文已納入相關(guān)研究的實(shí)證證據(jù) ，對(duì)比了不同纖維長(zhǎng)度 CF-PEEK 的機(jī)械性能。最后，模具設(shè)計(jì)（包括澆口系統(tǒng)和排氣等方面）對(duì)確保材料充分流動(dòng)和實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量最終產(chǎn)品至關(guān)重要，因此必須優(yōu)化這些因素以獲得 CF-PEEK 復(fù)合材料的理想性能。
如圖 3 (b) 所示，碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮（CF-PEEK）復(fù)合材料的注塑成型具有多項(xiàng)顯著優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)能夠精確、高效地制造復(fù)雜形狀，且質(zhì)量穩(wěn)定、尺寸精度高，適用于航空航天和汽車(chē)等領(lǐng)域所需的精密部件。通過(guò)確保碳纖維在基體內(nèi)的優(yōu)化排列和分布，該技術(shù)還能改善 CF-PEEK 復(fù)合材料的機(jī)械性能，如增強(qiáng)強(qiáng)度和剛度。此外，注塑成型通過(guò)優(yōu)化材料使用量和減少后續(xù)加工需求，支持高 - volume 生產(chǎn)且浪費(fèi)少，從而實(shí)現(xiàn) CF-PEEK 復(fù)合材料部件的低成本生產(chǎn)和卓越性能 。
CF-PEEK 復(fù)合材料在航空航天工業(yè)中廣泛應(yīng)用于機(jī)翼、機(jī)身和發(fā)動(dòng)機(jī)等飛機(jī)部件。CF-PEEK 復(fù)合材料的使用有助于減輕飛機(jī)重量，提高燃油效率并減少排放。在汽車(chē)工業(yè)中，CF-PEEK 復(fù)合材料越來(lái)越多地用于驅(qū)動(dòng)軸、懸架和制動(dòng)部件等。其應(yīng)用有助于減輕車(chē)輛重量，提升燃油效率和性能 。在醫(yī)療領(lǐng)域，CF-PEEK 復(fù)合材料用于骨科植入物、牙科植入物和手術(shù)器械等多種外科應(yīng)用，推動(dòng)了生物相容性好、強(qiáng)度高且耐用的新型醫(yī)療設(shè)備的開(kāi)發(fā)。
CF-PEEK 復(fù)合材料還應(yīng)用于半導(dǎo)體制造、石油天然氣和體育器材等其他行業(yè)。在半導(dǎo)體制造業(yè)中，CF-PEEK 復(fù)合材料用于需承受高溫和腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的設(shè)備部件；在石油天然氣行業(yè)，用于高強(qiáng)度、耐用且耐腐蝕的井口部件；在體育器材行業(yè)，用于高爾夫球桿、曲棍球棍等需要輕量化和高強(qiáng)度的設(shè)備，如圖 4 所示 。
文獻(xiàn)計(jì)量分析是評(píng)估特定研究領(lǐng)域重要性、趨勢(shì)和模式的關(guān)鍵方法。通過(guò)分析出版物記錄、引文數(shù)據(jù)和作者貢獻(xiàn)，它能夠揭示領(lǐng)域內(nèi)的有影響力研究、新研究方向和主要貢獻(xiàn)者。這種方法為研究主題的發(fā)展演變提供有價(jià)值的見(jiàn)解，揭示合作關(guān)系和研究網(wǎng)絡(luò)，并評(píng)估科學(xué)文獻(xiàn)的影響力和范圍。它通常用于支持戰(zhàn)略研究規(guī)劃、指導(dǎo) funding 決策，并通過(guò)全面概述學(xué)術(shù)環(huán)境和確定進(jìn)一步研究領(lǐng)域?yàn)槲墨I(xiàn)綜述提供支持。
結(jié)論：
科學(xué)計(jì)量分析顯示，2010年至2023年間，碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮（CF - PEEK）的研究呈現(xiàn)出顯著且持續(xù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)，年發(fā)表增長(zhǎng)率為5.54%。這種日益增長(zhǎng)的關(guān)注度凸顯了該材料在先進(jìn)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是航空航天、汽車(chē)和醫(yī)療領(lǐng)域的關(guān)鍵作用。