機織復(fù)合材料的案例
機織復(fù)合材料細觀損傷分析仿真
機織復(fù)合材料
猶記得研究生面試，老師問我知不知道你導(dǎo)師是研究什么方向的。
這題我有準備，遂答：先進復(fù)合材料。先進這個詞我還刻意加重了語氣。
其實當(dāng)時來說，先進在哪我是一概不知。本文就以機織復(fù)合材料為題，看看先進復(fù)合材料力學(xué)性能的常用研究方法。
目前工業(yè)上用的最多的一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是層合板。它像千層底布鞋那樣，由很多層纖維布堆疊而成。每一層的纖維絲都有一個特定的角度，通過調(diào)整這個角度，可以讓層合板在我們需要的方向上提供最優(yōu)的力學(xué)性能。
這一點與各個方向力學(xué)性能都一致的金屬材料差別很大，也是復(fù)合材料區(qū)別于傳統(tǒng)材料最明顯的一點。也就是說，復(fù)合材料這個特點，讓材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計有了更多的選擇。
層合板結(jié)構(gòu)
正所謂：成也蕭何敗蕭何。層層相貼的特點，讓層合板一直飽受分層的困擾。
為此發(fā)展出z向穿刺、縫合等技術(shù)，目的就是讓層和層連起來。
目前最先進的當(dāng)屬三維紡織復(fù)合材料。不同于層合板的纖維布堆疊結(jié)構(gòu)，三維紡織復(fù)合材料通過紡織工藝，像織毛衣那樣，直接用纖維束織出我們需要的結(jié)構(gòu)形狀。
這樣做的優(yōu)點是，可以克服層合板內(nèi)層與層之間容易脫粘分離的缺點，真正實現(xiàn)每個纖維的“物盡其用”。這種結(jié)構(gòu)需要依靠高難度的設(shè)計技術(shù)、紡織工藝和成型工藝，因此目前僅在少量的高端部件上有所應(yīng)用。
來源：http://structures.dhu.edu.cn/_s288/f3/92/c14173a193426/page.psp
比如當(dāng)前最先進的LEAP航空發(fā)動機葉片，就是采用了三維紡織復(fù)合材料進行制造。
來源：https://www.sohu.com/a/160320905_732047
機織材料作為紡織復(fù)合材料的一種，由于其制造相對簡單，目前應(yīng)用較多。
展開 手搓TexGen—三維機織（2.5D）復(fù)合材料參數(shù)化網(wǎng)格生成技術(shù)
我們可以把前面談到的參數(shù)化網(wǎng)格生成技術(shù)用到三維機織復(fù)合材料上，想做什么結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格就做什么結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格，還是網(wǎng)格質(zhì)量更好的六面體。
三維機織復(fù)合材料參數(shù)化生成網(wǎng)格技術(shù)
看過前面文章的朋友應(yīng)該知道，我們對于機織材料做網(wǎng)格，是直接跳過CAD模型這一步的。
直接根據(jù)幾何特點做網(wǎng)格，而不是先有CAD幾何。當(dāng)然，這需要了解網(wǎng)格的構(gòu)造原理。ABAQUS的六面體網(wǎng)格，只要知道構(gòu)造網(wǎng)格的8個節(jié)點和排序規(guī)律，就可以用一行字符創(chuàng)建出網(wǎng)格。
類比到修真世界，就是口訣（代碼）+符咒（字符串）+陣法（數(shù)據(jù)排布）。
機織復(fù)合材料看似復(fù)雜、幾何參數(shù)多。但是由于周期性排布的特點，總能找到一個代表性單元。只要把握住這個代表性單元，就完成了一般的工作。
只要是經(jīng)緯排布的紗線，我們總可以找到這樣一個基礎(chǔ)紗線軌跡（紅色線）：
然后用這個基礎(chǔ)軌跡，作對稱、平移等等，得到更大尺寸和更多數(shù)量的結(jié)構(gòu)：
再之后就是將紗線截面沿著軌跡掃掠，邊掃掠，邊得到網(wǎng)格：
同時，根據(jù)軌跡生成材料局部坐標系：
三維機織復(fù)合材料參數(shù)化網(wǎng)格生成軟件
我們將上述方法集成到軟件中，就得到了快速創(chuàng)建網(wǎng)格的軟件：
纖維軌跡c
纖維網(wǎng)格
樹脂網(wǎng)格
效果
彎聯(lián)結(jié)構(gòu)
直聯(lián)結(jié)構(gòu)
嵌入式約束將樹脂和纖維耦合
展開 手搓TexGen—機織蜂窩復(fù)合材料網(wǎng)格生成器
我們把機織蜂窩復(fù)合材料自動生成網(wǎng)格這個技術(shù)也軟件化。
纖維材料方向的處理
我們知道纖維束是橫觀各向同性的，橫觀各向同性只是聽起來像各向同性，它實質(zhì)上還是個各向異性，需要根據(jù)其走向給單元賦材料方向。
由于我們事先建立了纖維軌跡的理論模型，三維網(wǎng)格也是通過截面貫穿軌跡得到的。這個技術(shù)方案天然地，就會在生成網(wǎng)格過程中，自然的得到局部材料坐標系，我們只需要在這個過程里把材料方向和網(wǎng)格數(shù)據(jù)一同儲存，隨后寫入inp中即可。
基體的處理
我們在《機織復(fù)合材料細觀損傷分析》一文中，已經(jīng)闡明，可以采用嵌入式約束的方法將纖維和基體進行耦合，這樣可以不對基體做布爾運算，簡單的六面體網(wǎng)格進行基體單元的快速劃分。
對于機織蜂窩復(fù)合材料來說，這里會增加一個難題，就是基體也是蜂窩狀的，即它在空間中也是間斷的，不是連續(xù)的。這就不好用一個大的六面體進行包裹，因此網(wǎng)格難度增加了。
但是我們采用了體素的思想，適當(dāng)降低基體范圍的精度，只在纖維區(qū)域進行基體創(chuàng)建。
軟件開發(fā)
我們設(shè)計了一個簡單的界面，左邊輸入基本織物參數(shù)，右邊通過選項卡，可以逐步生成纖維三維軌跡、纖維網(wǎng)格、基體網(wǎng)格，網(wǎng)格結(jié)果導(dǎo)出為ABAQUS inp文件，可以直接導(dǎo)入ABAQUS。
有軟件的好處就來了，想改什么參數(shù)，點幾下就搞定了。
除此之外，我們還給每個視口放了三視圖按鈕，方便觀察。
網(wǎng)格的密度也做參數(shù)化，可以調(diào)節(jié)網(wǎng)格數(shù)量和分布。
仿真效果
我們把模型導(dǎo)入到ABAQUS中，簡單仿真一些工況。
展開 機織復(fù)合材料紗線方向賦予 ￥18
<div contenteditable="false" width="100%">
<p><span style="font-family:'宋體';font-size:12.0pt;white-space:pre-wrap;">機織復(fù)合材料方向</span><span style="font-family:'宋體';font-size:12.0pt;white-space:pre-wrap;">賦予</span></p>
<p class="a a3"><span class="a a3">1. </span><span class="a a3" style="font-size:12.0pt;white-space:pre-wrap;">分段賦予方向</span></p>
<p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202303/126e50d847f22ed0c77d0cb14f66beb1.png" style="width:415.3pt;height:184.55pt;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/msimage/202303/126e50d847f22ed0c77d0cb14f66beb1.png?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/msimage/202303/126e50d847f22ed0c77d0cb14f66beb1.png?
展開 
體素思想—三維機織（2.5D）復(fù)合材料參數(shù)化網(wǎng)格技術(shù)
但是由于TexGen名氣實在太大，很多人比較認可，我們決定也基于體素思想，寫一版三維機織復(fù)合材料建模軟件。</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202512/attachment/a4b4d9b46dc648e5abd437c2972ce7b0.png" style="display: inline-block;">
<img src="https://img.jishulink.com/202512/attachment/a4b4d9b46dc648e5abd437c2972ce7b0.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202512/attachment/a4b4d9b46dc648e5abd437c2972ce7b0.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202512/attachment/a4b4d9b46dc648e5abd437c2972ce7b0.png?
展開 手搓TexGen—機織復(fù)合材料參數(shù)化建模技術(shù)
我研究生的小方向就是立體織物復(fù)合材料。盡管剛畢業(yè)改換到CFD領(lǐng)域的工作，但是我仍然對一個東西充滿執(zhí)念。
那就是通過代碼參數(shù)化生成織物復(fù)合材料的細觀模型，就像英國諾丁漢大學(xué)的TexGen那樣。
盡管那時候代碼水平還比較基礎(chǔ)，但就是這個執(zhí)念讓我不斷研究在數(shù)值仿真中網(wǎng)格到底應(yīng)該如何表達，幾何如何轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格，有了網(wǎng)格應(yīng)該如何渲染，如何把復(fù)雜的織造參數(shù)和網(wǎng)格構(gòu)建聯(lián)系起來。
限于自身當(dāng)時的技術(shù)能力，利用業(yè)余時間，我在一年后才勉強實現(xiàn)了一個簡單平面機織的的胞元網(wǎng)格，并且可以導(dǎo)入到ABAQUS中使用。但是代碼運行效率很低，更復(fù)雜截面和更大尺度無法實現(xiàn)。
因為各種原因，這個工作就此擱置了。
直到前幾年，我導(dǎo)師請我?guī)兔幰粋€機織材料的性能預(yù)測軟件。我自覺編程和計算機圖形水平提升不少，決定把前面的工作撿起來。
需求牽引，先把最難的參數(shù)化建模搞定。
軌跡參數(shù)化建模與力學(xué)性能預(yù)測
用代碼做參數(shù)化建模最難的在哪呢？
首先是要建立好紗線之間的接觸關(guān)系，因為這是幾何的約束條件。這個約束條件，涉及到經(jīng)緯紗的截面形狀、尺寸、紗線間距。最終得到的基礎(chǔ)軌跡線見下圖的紅線，這個基礎(chǔ)軌跡線十分重要，通過旋轉(zhuǎn)、平移就可以獲的更大的尺寸和數(shù)量。
如果一切都是參數(shù)，那么經(jīng)紗跨過緯紗的個數(shù)、穿越的層數(shù)都是參數(shù)化的，這就要求基礎(chǔ)軌跡線的數(shù)學(xué)表達非常合理且高效。
第二難點，接截面隨軌跡的變化。我們假定截面時時刻刻垂直于當(dāng)?shù)氐能壽E，那就像水管那樣，隨形而動。
實際上，到了這一步，基礎(chǔ)的建模問題就接近解決了。
最后一個難點是三維渲染。最不可小視的就是它，而且這一個應(yīng)該最先做。
展開 碳纖維/聚合物復(fù)合材料熱導(dǎo)率近十年研究進展
Zhao 等人研究了 2.5D 傾角互鎖機織 CFs、2.5D 傾角（經(jīng)向增強）互鎖機織 CFs 和三維正交機織 CFs 增強 EP 復(fù)合材料熱導(dǎo)率，三種復(fù)合材料熱導(dǎo)率相比較而言，具有三維正交機織復(fù)合材料的熱導(dǎo)率最高，熱導(dǎo)率在經(jīng)紗和緯紗方向上均表現(xiàn)出各向異性；2.5D 傾角（經(jīng)向增強）互鎖機織復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨著 CFs 體積分數(shù)的增加而逐漸增加。
上述文獻表明：編織 CFs 能夠在復(fù)合材料內(nèi)部構(gòu)建連續(xù)導(dǎo)熱通路，提升復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，三維編織可提升厚度方向的熱導(dǎo)率。
03
CFs 表面改性
CFs 表面具有較大的化學(xué)惰性，導(dǎo)致 CFs 與聚合物基體之間相容性比較差，易產(chǎn)生間隙，降低復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。對 CFs 表面進行改性，提高其表面活性，使其更好的與聚合物結(jié)合，減少接觸間隙，有利于提高 CFRP 復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。
CFs 表面改性策略可分為幾組：（1）使用“偶聯(lián)劑”在 CFs 和基質(zhì)之間形成化學(xué)鍵；（2）通過侵蝕纖維使纖維粗糙或用聚合物、MgO 等接枝纖維；（3）在纖維表面引入官能團進行表面活化；（4）采用與聚合物潤濕性較好、熱導(dǎo)率高的涂層材料對 CFs 表面形成均勻的涂層，與基體之間形成更密集的界面過渡區(qū)。
基于上述策略，常用的 CFs 表面改性方法主要有化學(xué)接枝、化學(xué)氣相沉積法、電泳沉積法、電鍍沉積法、化學(xué)鍍和上漿劑改性等。
Zhang 等人將 MgO 納米顆粒化學(xué)接枝到CFs 上構(gòu)建 MgO-CFs 填料與尼龍-6（Nylon-6）制備了 MgO-CFs/Nylon-6 復(fù)合材料，添加 20wt%的MgO-CFs 時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率最大為 0.78 W/(m·K)，比用單一 CFs 制備的 CFs/Nylon-6 復(fù)合材料的熱導(dǎo)率提升了 23.81%。
展開 單元扭轉(zhuǎn)過度和變形速度比大于10000、單元畸變、穿透解決方法 ￥28
壓縮工況時穿透
沖擊時沖頭與材料發(fā)生穿透
單元入侵嚴重
接觸設(shè)置后效果圖
每層之間層次分明、無穿透
接觸設(shè)定方法
Interaction模塊
1.創(chuàng)建接觸屬性，給定切向和法向接觸行為，摩擦系數(shù)為0.3，法向硬接觸
Assembly模塊
對于層合板：創(chuàng)建層合板每層上下表面，以及界面層（0.001mm）的上下表面（注意是mesh面），若為0厚度界面層則不需要創(chuàng)建，QS代表球的外表面，GTS代表支撐夾具上表面，其中ALL代表所有單元的內(nèi)外表面，創(chuàng)建步驟后續(xù)給出；
對于機織復(fù)合材料：只需創(chuàng)建QS，GTS，試件上表面以及ALL面。
創(chuàng)建ALL面（所有單元內(nèi)外表面）
主動變形智能復(fù)合材料設(shè)計與變形模擬報告
主動變形智能復(fù)合材料
設(shè)計與變形模擬報告
主動變形智能復(fù)合材料
設(shè)計與變形模擬報告 ￥19.89
在通電條件下，MFC發(fā)生電能-機械能轉(zhuǎn)換，驅(qū)動結(jié)構(gòu)復(fù)合材料發(fā)生變形。主動變形智能復(fù)合材料的變形能力與MFC的性能、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的厚度、鋪層方向等因素有關(guān)。復(fù)合材料的優(yōu)勢是其結(jié)構(gòu)包括鋪層的可設(shè)計性，因此，需進行鋪層設(shè)計及變形模擬方面的工作，為后續(xù)實驗研究提供理論指導(dǎo)。
二、研究內(nèi)容
本項目以復(fù)合材料層合板+MFC復(fù)合后的材料為研究對象，以復(fù)合材料層合板的力學(xué)性能、MFC的基本性能為輸入，以復(fù)合材料層合板+MFC復(fù)合后的材料最大彎曲角度為2°為目標，進行鋪層設(shè)計和變形仿真模擬。建立厚度、鋪層方式與變形角度的關(guān)系，篩選出優(yōu)化的鋪層和厚度，為下一步進行縮比典型試驗件的設(shè)計和研制提供理論指導(dǎo)。
展開 一文帶你了解復(fù)合材料：復(fù)合材料的種類、加工及應(yīng)用
織物分為機織、非織造和針織結(jié)構(gòu)。此外，紡織復(fù)合材料可以根據(jù)其期望的最終應(yīng)用而制造。在所有類型的紡織品增強中，機織物是最受歡迎的，因為它更容易處理，并且在經(jīng)緯方向上都具有良好的抗拉強度。
古埃及人已將天然纖維作為一種復(fù)合材料使用。他們將尼羅河泥漿與稻草混合在一起，用于制造磚塊，并在太陽下烘烤后產(chǎn)生更堅固的磚塊。大 麻、亞麻、苧麻、竹子、劍麻、葉纖維、種子纖維、草纖維或木纖維等都適合用于制造復(fù)合材料。
紡織復(fù)合材料的使用通常是因為其強度-重量比和剛度-重量比高。
2. 生物復(fù)合材料：
生物復(fù)合材料是由聚合物基體和天然纖維結(jié)合而成的，它們有各自不同的特性。然而，將它們結(jié)合起來后，所產(chǎn)生的材料與單獨的聚合物基體和天然纖維相比，具有更優(yōu)越的性能，它們適用于各種技術(shù)應(yīng)用。聚合物基體提供了材料的結(jié)構(gòu)和形狀，而天然纖維則提高了最終生物復(fù)合材料的性能（拉伸、彎曲、沖擊等）。生物復(fù)合材料是一個新興的領(lǐng)域。已經(jīng)研究了一系列的聚合物作為天然纖維增強的基體。聚合物是由化石燃料、生物基資源或兩者的組合合成的。
合成聚合物包括PP、聚乙烯、酚類和聚苯乙烯等。迄今為止，大多數(shù)生物復(fù)合材料都是由合成聚合物制成的，由于其生產(chǎn)成本低、易加工、重量輕、可塑造成不同的形狀，所以應(yīng)用范圍很廣。用天然纖維增強的合成聚合物已被廣泛用于包裝和汽車應(yīng)用中。
3. 綠色復(fù)合材料：
由100%生物基材料制成的綠色復(fù)合材料的發(fā)展一直是一個研究熱點。這些材料具有一些優(yōu)勢，如低成本、可接受的生物降解、低密度、高長寬比和高比強度，使它們成為高性能的材料之一。
展開 SD Mines的復(fù)合材料在復(fù)合材料比賽中展示
SD Mines的復(fù)合材料在復(fù)合材料比賽中展示。礦業(yè)和技術(shù)學(xué)院（美國南達科他州拉皮德市）于8月14日宣布，學(xué)生在材料和工藝工程促進協(xié)會 （SAMPE，Diamond Bar，CA，US）2018年學(xué)生橋比賽中獲得第二名通過設(shè)計一個重量僅為12.5盎司的橋梁，可承載2,000磅的載荷。
礦業(yè)學(xué)生使用由Mines復(fù)合材料和納米復(fù)合材料先進制造中心（CNAM）以及復(fù)合材料和聚合物工程（CAPE）實驗室的研究人員團隊發(fā)明的專有復(fù)合材料板材設(shè)計橋梁設(shè)計。 通過將稱為不連續(xù)纖維熱塑性薄板（DiFTS）的獨特CNAM材料以適當(dāng)?shù)暮穸缺日澈系捷p質(zhì)蜂窩芯的頂部和底部，學(xué)生們能夠設(shè)計層壓夾層結(jié)構(gòu)的性能以滿足負載要求競爭對手，同時保持較低的整體密度。 DiFTS材料采用嵌入熱塑性基體中的短碳纖維，可實現(xiàn)均勻的纖維分布，顯著的纖維排列，有效的纖維長度保持和徹底的纖維封裝，從而使用低成本工藝實現(xiàn)高性能。
“CNAM并沒有開發(fā)出超級材料; 我們開發(fā)了一種低成本，高性能，環(huán)保的復(fù)合材料，可以經(jīng)過精心設(shè)計，滿足苛刻的承重要求，并且與傳統(tǒng)的高成本碳纖維復(fù)合材料競爭非常有利，“團隊顧問David教授說。 Salem，博士，CNAM中心和CAPE實驗室主任。
橋梁團隊包括Matthew Phillips，數(shù)學(xué)和機械工程高級; 施密德，博士 納米科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生; 和Krishnan Veluswamy，博士 材料工程和科學(xué)計劃的學(xué)生，也獲得了2018年SAMPE國際大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)驗獎。 “令人興奮的是，這座橋是由礦山開發(fā)的內(nèi)部材料制成的，”Veluswamy說。 “這種材料具有全面的工業(yè)應(yīng)用，從體育用品到汽車再到飛機，因為它制造堅固，重量輕，價格低廉。”
展開 
SD Mines的復(fù)合材料在復(fù)合材料比賽中展示
SD Mines的復(fù)合材料在復(fù)合材料比賽中展示。礦業(yè)和技術(shù)學(xué)院（美國南達科他州拉皮德市）于8月14日宣布，學(xué)生在材料和工藝工程促進協(xié)會 （SAMPE，Diamond Bar，CA，US）2018年學(xué)生橋比賽中獲得第二名通過設(shè)計一個重量僅為12.5盎司的橋梁，可承載2,000磅的載荷。
礦業(yè)學(xué)生使用由Mines復(fù)合材料和納米復(fù)合材料先進制造中心（CNAM）以及復(fù)合材料和聚合物工程（CAPE）實驗室的研究人員團隊發(fā)明的專有復(fù)合材料板材設(shè)計橋梁設(shè)計。 通過將稱為不連續(xù)纖維熱塑性薄板（DiFTS）的獨特CNAM材料以適當(dāng)?shù)暮穸缺日澈系捷p質(zhì)蜂窩芯的頂部和底部，學(xué)生們能夠設(shè)計層壓夾層結(jié)構(gòu)的性能以滿足負載要求競爭對手，同時保持較低的整體密度。 DiFTS材料采用嵌入熱塑性基體中的短碳纖維，可實現(xiàn)均勻的纖維分布，顯著的纖維排列，有效的纖維長度保持和徹底的纖維封裝，從而使用低成本工藝實現(xiàn)高性能。
“CNAM并沒有開發(fā)出超級材料; 我們開發(fā)了一種低成本，高性能，環(huán)保的復(fù)合材料，可以經(jīng)過精心設(shè)計，滿足苛刻的承重要求，并且與傳統(tǒng)的高成本碳纖維復(fù)合材料競爭非常有利，“團隊顧問David教授說。 Salem，博士，CNAM中心和CAPE實驗室主任。
橋梁團隊包括Matthew Phillips，數(shù)學(xué)和機械工程高級; 施密德，博士 納米科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生; 和Krishnan Veluswamy，博士 材料工程和科學(xué)計劃的學(xué)生，也獲得了2018年SAMPE國際大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)驗獎。 “令人興奮的是，這座橋是由礦山開發(fā)的內(nèi)部材料制成的，”Veluswamy說。 “這種材料具有全面的工業(yè)應(yīng)用，從體育用品到汽車再到飛機，因為它制造堅固，重量輕，價格低廉。”
展開 恭喜CF/PEEK復(fù)合材料論文在纖維復(fù)合材料雜志發(fā)表！
恭喜CF/PEEK復(fù)合材料論文在纖維復(fù)合材料雜志發(fā)表！
君華又一篇CF/PEEK復(fù)合材料論文收錄于《纖維復(fù)合材料》期刊
江蘇君華特種工程塑料制品有限公司工程技術(shù)研究中心的復(fù)合材料研發(fā)部門于2022年3月在《纖維復(fù)合材料》期刊雜志上刊登發(fā)表了《連續(xù)碳纖維織物增強PEEK熱塑性復(fù)合材料匹配性研究》的文章。
連續(xù)碳纖維織物增強PEEK熱塑性復(fù)合材料匹配性研究<<<<
論文聚焦行業(yè)熱點，采用科學(xué)準確的研究方法，利用公司先進的研究設(shè)備和科研環(huán)境，經(jīng)過耐心細致的反復(fù)試驗，得出精確詳實的實驗數(shù)據(jù)，收獲創(chuàng)新成果匯總成文。
該文對比了國內(nèi)外七大碳纖維廠家的T300 3K纖維織物，分別與PEEK樹脂復(fù)合，從碳纖維性能、外觀、復(fù)合材料產(chǎn)品性能、復(fù)合材料破壞斷面和浸潤效果等方面綜合評估，考察碳纖維和PEEK樹脂材料的匹配性。通過驗證匹配，篩選出組合性能較好的四種，其中兩種組合的效果更好。篩選匹配方法可為行業(yè)應(yīng)用材料選型和工業(yè)化生產(chǎn)提供借鑒和參考。
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江蘇君華特種工程塑料有限公司主導(dǎo)產(chǎn)品為 PEEK聚醚醚酮樹脂、型材及其制品，具有良好的耐溫性、韌性和耐疲勞性，以及自潤滑、阻燃、可植入性和可回收等特點，符合航空航天、軍工、醫(yī)療、特殊機械行業(yè)的要求，應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬。該主導(dǎo)產(chǎn)品屬于江蘇省發(fā)展的先進制造業(yè)高端新材料集群和產(chǎn)業(yè)鏈“先進碳材料”復(fù)合材料及“化工新材料”，產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向上屬于制造業(yè)“核心關(guān)鍵基礎(chǔ)材料”，已有16年的研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗。
PEEK聚醚醚酮是醫(yī)療骨科關(guān)節(jié)修復(fù)替代、運動醫(yī)學(xué)與軍工、航空航天產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)展替代進口的重要一環(huán)，屬于國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈及關(guān)鍵領(lǐng)域“強鏈、補鏈”的核心關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，從根本上解決我國醫(yī)用PEEK材料依賴進口、臨床急需的相關(guān)創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)缺乏基礎(chǔ)原料支撐、特殊領(lǐng)域被國外“卡脖子”等問題，打破國外壟斷，實現(xiàn)進口替代。
展開 美國宇航局先進復(fù)合材料技術(shù)之3D打印碳纖維復(fù)合材料
技術(shù)概述
美國宇航局格倫研究中心（NASA Glenn Research Center）的創(chuàng)新者與路易斯維爾大學(xué)和美國空軍合作，開發(fā)了一種增材制造技術(shù)，使用熱固性聚酰亞胺樹脂生產(chǎn)具有高溫性能的復(fù)合材料零件。
該工藝使用選擇性激光燒結(jié)（SLS）來熔融加工NASA新型RTM370酰亞胺樹脂的粉末狀產(chǎn)品，該樹脂填充有精細研磨的碳纖維。隨后可以對所得復(fù)合材料零件進行后固化，為高溫航空航天應(yīng)用做準備，從而提供可承受300°C以上溫度的3D打印復(fù)合材料零件。
這是增材制造聚合物技術(shù)的重大進步，通過提供一種需要相對較低熔融溫度的SLS工藝，創(chuàng)建得到具有高溫能力的復(fù)合材料，從而能夠?qū)哂袕?fù)雜幾何形狀的零件進行3D打印，以實現(xiàn)高性能應(yīng)用。
? 3D科學(xué)谷白皮書
技術(shù)特征
NASA的這項技術(shù)是首個成功實現(xiàn)高溫碳纖維填充熱固性聚酰亞胺復(fù)合材料的3D打印技術(shù)。對碳纖維填充的RTM370進行選擇性激光燒結(jié)后進行后固化，以實現(xiàn)更高的溫度性能，從而獲得玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為370℃的復(fù)合材料部件。
▲NASA 通過SLS 工藝3D打印的熱固性聚酰亞胺復(fù)合材料，打印完成后需進行后固化。
SLS工藝通常使用熱塑性聚合物粉末，所得零件的有效溫度范圍為150-185°C，但與傳統(tǒng)加工材料相比，通常較弱。最近，高溫?zé)崴苄运芰弦呀?jīng)通過高溫SLS工藝制造成3D零件，需要380°C的熔化溫度，但這些部件的可用溫度范圍仍低于200°C。
NASA的熱固性聚酰亞胺復(fù)合材料在150-240°C之間可熔融加工，允許使用常規(guī)SLS 3D打印設(shè)備。隨后，使用多步驟循環(huán)對所得零件進行后固化，將材料緩慢加熱至略低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，同時避免在過程中發(fā)生尺寸變化。
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