隨著航天器、火箭、導(dǎo)彈、軍艦、潛艇等高技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，急需泡沫塑料，通過減重，進一步減少運行能耗，提升運載能力或者作戰(zhàn)能力。基于航空航天、國防軍工等特殊領(lǐng)域?qū)ε菽芰闲阅芤蟮牟粩嗵岣，高性能化已成為泡沫塑料的研究熱點。結(jié)晶型聚醚醚酮（PEEK）是一種綜合性能優(yōu)異的特種工程塑料，它不僅具有優(yōu)異的機械性能，還具有出色的耐熱性及化學穩(wěn)定性。玻纖（GF）增強聚醚醚酮樹脂基復(fù)合材料在保留化學穩(wěn)定性前提下，會進一步提升聚醚醚酮的機械和耐熱性能。然而，結(jié)晶型聚醚醚酮的熔點高達337℃，而且熔體粘度較高，限制了CO2氣體在PEEK基體中的溶解和擴散，因此造成結(jié)晶型聚醚醚酮“發(fā)泡難”的問題。同時，玻纖的引入也會使聚醚醚酮熔體粘度增加，會進一步提高發(fā)泡難度。
圖1 GF/PEEK復(fù)合泡沫制備工藝流程圖
為此，吉林大學張淑玲教授和王貴賓教授團隊采用近熔點飽和-快速降壓法超臨界CO2發(fā)泡技術(shù)制備GF/PEEK復(fù)合泡沫。快速降壓法可以在相對較高的溫度下飽和聚合物，如果飽和溫度選擇在聚合物熔點（Tm）附近，有利于破壞晶區(qū)和降低熔體粘度。所以，近熔點飽和-快速降壓法超臨界CO2發(fā)泡技術(shù)有利于解決GF/PEEK復(fù)合材料中基體PEEK存在晶區(qū)、阻礙CO2溶解和擴散，以及填料GF引入導(dǎo)致熔體粘度進一步上升，加劇發(fā)泡困難的問題。通過飽和溫度、飽和時間、飽和壓力和降壓速率等發(fā)泡參數(shù)的調(diào)整，可以實現(xiàn)復(fù)合泡沫的微觀形態(tài)的調(diào)控。GF/PEEK復(fù)合泡沫在保持良好耐腐蝕性能的同時，10%壓縮強度達到11MPa，在330℃下密度不會發(fā)生變化，這主要源于聚醚醚酮晶區(qū)的存在和分布在聚醚醚酮泡孔壁中玻纖的支撐作用。該工作為PEEK基復(fù)合材料的發(fā)泡行為提供了借鑒意義，而且為開發(fā)高性能泡沫打下了堅實基礎(chǔ)。
圖2 飽和溫度對GF/PEEK復(fù)合材料發(fā)泡行為的影響
圖3 GF/PEEK復(fù)合泡沫壓縮和耐高溫性能
以上研究工作以“Preparation of Glass Fiber/Poly (ether ether ketone) Composite Foam with Improved Compressive Strength and Heat Resistance”為題目發(fā)表在ADVANCED ENGINEERING MATERIALS期刊。
吉林大學化學學院博士生梁留博為第一作者，吉林大學化學學院張淑玲教授和王貴賓教授為共同通訊作者，課題組主要從事高性能聚合物的合成、改性及成型加工研究。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adem.202100940
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