一、3D打印PEEK試樣研究

Yang等人采用溫控3D打印系統制備了PEEK試樣，研究了各種熱處理條件（環境溫度、噴嘴溫度以及熱處理條件）與結晶度和力學性能之間的關系。實驗結果表明，溫控3D打印方法在設計、控制和實現不同PEEK零件的結晶度和機械性能方面具有巨大潛力，即使同一PEEK零件的不同區域也存在結晶度和機械性能的差異。

Lee等人通過直接墨水書寫（DIW）在室溫下對PEEK進行了3D打印，墨水由PEEK粉末、可溶性環氧功能化PEEK（e - PEEK）和苯醌組成。打印后的樣品經熱處理導致e - PEEK組分交聯，最終得到的樣品Tg為158℃，熱分解溫度為528℃，具有優異的熱性能、耐溶劑性能以及較強的機械性能。

二、PEEK性能及傳統加工模式研究

PEEK具有較低的摩擦系數和磨損率，耐磨性能較好。在優化其摩擦學性能方面，纖維、固體潤滑劑和功能性納米顆粒在減少聚合物材料的摩擦磨損方面非常有用。其中，壓縮成型、擠出成型和注塑成型被認為是聚合物基復合材料的傳統加工模式。

（一）Li團隊研究

Li等人通過注塑成型制備了短玻纖（GF）增強PEEK復合材料，研究了載荷和滑動時間對GF/PEEK的摩擦系數和磨損率的影響，并研究了復合材料的力學性能、形貌和熱性能。
結果表明，隨著外加載荷和時間的增加，復合材料的摩擦系數和磨損率增加并趨于穩定。與PEEK相比，GF/PEEK具有優異的耐磨性，短玻纖從復合材料中擠出而非粉碎在其中。其熱分解溫度相比于純PEEK提高了75℃，拉伸強度和彎曲強度分別提高了64%和66%。

（二）Júlio團隊研究

Júlio等人通過熱壓的方式制備了無定型二氧化硅纖維（NASF）和粒狀硅酸鋰鋯（LZSA）玻璃陶瓷的聚醚醚酮（PEEK）基復合材料，并研究了其滑動摩擦磨損行為。
PEEK和PEEK - NASF復合材料的摩擦系數低于PEEK - LZSA。在模擬口腔的滑動測試中，PEEK - NASF復合材料顯示出低的摩擦系數和高的耐磨性，接近于純PEEK。這些結果可促進對PEEK復合材料的加工和摩擦學特性的進一步研究，包括不同百分比的天然無定形二氧化硅纖維。

三、其他材料增強PEEK復合材料研究

（一）Zhang團隊研究

Zhang等人通過二氫銨吹制法成功合成了平均厚度為2nm的二維石墨氮化碳（g - C?N?）納米片（CNNS），然后與PEEK粉末共混，通過熱壓的方式得到聚醚醚酮復合材料，研究了其摩擦磨損行為。
在PEEK中添加微量的CNNS會降低基體的結晶度、提高硬度并增加合成油與PEEK材料表面的潤濕性。在PEEK中添加2vol%的CNNS時，接觸角從13.8°降低到5.5°。納米片的加入顯著提高了PEEK在邊界和混合潤滑條件下的耐磨性，特別是，當添加0.5vol%CNNS就可以使PEEK的磨損量減少，這與填充20倍體積分數的碳纖維或g - C?N?顆粒獲得的磨損量值相當。界面分析表明，在摩擦過程中生成了含有大量CNNS納米片的摩擦轉移膜，通過減少摩擦副在材料表面的直接摩擦來增強邊界潤滑性。

（二）Balaji團隊研究

Balaji等人研究了用0 - 30wt%的氮化硅納米粒子（Si?N?）增強的高性能聚醚醚酮基納米復合材料的結晶度、形態、顯微硬度、劃痕硬度和磨損行為。
Si?N?在PEEK基體中均勻分布，結晶度在含量為2.5%時增加，之后隨著Si?N?含量的增加而降低，比磨損率顯著降低；當含量為10%時，結晶峰溫度和起始結晶溫度增加了14℃，并且維氏硬度和劃痕硬度顯著增加，比磨損率達到最低，但摩擦系數比純PEEK的大。

（三）Molazemhosseini團隊研究

Molazemhosseini等人通過熔融混合的工藝制備了用短碳纖維（SCF）和表面改性的納米SiO?顆粒增強的聚醚醚酮雜化復合材料，研究了SiO?含量對PEEK/SCF/納米SiO?復合材料摩擦學性能的影響。
納米SiO?顆粒的加入顯著降低了摩擦系數，在所有滑動載荷下，增加納米顆粒含量也會導致摩擦系數降低。但是，復合材料的耐磨性受施加載荷的影響。

（四）Barletta團隊研究

Barletta等人通過將大顆粒PEEK分散在甲基苯基聚硅氧烷（MPP）中，制備了熱塑合物增強熱固性樹脂的復合材料，然后分析了其性能。
復合涂層的中溫固化導致聚硅氧烷樹脂更硬，可以更好地粘附在金屬上，并且能夠更好地保留PEEK增強材料。進一步提高固化溫度會使聚硅氧烷樹脂更脆，其中的PEEK粉末會部分減輕復合涂層的性能損失。

四、3D打印聚醚醚酮性能提升研究

目前人們通過改進3D打印機結構、優化打印參數和熱處理方式等方法，對3D打印聚醚醚酮樣件的力學性能、熱性能以及摩擦學性能進行提升。但純PEEK并不能滿足其在不同場合應用的需求，因此，國內外研究者通過加入纖維、無機納米顆粒或其他聚合物來提高其性能。

（一）Lin團隊研究

Lin等人為了減少材料的浪費，增加涂層的附著力，以純PEEK為襯底，然后采用FDM打印技術在其表面打印了CF/PEEK復合材料。首先在鋼環上滑動來評估PEEK/CF涂層的摩擦學性能，之后將納米二氧化硅注入到聚合物和鋼環的界面，研究了納米二氧化硅對涂層摩擦學性能的影響。
摩擦系數和磨損率強烈依賴于滑動方向。當滑動垂直于碳纖維發生時，這兩個特征值都較低。將納米二氧化硅引入界面可以顯著提高涂層材料的摩擦性能。

（二）Stepashkin團隊研究

Stepashkin等人采用定制的FDM打印機對CF/PEEK復合材料進行了零件的制造，并與通過鑄造方式生產的復合材料零件進行了比較。
結果表明，3D打印的CF/PEEK復合材料零件在微觀結構上呈現出獨特的層狀特征，這種結構在一定程度上影響了其力學性能。相較于鑄造零件，3D打印零件在特定方向上的拉伸強度和彎曲強度有所差異，但通過優化打印路徑和參數，可以顯著縮小這種差距。同時，3D打印零件在制造周期和設計靈活性方面具有明顯優勢，能夠快速制造出復雜形狀的零件，滿足一些特殊應用場景的需求。

五、PEEK復合材料在不同領域的應用探索

（一）航空航天領域

航空航天領域對材料的性能要求極為嚴苛，需要材料具備高強度、低密度、耐高溫、耐腐蝕等特性。PEEK復合材料憑借其優異的綜合性能，在該領域展現出巨大的應用潛力。例如，一些研究團隊嘗試將碳纖維增強PEEK復合材料應用于飛機的結構部件，如機翼、機身框架等。通過模擬飛行環境下的力學測試和熱循環測試，發現這種復合材料能夠有效減輕飛機重量，提高燃油效率，同時承受復雜的載荷和溫度變化，保障飛行安全。此外，PEEK復合材料還可用于制造航空航天發動機的零部件，其耐高溫性能能夠滿足發動機內部高溫環境的要求，減少因高溫導致的材料失效問題。

（二）生物醫學領域

在生物醫學領域，PEEK復合材料因其良好的生物相容性、機械性能和化學穩定性而受到廣泛關注。例如，在骨科植入物方面，傳統的金屬植入物存在應力遮擋效應、易腐蝕等問題，而PEEK復合材料可以通過調整其成分和結構，使其彈性模量更接近人體骨骼，減少應力遮擋效應，促進骨組織的生長和愈合。一些研究將羥基磷灰石等生物活性陶瓷顆粒添加到PEEK中，制備出具有良好生物活性的復合材料，進一步提高了植入物與人體組織的結合能力。此外，PEEK復合材料還可用于制造牙科種植體、醫療器械手柄等，為生物醫學領域提供了更多優質的材料選擇。

（三）汽車工業領域

隨著汽車工業向輕量化、高性能化方向發展，對材料的要求也越來越高。PEEK復合材料在汽車工業中的應用主要集中在發動機周邊部件、傳動系統部件和內飾部件等方面。在發動機周邊，PEEK復合材料可用于制造進氣歧管、節氣門體等部件，其耐高溫、耐化學腐蝕的性能能夠適應發動機內部惡劣的工作環境。在傳動系統中，PEEK復合材料制造的齒輪、軸承等部件具有低摩擦、高耐磨的特點，能夠提高傳動效率，減少能量損失。同時，PEEK復合材料還可用于制造汽車內飾件，如儀表盤、車門內飾板等，其良好的外觀質量和加工性能能夠滿足汽車內飾的設計要求。

六、未來研究方向與挑戰

（一）深入研究增強機制

盡管目前已經開展了大量關于PEEK復合材料的研究，但對于不同增強相與PEEK基體之間的界面結合機制、增強相在基體中的分散機制等還缺乏深入的理解。未來的研究需要借助先進的微觀表征技術，如原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡等，從原子和分子層面揭示增強機制，為優化復合材料的性能提供理論依據。

（二）開發新型增強相

目前常用的增強相如碳纖維、無機納米顆粒等雖然能夠顯著提高PEEK的性能，但也存在一些局限性，如成本較高、加工難度大等。因此，開發新型、低成本、高性能的增強相是未來的一個重要研究方向。例如，一些天然纖維、生物基納米材料等具有可再生、環保等優點，有望成為PEEK復合材料的新型增強相。

（三）優化3D打印工藝

3D打印技術為PEEK復合材料的制造提供了新的途徑，但目前的3D打印工藝還存在一些問題，如打印精度不高、內部缺陷較多等。未來的研究需要進一步優化3D打印工藝參數，如打印溫度、打印速度、層厚等，提高打印件的質量和性能。同時，開發新型的3D打印設備和材料體系，以滿足不同應用場景的需求。

（四）拓展應用領域

雖然PEEK復合材料已經在一些領域得到了應用，但仍有許多潛在的應用領域有待開發。未來的研究需要加強與不同行業的合作，深入了解各行業對材料性能的需求，針對性地開發適合不同應用場景的PEEK復合材料，拓展其應用范圍。

綜上所述，PEEK及其復合材料在材料科學領域具有重要的研究價值和廣闊的應用前景。通過不斷深入研究其性能、優化制備工藝和拓展應用領域，有望為航空航天、生物醫學、汽車工業等多個領域的發展提供有力的材料支持。

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