連続繊維強化複合材が新たなブレークスルーを達成:CCF/PEEK 3Dプリントが高性能複合構造製造の可能性を探る

連続繊維強化複合材が新たなブレークスルーを達成:CCF/PEEK 3Dプリントが高性能複合構造製造の可能性を探る
出典: フェイボテクノロジー

PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)は、高融点の半結晶性エンジニアリングプラスチックとして、優れた熱安定性と耐腐食性、および優れた機械的特性と生体適合性により、航空、宇宙、自動車産業、医療などのさまざまな応用分野で注目され、研究されています。

伝統的なホットプレス技術を使用した連続炭素繊維強化PEEK(CCF/PEEK)複合材から作られた高性能部品は、20 世紀には航空宇宙などの分野で使用されてきました。しかし、製造方法の制限により、複雑な構造の部品をこの方法で得ることは依然としてできず、CCF/PEEK 複合材料の応用を制限する重大な問題となっています。

西安交通大学の研究者らは、陝西飛博科技開発有限公司(以下、「飛博科技」という)と協力し、連続繊維強化熱可塑性樹脂ベースの複合材積層製造装置の開発による技術的優位性を活用して、CCF/PEEK複合材料の積層製造を推進しています。図1に示すように、研究者はFeibo TechnologyのCOMBOT-Iプリンターを使用してレーザーリアルタイム支援熱処理プロセスを導入し、それを繊維事前含浸プロセスと組み合わせることで、印刷中のZ方向のパフォーマンスを効果的に向上させ、部品の全体的な機械的特性を向上させました。


図1 CCF / PEEK複合材料の印刷およびテストプロセスの概略図。 研究では、図2に示すように、レーザーリアルタイム熱処理を実施する前に、連続繊維を導入すると、部品の内部にマルチスケールの弱い結合界面が簡単に形成されることがわかりました。 レーザーと事前含浸プロセス技術の導入により、さまざまな内部の弱い結合が大幅に改善され、早期破損や機械的特性の低下を回避できます。 層間せん断性能と引張性能はそれぞれ35MPaと480MPaに達しました。 CCF/PEEK複合材料だけでなく、研究者らは以前に、純粋なPEEK材料の溶融堆積3Dプリントプロセスにおいて、レーザー予熱が部品の性能向上に非常に有益であり、層間せん断性能が45%向上することを発見しました[2]。レーザーは材料に素早く吸収され、局所的に加熱されるため、十分な結晶化を確保しながら大面積の体積収縮を回避し、部品の弾性率、さまざまな機械的特性、熱安定性を大幅に向上させます。


図2 性能改善比較チャート このプロジェクトは、国家重点研究開発計画プロジェクト「連続繊維強化複合材料の付加製造メカニズムの研究」(2017YFB1103401)によって資金提供を受けました。

Feibo Technologyは、3Dプリント高性能複合材料の分野に従事する新興テクノロジー企業です。西安交通大学のR&Dチームと緊密に連携しています。独自に開発した連続繊維強化熱可塑性複合材料3Dプリントプロセス(CFRTPC)に基づいて、高性能複合材料の構造設計-材料設計-製造プロセス-性能評価のためのコスト効率の高いテスト、実験、プロセスプラットフォームを提供しています。航空宇宙、自動車輸送、石油化学などの分野で高性能複合材料の完全なソリューションを提供し、高性能複合材料のプロセス、設備、テストサービスをお客様に心を込めて提供しています。

出典: フェイボテクノロジー

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