Page 57 - 摩擦学学报2025年第8期

第 8 期 阮俊飞, 等: 3D打印SCF/PEI/PEEK复合材料的摩擦学性能 1155

(a) 100 (b) 0.0
90 −0.2

Weight/% 80 30PEI/70PEEK Derivative weight/(%/℃) −0.4
70
60 3SCF/PEI/PEEK −0.6 30PEI/70PEEK
3SCF/PEI/PEEK
5SCF/PEI/PEEK 5SCF/PEI/PEEK
50 10SCF/PEI/PEEK −0.8 10SCF/PEI/PEEK
15SCF/PEI/PEEK 15SCF/PEI/PEEK
40 −1.0
300 400 500 600 700 800 300 400 500 600 700 800
Temperature/℃ Temperature/℃
Fig. 3 Thermogravimetric analysis curves of SCF/PEI/PEEK: (a) TG curve; (b) DTG curve
图 3 SCF/PEI/PEEK热重分析曲线： (a) TG曲线；(b) DTG曲线

(a) 80 Tensile strength 4 000 (b) 120 Bending strength 3 500
70 Young’s modulus Flexural modulus
3 500 80 3 000
60
Tensile strength/MPa 50 2 500 Young’s modulus/MPa Bending strength/MPa 100 2 000 Flexural modulus/MPa
3 000
2 500
40
60
2 000
1 500
30
1 500
40
20
500
10 1 000 20 1 000
500
0 0 0 0
PEI/PEEK 5SCF/PEI/PEEK 15SCF/PEI/PEEK PEI/PEEK 5SCF/PEI/PEEK 15SCF/PEI/PEEK
3SCF/PEI/PEEK
10SCF/PEI/PEEK
10SCF/PEI/PEEK
3SCF/PEI/PEEK
Fig. 4 Mechanical properties of 30PEI/70PEEK at different SCF contents: (a) tensile properties; (b) flexural properties
图 4 30PEI/70PEEK在不同SCF含量下的力学性能：(a)拉伸性能；(b)弯曲性能

表 4 不同SCF含量下30PEI/70PEEK的力学性能汇总 效果较差的原因之一. 与强度随着SCF含量的变化趋势
Table 4 Summary of mechanical properties of 不同，复合材料的拉伸模量和弯曲模量呈现先升高后
30PEI/70PEEK with different SCF contents
降低的趋势，在SCF质量分数为5%时达到最大值，相较
Tensile Young’s Bending Bending
于30PEI/70PEEK，分别增加了26.73%和28.81%. 在所
Composites strength/ modulus/ strength/ modulus/
MPa MPa MPa MPa 研究的SCF质量分数范围内(3%、5%、10%和15%)，添
30PEI/70PEEK 72.22 2 814.42 102.42 2 481.18 加5%SCF的复合材料的拉伸性能和弯曲性能较好.
3SCF/PEI/PEEK 62.86 3 131.29 102.70 3 041.90
图5所示为不同SCF含量的PEI/PEEK复合材料淬
5SCF/PEI/PEEK 63.98 3 566.59 100.57 3 195.92
10SCF/PEI/PEEK 50.84 3 251.74 81.38 2 982.13 断面形貌的SEM照片，由图4可知，在SCF含量较高
15SCF/PEI/PEEK 30.03 2 800.61 70.54 2 791.26 时，复合材料力学性能下降较多，这种现象与SCF添
加量过多使得3D打印样件内部出现的缺陷增多以及发
和弯曲性能，其具体的力学性能列于表4中. 由表4可
生团聚现象有关[图5(d)和(e)]. 与图5(a)相比较，随着SCF
知，随着SCF含量的增加，复合材料的拉伸强度和弯曲 含量的不断增加，复合材料产生了较多的孔隙，这些
强度呈现逐渐降低的趋势. 尤其是当SCF质量分数达到 孔隙大多来源于3D打印SCF增强复合材料而形成，还
15%时，相较于30PEI/70PEEK，复合材料的拉伸强度 有一部分是由纤维被拔出造成的. 导致气孔较多的原
[17]
和弯曲强度分别降低了58.4%和31.12%. 逄显娟等 研 因是SCF的添加增加了复合材料的黏度，阻碍了复合
究表明，SCF并不能有效地提高PEEK复合材料的力学 材料中气泡的破裂，削弱了相邻丝材之间的分子扩散
性能，这与SCF作为增强相添加到PEEK复合材料中破 能力，从而导致材料内部缺陷增多 ，而且缺陷的比
[18]
坏了材料的连续性有关. 其次，SCF与基体材料的界面 例与SCF含量成正比. 另一方面，SCF的表面与PEI/PEEK
结合性能较差，不能很好地承担载荷，也是造成其增强 基体材料很难形成较好的键合 [19] . 以上因素共同作