增强型 PEEK 棒材性能解析：碳纤维增强与玻璃纤维增强对比

在材料科学的前沿领域，高性能工程塑料不断突破传统的界限，为各行业带来创新的解决方案。聚醚醚酮（PEEK）作为其中的佼佼者，以其出色的综合性能备受瞩目。为了进一步拓展 PEEK 的应用潜力，通过添加增强纤维的方式对其进行改性成为重要的发展方向。在众多增强体系中，碳纤维增强 PEEK 棒材和玻璃纤维增强 PEEK 棒材凭借各自独特的优势，在不同领域展现出卓越的性能，下面将对这两种增强型 PEEK 棒材的性能展开深入解析与对比。

一、力学性能：碳纤维增强更胜一筹

（一）拉伸与弯曲强度

玻璃纤维增强 PEEK 棒材在提升材料强度方面效果显著。当添加适量玻璃纤维后，棒材的拉伸强度和弯曲强度较纯 PEEK 有大幅提升。以常见的 30% 玻璃纤维增强 PEEK 为例，其弯曲模量相比纯 PEEK 可提升数倍，达到 10000MPa 以上 。在汽车发动机部件制造中，如进气歧管等零件，利用玻璃纤维增强 PEEK 棒材，能够凭借其较高的强度和刚性，有效抵抗发动机运转时产生的压力和振动，确保部件在复杂工况下稳定运行。然而，碳纤维增强 PEEK 棒材在力学性能上更为突出。由于碳纤维本身具有极高的强度，加入 PEEK 基体后，使棒材的强度和刚度得到进一步增强。添加 20% 碳纤维后的 PEEK，强度提升效果显著，如威格斯 150CA30 型号的 PEEK 碳纤材料，可用于制造航空航天领域中的发动机罩、机翼和襟翼等关键高强度结构件 。在航空航天这种对材料重量和强度要求近乎苛刻的领域，碳纤维增强 PEEK 棒材凭借其轻质高强的特性，能够在减轻结构重量的同时，保证部件具备足够的强度承受飞行过程中的各种载荷，极大地提高了飞行器的性能和燃油效率。

（二）冲击强度与疲劳性能

玻璃纤维增强 PEEK 棒材具有一定的冲击强度，能够承受一定程度的冲击载荷。在一些对冲击性能有一定要求的工业应用场景，如机械传动部件的防护外壳等，玻璃纤维增强 PEEK 棒材能够发挥其抗冲击的性能优势，保护内部精密零件免受外部冲击损伤。但相较于碳纤维增强 PEEK 棒材，其冲击能量吸收率相对较低。碳纤维增强 PEEK 复合材料显示出高达 180KJ/kg 的比能吸收能力 ，在受到冲击时，碳纤维能够有效分散和吸收冲击能量，减少材料内部的应力集中，从而提高材料的抗冲击性能。在疲劳性能方面，碳纤维增强 PEEK 棒材同样表现出色。由于碳纤维的加入增强了材料的整体结构稳定性，使其在承受交变载荷时，具有更好的抗疲劳能力，能够经受更多次数的疲劳循环而不发生失效。这一特性使得碳纤维增强 PEEK 棒材在航空发动机叶片、汽车悬挂系统等长期承受交变应力的部件制造中具有明显优势，能够有效延长部件的使用寿命，降低设备维护成本。

二、热性能：碳纤维增强略优

（一）热变形温度提升

玻璃纤维增强 PEEK 棒材能显著提高材料的热变形温度。一般情况下，30% 玻纤增强的 PEEK 热变形温度可高达 315℃以上 ，这使得棒材在高温环境下能够保持较好的尺寸稳定性和机械性能。在电子设备散热部件、高温工业管道等应用中，玻璃纤维增强 PEEK 棒材能够在较高温度下正常工作，不会因温度升高而发生明显的变形或性能下降。碳纤维增强 PEEK 棒材在热变形温度方面表现同样出色，甚至更胜一筹。碳纤维本身具有优异的热稳定性，加入 PEEK 后进一步提升了材料的耐热性能。在一些对高温性能要求极高的应用场景，如电子工业中的高温电缆套管、航空航天发动机的高温部件等，碳纤维增强 PEEK 棒材能够在更高的温度下保持稳定的性能，满足这些极端环境下的使用需求。

（二）热膨胀系数差异

玻璃纤维增强 PEEK 棒材的热膨胀系数相较于纯 PEEK 有所降低，但与碳纤维增强 PEEK 棒材相比，仍然相对较高。玻璃纤维的热膨胀系数与 PEEK 基体存在一定差异，在温度变化较大的环境中，可能会因两者热膨胀不协调而在界面处产生一定的内应力，长期作用下可能影响材料的性能和使用寿命。而碳纤维增强 PEEK 棒材的热膨胀系数更低，碳纤维与 PEEK 基体之间的热膨胀匹配性更好，在温度剧烈变化时，材料内部产生的内应力较小，能够更好地保持尺寸稳定性。这一特性使得碳纤维增强 PEEK 棒材在精密仪器部件、航空航天飞行器的结构件等对尺寸精度要求极高的应用中具有不可替代的优势，确保部件在不同温度环境下都能保持高精度的配合，避免因热膨胀导致的装配精度下降和性能问题。

三、摩擦磨损性能：碳纤维增强表现更佳

（一）自润滑与耐磨特性

玻璃纤维增强 PEEK 棒材在保持 PEEK 本身自润滑性的基础上，其耐磨性能也有一定提升。玻纤的加入增强了材料的表面硬度，使得棒材在一些相对温和的摩擦环境中，如普通机械传动中的低速滑动部件，能够有效抵抗磨损，减少摩擦阻力，延长部件的使用寿命。然而，在一些对摩擦磨损性能要求极为苛刻的应用场景中，玻璃纤维增强 PEEK 棒材的性能略显不足。碳纤维增强 PEEK 棒材在摩擦磨损性能方面表现卓越。填充后的树脂摩擦系数可以低到 0.15，而且磨耗量极低 。碳纤维的增强效应不仅增加了材料的力学性能，还能在一定程度上抵御 PEEK 的热软化，形成强度非常高的转移膜，能有效地保护接触区域 。在高速、高载荷的轴承应用中，碳纤维增强 PEEK 棒材能够凭借其极低的摩擦系数和出色的耐磨性能，减少能量损耗，提高轴承的运转效率和使用寿命，相比玻璃纤维增强 PEEK 棒材具有明显的优势。

（二）特殊环境下的摩擦性能

在一些特殊环境，如高温、高湿度或含有腐蚀性介质的环境中，玻璃纤维增强 PEEK 棒材的摩擦磨损性能可能会受到一定影响。高温可能导致玻璃纤维与 PEEK 基体之间的界面结合力下降，在摩擦过程中玻璃纤维容易脱落，从而加剧材料的磨损；高湿度环境中的水分可能会渗透到材料内部，影响材料的力学性能和摩擦性能。而碳纤维增强 PEEK 棒材由于其优异的化学稳定性和热稳定性，在特殊环境下能够更好地保持其摩擦磨损性能。在化工设备中的高温、强腐蚀介质输送管道的密封件应用中，碳纤维增强 PEEK 棒材能够在恶劣的工况下，长期保持稳定的摩擦性能，确保密封效果，防止介质泄漏，展现出良好的适应性和可靠性。

四、加工性能：玻璃纤维增强更具优势

（一）成型工艺难度

玻璃纤维增强 PEEK 棒材在成型加工方面具有较好的工艺性。常见的注塑、挤出等成型工艺对玻璃纤维增强 PEEK 棒材都较为适用。在注塑过程中，玻璃纤维能够在模具中较为均匀地分布，且与 PEEK 基体有较好的相容性，能够顺利填充模具型腔，形成形状复杂的零部件。在汽车内饰件、电子设备外壳等塑料制品的生产中，玻璃纤维增强 PEEK 棒材通过注塑成型工艺能够高效地制造出满足设计要求的产品，且产品质量稳定。碳纤维增强 PEEK 棒材的成型加工相对复杂。由于碳纤维具有较高的强度和模量，在成型过程中容易出现分散不均匀的问题，尤其是碳纤颗粒较细时，更容易团聚，影响材料的性能和成型质量。在挤出过程中，碳纤维可能会对设备的螺杆、机筒等部件造成较大磨损，且在模具中流动时，由于其各向异性的特点，容易导致产品出现取向不均匀、内部应力集中等缺陷，增加了成型工艺的难度和质量控制的复杂性。

（二）后加工处理

玻璃纤维增强 PEEK 棒材在进行车削、铣削、钻孔等后加工处理时，相对容易操作。虽然玻璃纤维会对刀具产生一定磨损，但相较于碳纤维增强 PEEK 棒材，其磨损程度较轻。在机械加工过程中，玻璃纤维增强 PEEK 棒材能够较为稳定地被加工成各种精度要求的零部件，表面质量也能得到较好的保证。碳纤维增强 PEEK 棒材在后加工处理时，对刀具的磨损更为严重。由于碳纤维硬度高、耐磨性强，在切削过程中会迅速磨损刀具，降低刀具使用寿命，增加加工成本。而且，在加工过程中，碳纤维增强 PEEK 棒材容易产生分层、撕裂等缺陷，对加工工艺和操作人员的技能要求较高，需要采取特殊的加工工艺参数和刀具选择来保证加工质量。