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  隨著航天器、火箭、導彈、軍艦、潛艇等高技術領域的快速發展，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能力。基于航空航天、國防軍工等特殊領域對泡沫塑料性能要求的不斷提高，高性能化已成為泡沫塑料的研究熱點。結晶型聚醚醚酮（PEEK）是一種綜合性能優異的特種工程塑料，它不僅具有優異的機械性能，還具有出色的耐熱性及化學穩定性。玻纖（GF）增強聚醚醚酮樹脂基復合材料在保留化學穩定性前提下，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，因此造成結晶型聚醚醚酮“發泡難”的問題。同時，玻纖的引入也會使聚醚醚酮熔體粘度增加，會進一步提高發泡難度。

圖1 GF/PEEK復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發泡技術制備GF/PEEK復合泡沫。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（T_m）附近，有利于破壞晶區和降低熔體粘度。所以，近熔點飽和-快速降壓法超臨界CO₂發泡技術有利于解決GF/PEEK復合材料中基體PEEK存在晶區、阻礙CO2溶解和擴散，以及填料GF引入導致熔體粘度進一步上升，加劇發泡困難的問題。通過飽和溫度、飽和時間、飽和壓力和降壓速率等發泡參數的調整，可以實現復合泡沫的微觀形態的調控。GF/PEEK復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℃下密度不會發生變化，這主要源于聚醚醚酮晶區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基復合材料的發泡行為提供了借鑒意義，而且為開發高性能泡沫打下了堅實基礎。

圖2 飽和溫度對GF/PEEK復合材料發泡行為的影響

圖3 GF/PEEK復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