《先进材料前沿》——碳纤维还能变得更“智能”吗？在扩大石墨烯增强PAEK单向带生产规模过程中汲取的经验教训

从实验室配方到可量产的复合材料产品，这一过程鲜少一帆风顺——而这恰恰是创新发生的地方。

在CompSTLar项目中，AIMPLAS正探索将石墨烯纳米片（GNPs）和石墨烯/碳纳米管（CNT）混合纳米填料整合到VICTREX™低熔点PAEK（LMPAEK）基体中，以开发新一代多功能碳纤维单向（UD）带材。

我们的研究始于将含石墨烯基添加剂的LMPAEK母粒进行复合，随后将其应用于连续纤维浸渍工艺，以制造UD CF/石墨烯-PAEK带材。目标是什么？开发能够最终实现增强导电性等先进功能的轻量化热塑性复合材料，从而为未来航空航天结构提供更强的防雷保护铺平道路。

在最初的浸渍试验中，为降低粘度并促进纤维润湿，选择了约400°C的加工温度。出人意料的是，材料变得极其粘稠，导致碳纤维无法正常浸渍。随后在330°C下进行的进一步研究显示，材料表现出截然不同的特性，加工性能显著提升。

这些发现表明，长时间暴露于高温下可能会触发LMPAEK基体中的降解和/或交联现象，而碳基纳米材料的存在可能会加剧这种现象。对这些机制的理解现正帮助我们为多功能热塑性复合材料确定更合适的制造窗口。

目前该研究处于技术成熟度等级（TRL）3–4阶段，标志着将智能复合材料从实验室化合物规模化生产为具有工业应用价值的UD带材迈出了重要一步，同时支持向比传统热固性复合材料更具可回收性和能源效率的替代材料过渡。

一项关键里程碑已达成：已在实验室规模成功制造出连续UD带材，后续工作将评估更高含量的纳米填料及其对电学性能和自动化带材铺放（ATP）工艺的影响。