面向空间极端环境的聚醚醚酮及其复合材料真空3D打印工艺机理与性能

刘腾飞，杨腾锐，田小永，吴玲玲，李涤尘（西安交通大学机械工程学院）

摘要：聚醚醚酮及其复合材料具有优异的空间环境适应性，在太空3D 打印领域应用潜力巨大，而实现太空3D 打印的关键是解决空间极端环境条件，特别是高真空环境带来的挑战。本研究开展聚醚醚酮(Polyether ether ketone，PEEK)及其短切碳纤维增强复合材料(SCF/PEEK)真空3D 打印研究，揭示了真空抑制散热与微孔热膨胀传热传质机理对力学性能的影响规律。真空辐射散热主导，降低熔体凝固速率，改善了分子取向运动与层间扩散，使得真空PEEK 与SCF/PEEK 的结晶度分别由常压的14.9%与25.2%增加到27.8%与30.5%，Z 向拉伸强度较常压分别提升了212.5%与295.9%。然而，SCF/PEEK 丝材存在较多的原始微小孔隙，在真空压差驱动下生长膨胀，导致孔隙率增加，真空纵向与横向拉伸性能下降，而PEEK 丝材孔隙少，熔体在真空缓热作用下充分流动，使得孔隙率降低，真空纵向与横向拉伸性能获得提升。该研究能够为太空3D 打印在轨验证提供理论指导，对于实现空间构件的在轨原位制造具有重要意义。

关键词：真空3D打印；聚醚醚酮及其复合材料；传热传质机理；微观结构；力学性能