CF-PEEK复合材料的科学计量分析：研究趋势与新兴机遇

碳纤维增强聚醚醚酮（CF-PEEK）是航空、国防和医疗领域材料领域的开创性进展。这种复合材料将碳纤维的轻量化特性与聚醚醚酮（PEEK）卓越的机械强度和耐热性相结合，为航空航天应用带来了无可比拟的优势。

其优异的强度重量比使其特别适用于飞机结构部件，有助于降低燃油消耗并提高有效载荷能力。此外，CF-PEEK 出色的抗疲劳性和耐腐蚀性确保了关键部件的坚固性和耐用性，从而在严苛的飞行条件下增强了安全性和可靠性。在工程领域，CF-PEEK 在各类飞机部件中应用广泛，包括机身面板、机翼段和内部固定装置。

其卓越的热稳定性使其能够在高温环境中运行，例如发动机舱和超音速飞行中受摩擦加热的气动表面。CF-PEEK 的高玻璃化转变温度（Tg≈143°C）和熔点（≈343°C）使其在热应力下仍能保持优异的机械性能。与碳纤维增强聚醚酰亚胺（CF-PEI，Tg≈217°C）或碳纤维增强聚苯硫醚（CF-PPS，Tg≈85°C）等材料相比，CF-PEEK 在高温下仍能保持刚度和强度。

此外，其固有的耐化学性和耐溶剂性使 CF-PEEK 成为不可避免接触液压油、燃料和其他腐蚀性介质场景的理想选择。随着航空航天技术的进步，CF-PEEK 仍是核心材料，助力打造更轻、更强、更高效的飞机设计。

CF-PEEK（碳纤维增强聚醚醚酮）注塑成型机是用于制造高强度、高刚度和高耐热性高性能塑料部件的专用设备。CF-PEEK 是一种碳纤维增强热塑性聚合物，以其优异的机械性能和耐化学性著称。

CF-PEEK 注塑成型机必须配备能够应对这种材料独特特性的物料处理系统，包括高熔融温度和耐磨性。CF-PEEK 需要注塑成型机能够达到并维持高温以有效熔化材料。这类机器通常如图 2 所示，配备专用加热元件、高温料筒和先进的温度控制系统，以确保成型过程中温度的精确控制。

由于碳纤维的磨蚀性，CF-PEEK 注塑成型机通常采用增强部件和耐磨表面，以承受材料加工的严苛条件，避免过早磨损或损坏。用于 CF-PEEK 的注塑模具设计必须与材料特性和加工要求相匹配。模具设计需考虑部件几何形状、浇口、冷却通道和排气系统，以确保熔融材料的充分填充、保压和冷却。

总体而言，CF-PEEK 注塑成型机专为应对这种先进材料的加工挑战而设计，通过精确控制、耐用性和可靠性，为航空航天、汽车、国防和医疗设备等严苛应用领域生产高质量、高性能的塑料部件。

如图 3 (a) 所示，在注塑成型过程中，多种因素对碳纤维增强 PEEK（CF-PEEK）复合材料的质量和性能有显著影响。加工温度至关重要，必须精确控制以确保 PEEK 基体充分熔化而不损坏碳纤维。CF-PEEK 的最佳加工温度约为 360–400°C，这一温度与 CF-PEI、CF-PPS 等其他高性能复合材料的加工温度有所不同。

高加工温度可提高结晶度，减少孔隙形成并增强机械强度。本文已纳入相关参考文献和对比数据 。注塑压力和速度也很重要，它们影响复合材料填充模具的效果，进而影响最终部件的密度和纤维排列。

冷却速率同样关键，冷却不足可能导致成型产品产生内应力、翘曲或收缩 。所采用的排列方法（注塑成型 + 剪切诱导排列）可确保纤维分布均匀，减少应力集中点，比传统方法的随机排列或手动堆叠技术更有效 。此外，复合材料中纤维的长度和取向是机械性能的关键决定因素，通常纤维越长、取向越优，强度和刚度越高。较长的碳纤维可提高载荷传递效率，通过改善聚合物基体内的应力分布，实现更高的拉伸强度和刚度。

本文已纳入相关研究的实证证据 ，对比了不同纤维长度 CF-PEEK 的机械性能。最后，模具设计（包括浇口系统和排气等方面）对确保材料充分流动和实现高质量最终产品至关重要，因此必须优化这些因素以获得 CF-PEEK 复合材料的理想性能。

如图 3 (b) 所示，碳纤维增强聚醚醚酮（CF-PEEK）复合材料的注塑成型具有多项显著优势。该技术能够精确、高效地制造复杂形状，且质量稳定、尺寸精度高，适用于航空航天和汽车等领域所需的精密部件。通过确保碳纤维在基体内的优化排列和分布，该技术还能改善 CF-PEEK 复合材料的机械性能，如增强强度和刚度。此外，注塑成型通过优化材料使用量和减少后续加工需求，支持高 - volume 生产且浪费少，从而实现 CF-PEEK 复合材料部件的低成本生产和卓越性能 。

CF-PEEK 复合材料在航空航天工业中广泛应用于机翼、机身和发动机等飞机部件。CF-PEEK 复合材料的使用有助于减轻飞机重量，提高燃油效率并减少排放。在汽车工业中，CF-PEEK 复合材料越来越多地用于驱动轴、悬架和制动部件等。其应用有助于减轻车辆重量，提升燃油效率和性能 。在医疗领域，CF-PEEK 复合材料用于骨科植入物、牙科植入物和手术器械等多种外科应用，推动了生物相容性好、强度高且耐用的新型医疗设备的开发。

CF-PEEK 复合材料还应用于半导体制造、石油天然气和体育器材等其他行业。在半导体制造业中，CF-PEEK 复合材料用于需承受高温和腐蚀性化学物质的设备部件；在石油天然气行业，用于高强度、耐用且耐腐蚀的井口部件；在体育器材行业，用于高尔夫球杆、曲棍球棍等需要轻量化和高强度的设备，如图 4 所示 。

文献计量分析是评估特定研究领域重要性、趋势和模式的关键方法。通过分析出版物记录、引文数据和作者贡献，它能够揭示领域内的有影响力研究、新研究方向和主要贡献者。这种方法为研究主题的发展演变提供有价值的见解，揭示合作关系和研究网络，并评估科学文献的影响力和范围。它通常用于支持战略研究规划、指导 funding 决策，并通过全面概述学术环境和确定进一步研究领域为文献综述提供支持。

结论：

科学计量分析显示，2010年至2023年间，碳纤维增强聚醚醚酮（CF - PEEK）的研究呈现出显著且持续的增长趋势，年发表增长率为5.54%。这种日益增长的关注度凸显了该材料在先进应用领域，尤其是航空航天、汽车和医疗领域的关键作用。