随着航天器、火箭、导弹、军舰、潜艇等高技术领域的快速发展，急需泡沫塑料，通过减重，进一步减少运行能耗，提升运载能力或者作战能力。基于航空航天、国防军工等特殊领域对泡沫塑料性能要求的不断提高，高性能化已成为泡沫塑料的研究热点。结晶型聚醚醚酮（PEEK）是一种综合性能优异的特种工程塑料，它不仅具有优异的机械性能，还具有出色的耐热性及化学稳定性。玻纤（GF）增强聚醚醚酮树脂基复合材料在保留化学稳定性前提下，会进一步提升聚醚醚酮的机械和耐热性能。然而，结晶型聚醚醚酮的熔点高达337℃，而且熔体粘度较高，限制了CO₂气体在PEEK基体中的溶解和扩散，因此造成结晶型聚醚醚酮“发泡难”的问题。同时，玻纤的引入也会使聚醚醚酮熔体粘度增加，会进一步提高发泡难度。

图1 GF/PEEK复合泡沫制备工艺流程图

  为此，吉林大学张淑玲教授和王贵宾教授团队采用近熔点饱和-快速降压法超临界CO₂发泡技术制备GF/PEEK复合泡沫。快速降压法可以在相对较高的温度下饱和聚合物，如果饱和温度选择在聚合物熔点（T_m）附近，有利于破坏晶区和降低熔体粘度。所以，近熔点饱和-快速降压法超临界CO₂发泡技术有利于解决GF/PEEK复合材料中基体PEEK存在晶区、阻碍CO2溶解和扩散，以及填料GF引入导致熔体粘度进一步上升，加剧发泡困难的问题。通过饱和温度、饱和时间、饱和压力和降压速率等发泡参数的调整，可以实现复合泡沫的微观形态的调控。GF/PEEK复合泡沫在保持良好耐腐蚀性能的同时，10%压缩强度达到11MPa，在330℃下密度不会发生变化，这主要源于聚醚醚酮晶区的存在和分布在聚醚醚酮泡孔壁中玻纤的支撑作用。该工作为PEEK基复合材料的发泡行为提供了借鉴意义，而且为开发高性能泡沫打下了坚实基础。

图2 饱和温度对GF/PEEK复合材料发泡行为的影响

图3 GF/PEEK复合泡沫压缩和耐高温性能

  以上研究工作以“Preparation of Glass Fiber/Poly (ether ether ketone) Composite Foam with Improved Compressive Strength and Heat Resistance”为题目发表在ADVANCED ENGINEERING MATERIALS期刊。

  吉林大学化学学院博士生梁留博为第一作者，吉林大学化学学院张淑玲教授和王贵宾教授为共同通讯作者，课题组主要从事高性能聚合物的合成、改性及成型加工研究。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adem.202100940