由南京航空航天大学校长单忠德院士带领的团队，对连续玻璃纤维增强PEEK复合材料(CGFRPC)的增材制造工艺、机械性能和电气性能进行了深入研究。为了获得高强度复合长丝，团队采用来自三英精密的高精度X射线三维显微镜，对各种牵引速度下制备的复合长丝进行无损扫描，对复合长丝的形态和微观结构进行了表征，研究了牵引速度对制备过程中复合长丝的形态和力学性能的影响。所获得的结果有望使CGFRPC的增材制造技术，满足于航空航天和电子设备制造领域所需的高强度条件，该期刊的影响因子高达9.62！

先在双螺杆挤出和浸渍设备上制备CGFRPC长丝。PEEK颗粒通过双螺杆挤出机塑化成熔融状态，然后进入并填充浸渍模具。同时，CGF丝束在牵引装置的牵引作用下进入具有弯曲流道的浸渍模具，经预热装置干燥后浸渍peek树脂。随后，CGFRPCs长丝通过出口模头被拉出，冷却后由卷绕装置收集。为了研究牵引速度对复合长丝的微观结构和力学性能的影响，以600Tex CGF为原料生产了6种不同牵引速度的复合长丝。以300Tex连续玻璃纤维为原料，以4.13 mm/s的牵引速度生产复合长丝，用于研究纤维尺寸对复合材料试样力学性能的影响。其中，制备的两种尺寸CGFRPC长丝的工艺参数见表1。

表1 300Tex和600Tex复合长丝的制备工艺参数

三英精密nanoVoxel-3000显微CT

图1 CGFRPCs长丝在不同牵引速度下的力学性能:(a)复合长丝拉伸试样(b)不同牵引速度下长丝的应力-应变曲线 (c)拉伸载荷 (d)拉伸强度和模量

图1 (c) 和 (d) 中的绘图结果表明：长丝的平均拉伸载荷和拉伸强度随着牵引速度的降低而增加。例如，牵引速度为2.77 mm/s时，长丝的平均拉伸载荷、拉伸强度和拉伸模量分别达到473.34 N、665.8 MPa和23.57 GPa。拉伸载荷和强度随牵引速度的降低而增大，可以解释为较慢的牵引速度有利于树脂充分浸渍到纤维中，并提高单根纤维与树脂之间的界面强度。拉伸模量基本不随牵引速度的变化而变化，尽管在7.64 mm/s的牵引速度下观察到了低拉伸载荷，但拉伸强度并未达到低值，拉伸模量达到大值28.04 GPa。这是由于在这个参数下长丝的横截面积小，纤维含量相对较高。如图1(b) 所示，以7.64 mm/s 的速度配置的长丝的应力-应变曲线要陡峭得多，表明模量相对较高。

2.2 复合长丝剖面结构

如图2复合长丝剖面图所示，牵引速度从11.25 mm/s降低到2.77 mm/s的过程中，长丝外轮廓的圆度越来越好。由于较高的牵引速度不利于复合材料在出口模头处的充分聚束，故以较高牵引速度形成的长丝通常具有不规则形状，例如扁平形状。而较低牵引速度形成的长丝的外轮廓虽然不是标准的圆形，但它们接近于出口模具内孔的形状。

通过ImageJ 软件对不同牵引速度长丝的内部孔隙进行识别和标记，深色、浅色和红色分别代表树脂、玻璃纤维和内部孔隙。如图2（b）和（c）所示：较高的牵引速度往往会导致纤维和树脂的不均匀分布。由于纤维和树脂的集中分布不利于树脂充分浸渍到纤维中，影响了长丝的力学性能，故随着牵引速度的降低，纤维在树脂间的分布趋于均匀，长丝的机械强度逐渐提高。如图2（e）所示，没有孔隙的长丝，在低牵引速度下，细丝内部的孔隙面积不会随着牵引速度的变化而发生很大变化。

图2 牵引速度为(a) 11.25 mm/s (b) 7.64 mm/s (c) 6.75 mm/s (d) 5.4 mm/s (e) 4.13 mm/s (f) 2.77 mm/s时的复合长丝剖面图

通过ImageJ 软件，计算出复合长丝在不同牵引速度下的物理参数（即纤维体积分数和孔隙率）如表2中所示。结果表明：纤维体积分数随着牵引速度的降低而减小，这是因为树脂对纤维的缓慢浸渍会导致长丝中的树脂增多。在这组实验中，纤维体积分数在32.19%~39.5%之间波动，小值和大值分别与4.13 mm/s和7.64 mm/s的长丝牵引速度相关。

图3中展示了不同牵引速度下复合长丝内纤维、纤维/树脂复合材料和孔隙的三维分布情况，其中树脂/纤维复合材料和孔隙的分布图，取自复合长丝内部截取的长方体。

根据图3（a）可知，较高的牵引速度导致纤维在横截面上呈椭圆形分布，而在纵向截面上大多呈弯曲分布，从而在长丝内部产生一些孔隙。

当牵引速度降低到6.75 mm/s时（见图3（b）），纤维和树脂在长丝中的分布仍然不均匀，还可以检测到树脂集中区域和孔隙，长丝中处于弯曲状态的纤维数量在纵向截面中有所减少。尽管7.64 mm/s长丝中的纤维分布优于11.25 mm/s长丝中的纤维分布，但对于牵引速度低于7.64 mm/s的长丝，仍不能保证纤维分布地更均匀。

在牵引速度为4.13 mm/s时（见图3（c）），纤维在横截面上呈圆形分布，在纵向截面上呈较直分布，此时长丝内部未见孔隙。