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引言
在追求更轻、更强、更环保材料性能的永恒征程中，航空航天、人形机器人和生物医疗等领域正迎来一场静默却深刻的变革。
这场变革的核心，是名为“碳纤维增强聚芳醚酮预浸料”的热塑性复合材料。
它不仅是材料的迭代升级，更代表着制造范式的颠覆性跃迁，正重塑未来飞行器与交通工具的 “筋骨”，为下一代装备的性能突破奠定基础。
PAEK：高端热塑性复合材料 领域的核心候选材料
聚芳醚酮（PAEK）是半结晶性芳香族热塑性工程塑料，其主链由苯环、醚键和酮键交替构成，兼具刚性、耐热性、柔韧性和化学稳定性。
其中，聚醚醚酮（PEEK）是PAEK家族中应用广泛的代表。
性能类别 具体参数及特性 核心优势 / 应用场景 耐高温性能 长期使用温度高达 250℃[1] 适用于航空发动机周边部件、高速飞行器蒙皮等极端高温环境 力学性能 拉伸强度 93-100MPa，弯曲模量 3.6-4.1GPa[1]，断裂伸长率 50-150% 具备较高强度、高刚度和良好的抗蠕变性，可适配部分主承力结构场景 [2,3] 化学惰性 耐受多种溶剂，在pH 值 2-12 范围内稳定，耐水解性能突出 适应复杂化学环境，长期使用稳定性强 天生阻燃 极限氧指数（LOI）达 35%，符合航空阻燃标准（如 FAR 25.853），燃烧时低烟、低毒[1，4] 适用于严苛的航空安全要求，火灾风险低 摩擦耐磨性能 摩擦系数 0.3-0.4，磨损率低于5×10⁻⁶mm³/N・m，自润滑性好 耐磨耗、易润滑，适用于高摩擦工况部件 聚醚醚酮核心性能一览表
碳纤维增强PAEK（如CF/PEEK）预浸料，可充分发挥纤维与树脂的协同效应，是实现结构轻量化与高性能化的关键材料。
PAEK家族还包括PEK、PEKK、低熔点PAEK等成员，可通过调整分子结构平衡耐温性与加工性，满足多样化应用需求。
热塑性复合材料的崛起
随着高端制造对材料可回收性和工艺效率要求的提升，以聚芳醚酮（PAEK）为代表的热塑性复合材料正在成为传统材料的革新力量。长期以来，热固性环氧/碳纤维体系和航空铝合金是航空航天领域的主流选择，但它们分别面临不可回收、加工能耗高以及密度大、耐温性不足的固有限制。
PAEK家族，尤其是其明星成员聚醚醚酮（PEEK），以其革命性的物理可逆加工特性脱颖而出：通过加热熔融、冷却结晶即可完成成型，无不可逆化学反应，赋予了材料卓越的可回收性与可重复加工能力。
这不仅大幅提升了生产效率和可持续性，更结合了其综合性能优势——包括UL 94 V-0级阻燃、低吸湿率（<0.5%）以及出色的抗冲击性能——构建了轻量化、耐久性与环境适应性兼具的材料体系。
以下为 PEEK 碳纤维复材与传统材料的核心性能对比：
图表1 关键性能雷达图对比， 展示了三种材料截止在2024年，在六个关键维度的差异[6-8]。
性能 指标 铝合金 (2024系列) 热固性碳纤维复材 (环氧树脂基) PEEK/CF预浸料 优势解读 密度 (g/cm³)[5,7] 2.78 1.55-1.60 1.50-1.55 可实现 轻量化 比强度 (MPa/ (g/cm³))[5,6] ~130 ~400 800-1000+[9] 强度重量比高，减重增效显著 长期 耐热 温度 (°C)[2,6] ~150 ~180 ~250 耐热性佳，适用于更高温环境 制造 周期 短 （但依赖机械加工） 长 （数小时固化） 短 （分钟级成型） 生产效率显著，大幅降低成本 可回 收性 易回收 难回收， 可物理回收再利用[10] 三种材料中唯一具备良好可回收利用性 抗冲 击性 良 脆性 相对较高 优异 耐撞击性能佳，提升安全性 图表2：量化数据对比表
常填埋
通过图表1与2可以展示出PEEK基复合材料在可回收性、最大工作温度、阻燃性和工艺效率等方面形成了显著优势。
这一突破不仅源于PEEK本身的优异性能，也展现了整个PAEK材料家族（如PEEK、PEKK、PEK等）通过调整分子结构，灵活平衡耐温性、力学性能与加工窗口的能力，从而为苛刻的航空航天到精密的医疗植入等不同应用场景，提供了更丰富、更可持续的高性能解决方案。
CF/PEEK：塑造机器人“筋骨”
在人形机器人轻量化与高性能化的浪潮中，碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）预浸料正成为实现“骨骼”与“关节”系统革新的关键材料。相较于纯PEEK，CF/PEEK通过高性能碳纤维的引入，在保留PEEK耐高温、耐化学腐蚀、自润滑与可回收等本征优势的基础上，实现了力学性能的跨越式提升。
在机器人领域，CF/PEEK预浸料的独特价值主要体现在： 性能优势 核心原理 机器人领域的应用价值 高比强度 显著减重（30%-50%），力学性能超越金属[5,6] 替代铝合金/钛合金，用于主承力骨架、关节臂 抗疲劳与抗蠕变性 动态载荷下尺寸稳定，耐用性远超普通塑料 保障关节长期高频运动的可靠性与寿命 可设计与可一体成型 直接成型复杂构件，实现结构功能一体化 用于拓扑优化的轻量化关节模组与机身，提升设计自由度
然而，尽管CF/PEEK预浸料优势显著，其大规模应用仍面临一系列挑战：
首先，成本居高不下仍是核心制约因素。PEEK树脂本身价格昂贵，叠加高性能碳纤维及预浸料制备工艺，导致最终材料成本远高于传统金属与工程塑料。尽管长期来看规模化生产有望降低成本，但在当前机器人产业降本诉求强烈的背景下，高昂的初始成本限制了其在消费级或大规模商用机器人中的普及[5]。
其次，加工工艺复杂，技术要求高。CF/PEEK预浸料需在高温高压下成型（通常超过380°C），对模具设计、温度场均匀性、压力控制及冷却工艺均有严苛要求。此外，层间结合强度、纤维取向控制及残余应力的管理，均直接影响构件最终性能与一致性，对生产企业的工艺积累与设备水平提出了较高门槛。
最后，供应链成熟度与标准化不足。国内CF/PEEK预浸料产业仍处于发展初期，从原材料一致性、预浸料质量稳定性到性能测试标准，尚未形成统一、完善的体系。这导致不同批次材料性能可能存在波动，增加了下游用户的设计与工艺调试难度，也影响了其在高端、高可靠性场景中的推广速度。
尽管面临上述挑战，产业突破的路径正在逐步清晰。当前，以中研股份为代表的国内企业，正积极构建从聚芳醚酮家族树脂合成、碳纤维预浸带到终端部件的一体化供应链，并通过持续研发优化工艺、降低成本，助力下游终端应用落地。
随着国产PEEK产能的逐步释放、工艺经验的积累以及行业标准体系的逐步建立，CF/PEEK预浸料的综合竞争力有望进一步提升。
长远来看，该材料将为机器人实现更极致的轻量化、更高能量效率与更复杂的动态性能提供不可或缺的材料基础，并有望从当前的“关键部件”试点应用，逐步走向“全身骨架”的系统级普及，成为新一代高性能机器人的核心材料选择。
CF/PAEK：航空航天破局关键点
碳纤维增强聚芳醚酮（CF/PAEK）预浸料，作为高性能热塑性复合材料的代表，正站在高端装备制造业轻量化、高性能化变革的潮头。其发展之路，既充满了巨大的战略机遇，也面临着严峻的现实挑战。
CF/PAEK预浸料的机遇首先源于其无可替代的综合性能。它有效结合了碳纤维的高比强度、高比模量和PAEK树脂（如PEEK、低熔点PAEK）的耐高温、高韧性、耐腐蚀及可回收性。
这种组合带来了革命性的优势：相较于传统金属材料，可实现高达60%的减重，同时比强度超出金属5倍以上[2,6]，极大提升了装备的能效与性能极限。
这其中，低熔点 PAEK 优势突出：加工温度较常规 PAEK 低 30-50℃，大幅降低设备与能耗需求，还能提升纤维与树脂的界面浸润性[3]。
其仍保持 200℃以上长期耐温性、优异耐腐蚀性与可回收性，在兼顾加工便捷性与服役可靠性的同时，进一步拓宽了预浸料在多场景的适配范围[2]。
其次，广阔的应用前景构成了另一重机遇。在航空航天领域，从空客A340机翼前缘、到获得JEC创新奖的全热塑性传动轴，CF/PAEK已证明其价值[12]。如今，其应用正从飞机次级结构向机身、机翼等主承力结构拓展，并延伸至电动垂直起降飞行器（eVTOL）、新能源汽车、高端医疗设备等新兴领域，市场需求持续增长。
然而，机遇的背后是必须直面的挑战，对我国产业而言尤为突出： 挑战维度 核心瓶颈 具体表现与影响 技术壁垒与供应链风险 国际垄断与封锁 威格斯、东丽等企业掌控核心技术与专利[13]（如 AE 250 系列） 国内产业基础薄弱 产业链各环节不成熟 上游：高性能 PAEK 树脂合成技术尚未成熟 成本与规模化难题 成本高昂，难以大规模应用 核心原料价高，工艺需高温高压设备，导致成品价格远超传统材料
中游：预浸料制备工艺（如熔融浸渍、悬浮液浸渍法）不稳定，产品一致性差
下游：缺乏系统数据库与设计-制造-验证体系，应用推广困难
破挑战即是抓住机遇的关键： 首先，必须加速核心技术攻关，实现从PAEK树脂合成到预浸料制备的全链条自主可控。 其次，应推动产学研用结合，建立国家级的材料数据库、测试标准和示范应用项目，加速技术迭代与验证。 最后，通过扩大产能和优化工艺来降低成本，逐步开拓更广阔的市场应用。
迈向新纪元：PAEK材料的变革
聚芳醚酮（PAEK）碳纤维预浸料正实现从实验室研发到工业化应用的关键跨越。其可回收率超过95%[10]，高性能碳纤维增强后比强度达800 MPa/(g/cm³)以上，成型周期缩短70%[5,6]，展现出卓越的综合性能。
从欧盟TAPAS项目的5米级机身壁板，到Clean Sky二期4.2米机身框段通过2000次飞行验证，PAEK材料已在航空航天次承力结构中得到充分验证[14，15]。然而，全面产业化仍面临严峻挑战：大尺寸构件需满足±0.1mm/m精度[16]，通过20000次以上载荷验证[17]，关键原材料国产化率需突破90%[18]。
当前，产业界正致力于构建“材料基因工程 - 数字孪生制造 - 全寿命周期评价”一体化创新体系，以系统攻克高性能复合材料的技术瓶颈。
在这一进程中，中国商飞的战略布局尤为引人关注，其已明确将热塑性复合材料作为核心应用方向，并积极推进至工程实践阶段，而非仅停留在预研层面。
在2025年6月北京举办的SAMPE年会上，中国商飞复合材料中心研究员进一步阐释：作为对标波音787与空客A350的国产宽体客机，C929计划在机身蒙皮、长桁、框体及翼肋等关键主承力结构中，大规模采用以PAEK（包括PEEK、PEKK）为基体的热塑性复合材料，从而将复合材料整体使用比例提升至51%。
目前项目已进入详细设计与部件试制阶段，中机身等核心部件预计 2027 年交付试制，结合 2030 年前量产装机的规划，5-8 年的产业化周期预期也与项目推进节奏高度契合。同时，SpaceX 等机构对可重复使用飞行器材料的研究，也为 PAEK 在太空环境的应用开辟了新前景。
产业界正构建“材料基因工程-数字孪生制造-全寿命周期评价”创新体系，系统攻克技术瓶颈。中国商飞C929项目将热塑性复合材料列为预研方向，预计产业化周期5-8年。同时，SpaceX等机构对可重复使用飞行器材料的研究，为PAEK在太空环境的应用开辟了新前景。
“ 总结 这场材料变革正在推动高端装备制造业向高性能、可持续的循环经济模式转型。随着技术突破和生态完善，PAEK材料将重塑制造格局，为人类迈向太空时代奠定材料基础，开启未来制造新纪元。