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PEEK的性能及应用介绍

浏览数量:66     作者:本站编辑     发布时间: 2021-05-15      来源:本站


01 PEEK的简介

工程塑料行业金字塔顶尖产品——PEEK

  聚醚醚酮(PEEK)是由英国帝国化学工业公司(ICI)于1978年开发出来的超高性能特种工程塑料,由于PEEK属于芳香族结晶型热塑性高分子材料,其熔点为334℃,具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照及优良的电性能,在多数情况下可以足以取代金属、合金、陶瓷等材料。虽然它是一种化合材料,但其燃烧时并不产生无毒性气体,所以在倡导绿色环保设计的今天,其应用领域得以迅速扩大。

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PEEK的分子结构

  



02 PEEK的特性

  

  (1) 耐高温性:PEEK具有较高的玻璃化转变温度(Tg=143℃)和熔点(Tm=343℃),其负载热变形温度高达316℃,长期使用温度为260℃,瞬时使用温度可达300℃。

 

  (2) 自润滑性:PEEK具有良好的滑动特性,适合于严格要求低摩擦系数和耐磨耗用途的场合,特别是用碳纤维、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常优越。

 

  (3) 耐腐蚀性:除浓硫酸外,PEEK不溶于任何溶剂,具有很高的化学稳定性。

 

  (4) 阻燃性:PEEK具有自熄性,即使不加任何阻燃剂,可达到UL标准的94V-0级。

 

  (5) 易加工性:由于PEEK具有较好的高温流动性,且热分解温度高的特点,可采用多种加工方式,比如注塑成型、挤出成型、模压成型及熔融纺丝等。

 

  (6) 机械特性:PEEK具有良好的韧性和刚性,它具备与合金材料媲美的优良耐疲劳性。

 

  (7) 电性能:PEEK有高的体积电阻率和表面电阻率,在宽广的温度范围及环境变化下可以承受各种频率的交流电位场强,保持良好的绝缘性能。

 

  (8) 耐水解性:树脂及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响,在高温及高压蒸汽或水环境下可以连续使用而保持良好的机械性能。

 

  (9) 耐候性:优良的耐候性能,聚合物可用于制造工作环境要求严格或需要经常耐杀菌处理的组件。

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PEEK与几种典型的耐高温塑料性能比较

03 PEEK的制备

  PEEK的合成是以4,4-二氟二苯甲酮、对苯二酚和碳酸钠为原料,以二苯砜为溶剂,在氮气的保护下,在逐渐升温至接近聚合物熔点的温度(320℃)时得到高分子PEEK树脂。其反应式如下:

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PEEK合成的反应式

  PEEK的成本主要取决于高纯度的单体4,4-二氟二苯酮。其合成方法很多,主要有苯系化合物缩合法、卤素交换法、催化淡基化法、二氯乙烯氧化法、付氏烷基化法以及重氮化法6种生产方法,其中前4种方法在不同程度上存在反应收率低、异构体等杂质含量高、精制工艺复杂和生产成本高等缺点。

  目前的生产方法主要是付氏烷基化法和重氮化法。付氏烷基化法原料易得,合成路线短,收率较高,生产成本低。其合成反应式如下:

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付氏烷基化法合成PEEK反应式

04 PEEK的生产工艺

  PEEK的合成路线有亲核取代和亲电取代两种工艺路线。由于亲电取代路线存在产物易支化、催化剂和溶剂用量大且环境不友好等缺点,目前国际上一般采用亲核取代路线。真正拥有PEEK生产工艺的厂家仅有中国、英国两个国家。大部分国外国家制备PEEK树脂原料采用的是英国威格斯的工艺方法,国内则主要采用吉林大学的工艺方法。

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05 PEEK的改性

  当今社会对材料性能的要求很高,由于单一的PEEK树脂难以满足不同的使用要求,近年来对PEEK的改性成为国内外研究的热点之一,其主要手段有纤维增强PEEK、颗粒填充PEEK、PEEK表面改性、与聚合物共混等,这样不仅可降低制品成本,还能改善PEEK的成型加工性能和使用性能。

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PEEK的改性

06 PEEK的应用

  PEEK材料在国外已有数十年的发展历程,应用领域广泛,常见于汽车、军工、医疗、航空、电气等行业。但长期以来相对较高的价格限制了其向一般民用市场的渗透,目前主要还是应用于航空航天、高端工业及医疗领域等。

  航天航空

  PEEK可替代铝和其他金属材料制造飞机零部件,比金属减重最高达70%,提高燃油效率。目前波音、空客等公司已大量采用PEEK材料。

  医疗

  PEEK具有无毒、质轻、耐腐蚀等优点,生物相容性优异,是一种极具潜力的生物假体材料。用于椎间融合器、医用导管、骨骼等。

  能源

  PEEK专门用于高温高压和化学腐蚀性环境,能够拓展油气勘探范围,可用于制造大型石化出产线上的氢气紧缩机和石油气紧缩机的环状、网状阀片等。此外,PEEK还可用于核电部件。

  汽车

  PEEK具有优秀的机械性能以及对车用工作液具有卓越的耐化学腐蚀性,良好的耐磨损性能等,广泛应用于汽车齿轮、真空泵、离合器、阀锥等,提高燃油效率、增加耐用性。

  食品饮料工业

  PEEK可用于食品加工、储存、烹饪设备零部件以及水、饮料的传送、贮存设备,如管道、阀门、容器等。

  电子电气

  PEEK具有优良的电气性能,是理想的电绝缘体,在高温、高压和高湿度等恶劣环境下仍能保持良好的电气绝缘性,用于制造晶片承载器、绝缘膜片、印刷电路板、高温接插件以及各种电气连接件等。PEEK薄膜可应用于微型扬声器振膜、5G射频天线基板等。

  PEEK部分应用展示

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汽车轴承

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人造骨

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航天领域

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齿轮

  PEEK未来市场需求及预测

  PEEK自1978年由ICI公司开发以来,一直就被各国作为重要的战略性国防军工材料。从Victrex公司接手后,在民用高科技领域应用以来则以每年15%左右的增速连续增长。

 目前而言,欧洲仍是全球最大的PEEK交易市场。与发展中国家相比,西方发达国家对PEEK的需求依旧占据主导地位。PEEK树脂将会在汽车领域、飞机制造、电子电器、工业制造以及医疗等领域扩大应用范围。

 预计未来五年,PEEK的需求量有望飞速发展,随着人们对PEEK这一工程塑料认知以及发展中国家扩大对这一塑料的需求力度,未来几年,中国、印度、东南亚等市场有望成为推动全球PEEK需求增长的主要驱动力。


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