PEEK的性能及应用介绍

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。

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。

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：

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：

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。

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。

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

汽车轴承

人造骨

航天领域

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。