基本信息
中文名：聚醚醚酮
外文名：poly(ether-ether-ketone)
簡稱：PEEK
長期使用溫度：260℃
聚醚醚酮的結構
結構式
聚醚醚酮是一種芳香族半結晶線性熱塑性聚合物，其分子鏈上含有苯環、醚鍵和羰基，對亞苯基通過氧橋（醚和酮）連接。這種特殊的化學結構使得PEEK具有穩定的理化性質，從而表現出耐熱、耐輻射、耐化學藥品、機械強度高等優良特性。
聚醚醚酮的合成方法
合成聚醚醚酮的關鍵在于單體4，4-二氟二苯甲酮的制備，合成4，4-二氟二苯甲酮的方法包括苯系化合物縮合法、鹵素交換法、催化羰基化法、二氯乙烯氧化法、付氏烷基化法以及重氮化法6種生產方法，其中最常用的方法是付氏烷基化法和重氮化法，下面的合成反應式采用的是付氏烷基化法：
PEEK樹脂主要是以4,4-二氟二苯甲酮與對苯二酚鈉鹽為原料,以二苯砜為溶劑進行縮聚反應得到的聚合物，合成反應式如下：
以此種方法制備的聚醚醚酮熱性能非常穩定。
歷史沿革
性能特點
耐熱特性：PEEK樹脂是半結晶型聚合物。其玻璃化轉變溫度Tg=143℃,熔點 Tm=334℃。雖然純樹脂的熱變形溫度只有152℃，但用 30%的玻纖（GF）或碳纖（CF）增強后熱變形溫度可達300℃。
機械特性：表現出高強度、高模量的特點，拉伸強度可達100MPa以上，彎曲強度和模量出色，同時具備良好的韌性和抗沖擊性能，在高溫下仍能保持較高強度，其綜合機械性能高于其他熱塑性樹脂。
阻燃性：PEEK具有自熄性，不添加阻燃劑的0.8~ 1.6 mm厚的PEEK的阻燃性達UL94V~O級。強制燃燒下它的發煙量也非常小，并且不含有毒氣體。
耐熱水性：耐熱水和耐蒸汽是PEEK最主要的特征之一。在80℃熱水中浸泡800h, 其抗拉強度和斷裂伸長率基本上沒有變化。200℃蒸汽中，其抗拉強度及外觀未發生顯著變化，因此可在蒸汽中長期使用。在所有的工程塑料中，PEEK耐蒸汽性能最高。
電性能：PEEK樹脂的體積電阻率達1016Ω.cm, 在高頻下介電損耗角正切值較小。在高溫、高壓和高濕度等惡劣環境下仍能保持良好的電氣絕緣性。
耐輻射性：PEEK具有很強的耐輻射性能。它對Y射線的抵抗能力在整個工程塑料中是最好的。PEEK吸收劑量為(1.0~1.2)×107Gy的Y射線后開始變脆；(0.l~12)×106Gy的β射線對其無影響。
自潤滑性：PEEK具有非常高的自潤滑性，適合于嚴格要求低摩擦系數和耐摩耗用途。特別是用碳纖維、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常優越。
生物相容性：PEEK本性無毒安全不過敏，生理相容性好。植入級PEEK在國外獨立測試機構嚴格按照ISO10993的要求，進行了完整的生物相容性測試。結果表明，植入級PEEK具有優異的生物相容性，且沒有任何副作用。
易加工性：具有高溫流動性好和熱分解溫度很高等特點，可采用注射成型、擠出成型、模壓成型、吹塑成型、熔融紡絲、旋轉成型、粉末噴涂等多種加工方式，用于生產具有復雜幾何形狀的部件。
耐化學藥品性：PEEK除濃硫酸外，幾乎能耐任何化學藥品；在較高的溫度下，它仍能保待良好的化學穩定性。
成型加工
PEEK通常以顆粒、粉末、細粉三種形式應用于成型加工，注塑成型制件和擠出成型單絲及電線包覆、型材等一般使用顆粒狀PEEK，粉末則用于增強、填充等復合擠出造粒，模壓成型常以細粉狀PEEK為原料。
?注射成型
注射成型是一種常用的PEEK聚醚醚酮成型加工方式，注射成型是將PEEK聚醚醚酮粉末或顆粒狀材料加熱熔融后，通過注射機將熔融的材料注入模具中進行成型，注射成型可以制造各種形狀的產品，如零件、管道、板材等。
?擠出成型
擠出成型是將PEEK聚醚醚酮材料加熱熔融后，通過擠出機將熔融的材料擠出成型，形成各種形狀的材料，如板材、棒材、管材等，擠出成型適用于大批量生產相同形狀大型、復雜的零部件。
未拉伸的 PEEK 薄膜結晶度偏低，而在經過拉伸與熱處理后，其熔點顯著上升，機械強度也大幅提高，性能處于 PET 薄膜和聚酰亞胺薄膜 Kapton 之間，被歸類為 C 級絕緣材料。PEEK 薄膜具有良好的透明度，據日本住友化學工業公司所制的 PEEK 薄膜數據顯示，其光線透過率可達約 85%。
?壓制成型
壓制成型是將PEEK聚醚醚酮粉末或顆粒狀材料放入模具中，通過高溫高壓的方式使其熱熔融并壓制成型，壓制成型適用于制造復雜形狀的零件或小批量生產。
?噴涂成型
噴涂成型是將PEEK顆粒加熱熔融，通過噴涂設備將其噴涂在基材上，形成涂層，噴涂成型是將PEEK聚醚醚酮溶液噴涂在模具表面上，經過烘干后形成一層薄膜，然后將其熱壓成型，噴涂成型適用于制造復雜形狀的零件或薄壁結構、表面涂層、薄膜等產品。
改性和新型PEEK
PEEK的最關鍵的改良類型是添加玻璃纖維和碳纖維的增強型產品。通過玻璃纖維或碳纖維的增強作用，PEEK的機械強度、剛性和耐溫性能得到了顯著提升。下面介紹近年來開發成功的新型 PEEK 品級及PEEK合金材料。
?導電PEEK
近年來，半導體、液晶顯示器玻璃基板和集成電路晶片支架等制造領域所使用的材料，不僅需要具備高韌性、尺寸穩定以及質量輕便，還必須能在高溫加工過程中具出防靜電特性。為了滿足這些嚴格的要求，日本三井東壓化學公司成功研發出了一種名為KNE5010的新型導電PEEK材料。這種材料不僅顯著地將PEEK的表面電阻率從1016Ω降低到108~1010Ω，同時保留了PEEK原有的眾多卓越性能。
PEEK導電品級的性能
?高強度PEEK
1994年，日本三井東壓化學公司開發成功了高強度PEEK新品級PKU- CF30。它是PEEK和經過特殊處理的碳纖維經混合增強而制得的新材料，具有極為優異的機械強度和模量。抗拉強度高達284MPa, 僅略低于鋁合金；而比強度高達206MPa,則遠高于鋁合金。
高強度PEEK PKU-CF30與其他材料的性能比較
以PKU-CF30為原料，通過注射成形制造的汽車透平機加載葉輪，比采用鋁合金制造的質量可減輕一半，而且制品強度高，耐熱性和耐疲勞性也極好，是一種性能極為優異而價格適中的注射制品，現已用于日產汽車的主力透平車上。
?PEEK合金
PEEK樹脂價格較高，作為耐熱性聚合物，它的玻璃化轉變溫度(143~)稍偏低。當超過玻璃化轉變溫度時，它的強度和模量快速下降，通常采用玻璃纖維增強或合金化等方法加以改進。PEEK可以與PSF、PEI(聚醚酰亞胺）、PES等非結晶性高玻璃化轉變溫度的樹脂共混，制成有較高玻璃化轉變溫度的合金。例如，PEEK與PEI按50/50(質量比）共混制得的 聚合物合金，玻璃化轉變溫度達180℃，比PEEK高37℃。此時PEEK的絕對結晶度和結晶速度降低，但結晶未消失。對PEI來說，PEEK 的加入可提高其耐溶劑性。
PEEK與PPS共混，不僅可提高PEEK熔體的流動性，提高玻璃化轉變溫度，而且可降低成本。
聚芳醚酮不同品種之間也可以相互混合形成聚合物合金，如PEEK和PEK等，可根據它們分子結構中的醚、酮的不同比例，通過共混來調整熔點和玻璃化轉變溫度。PEEK與LCP(液晶聚合物）形成的聚合物合金，可明顯抑制在PEEK玻璃化轉變溫度以上強度和模量的降低。與PEEK相比，PEEK/LCP合金的螺旋線流動長度增大，成形加工性能得到改善。
聚醚醚酮產業鏈
應用領域
航空航天領域
應用場景：飛機發動機部件、機翼結構件、衛星零部件等。
作用：PEEK材料因其卓越的耐候性和耐高溫特性，被廣泛應用于飛機雷達零件、天線罩以及發動機部件，確保在極端氣候和高溫環境下的可靠性。同時，碳纖維或玻璃纖維增強的PEEK也用于制造飛機和飛船的門把手、機艙面板、操縱桿以及直升機尾翼，顯著提升了這些關鍵部件的強度和耐久性。
法國陣風戰機機身蒙皮 美國隱身直升機LHX旋翼和導彈殼體 美國V-22魚鷹飛機前起落架門
F117B隱形轟炸機全自動尾翼 美國C-130運輸機機身腹部壁板
英國ICI公司利用PEEK制造的APC-2復合材料在韌性上遠超過傳統環氧樹脂復合材料，其韌性高出10倍以上。這種材料的應用范圍廣泛，包括宇宙空間站、飛機機翼等大型構件以及其他制品，可以替代環氧樹脂。此外，ICI公司還采用玻璃纖維增強PEEK，通過注射成形工藝制造火箭點火器管，這種新材料不僅降低了成本，還特別適用于火箭劇烈點火升空的環境，取代了以往的金屬材料。
醫療器械領域
應用場景：制造人工關節、脊柱植入物、牙科修復材料等
作用：PEEK材料具有良好的生物相容性，不會引起人體的免疫反應。與傳統的金屬植入材料相比，PEEK材料具有更低的彈性模量，更接近人體骨骼的力學性能，能夠減少應力屏蔽效應，促進骨組織的生長和愈合。
脊柱手術 脊柱手術
脊椎椎間PEEK融合器 PEEK縫線鉚釘
作為最大的PEEK材料制造商，威格斯公司自1989年起就開始了PEEK醫用植入材料的研發，并擁有相關專利[DE69032928D1]。隨著時間的發展，全球多家公司也投入到PEEK生物醫用材料的研究中，如今已有多種PEEK生物醫用材料在市場上得到應用。以下是一些主要的PEEK生物醫用材料及其特點：
Victrex公司的PEEK-OPTIMA?系列材料：這是由Victrex公司的子公司Invibio生產的，該系列材料以其優異的生物相容性和機械性能，在醫療領域得到廣泛應用。
索爾維的Solviva系列生物材料：索爾維推出了Solviva系列，其中包括Zeniva材料，這種材料具有高強度、剛度、韌度、耐疲勞性及生物穩定性，滿足ASTMF2026-07標準對外科植入物的PEEK的要求。
贏創公司的VESTAKEEP?植入級PEEK：贏創公司的VESTAKEEP?植入級PEEK在國內外測試中顯示出優異的生物相容性，且無副作用，是另一種在醫療領域得到應用的PEEK材料。
汽車制造領域
應用場景：發動機內罩、軸承、墊片、密封件、離合器齒環等汽車零部件。
作用：利用PEEK良好的耐摩擦性能和機械性能，可以替代金屬作為制造汽車零部件的材料。
電子電器領域
應用場景：電線被覆、磁導線被覆以及用作高溫接線柱、電機絕緣材料、集成電路晶片支架等：①電線被覆；②磁導線被覆；③高溫接線柱；④電機絕緣材料；⑤集成電路晶片支架。
作用：PEEK具有優異的尺寸穩定性、高純度、高機械性能和優良的電氣性能，在電子電氣領域中用于制造各種高性能零部件。
電路板 電子連接器
能源領域
應用場景：核工業零部件、石油和天然氣開采設備等。
作用：PEEK材料能夠滿足這些領域對高性能材料的要求，如耐輻射性、高溫情況下優異的電性能和出眾的機械強度等。
半導體工業
應用場景：CMP保持環、晶圓承載器、晶片夾等高性能塑料零件。
作用：PEEK能夠耐受高達260℃的高溫和各類化學品的腐蝕，從而減少晶圓冷卻時間，提高生產效率，并提升晶圓良品率。
CMP固定環 半導體測試插座
發展趨勢
全球PEEK市場規模預計將從2022年的49億元增長至2027年的84億元，年均復合增速達到11.38%。在中國，預計到2027年PEEK市場需求將超過5000噸，市場規模將達到28.38億元（市場規模增長）。國家政策對新材料產業的支持力度不斷加大，如2024年6月召開的全國原材料工業座談會提出構建新材料等新的增長引擎，PEEK材料作為重要的新材料，有望受益于相關政策紅利，獲得更多的研發和產業化支持（政策支持）。隨著PEEK材料在新興領域如人形機器人中的應用不斷拓展，其市場需求將進一步增長。人形機器人對材料的輕量化、高強度、高精度等要求與PEEK材料的性能高度契合，國內已有廠家將PEEK材料應用于人形機器人的關節、軸承、齒輪等部件，形成配套生產鏈（新興領域擴展）。
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