聚醚醚酮简介

中文名称∶聚醚醚酮

外文名称∶PEEK

特性∶耐高温性、自润滑性、耐化学性、阻燃性、耐水解性、耐磨损性以及抗疲劳性等优良的性能。

聚芳醚酮简称PAEK，是一类亚苯基环通过醚键和羰基（酮基）连接而成的结晶型芳香族热塑性聚合物。按分子链中醚键、酮基与苯环连接次序和比例的不同，可形成许多不同的聚合物、如聚醚酮PEK、聚醚醚酮PEEK、聚醚酮酮PEKK、聚醚醚酮酮PEEKK和聚醚酮醚酮酮PEKEKK等品种。其中，聚醚醚酮PEEK是第一个工业生产的品种。聚醚醚酮（以下简称PEEK，是年由英国帝国化学工业公司（IC）研究开发成功的，因其具备高等级的耐热、耐腐蚀、耐辐射性能，以及优异的抗疲劳性和电性能，还具有出色的加工性能等诸多优点，成为公认的全球性能最高的热塑性材料之一。最初是用于国防军工领域，后逐渐扩展至民用领域、包括工业制造业、航空航天、汽车工业、电子电气和医疗器械等。

一、聚醚醚酮历史s：年美国Dupont公司和年英国ICI公司分别报道了在Friedel-Crafts催化剂存在下，通过亲电取代可以合成聚芳醚酮。-：年ICI公司的PEEK被威格斯(Victrex)收购，年威格斯公司产能增加至t/a，到年再次扩能至t/a，同时，伟哥积极开发民用高科技领域的应用，市场规模每年以15%左右的增速在连续增长。-：ICI公司于年成功研发PEEK，并开始商业化。87年启动t/a的生产装置。在93年以前PEEK主要应用于西方军工领域，市场规模只有t/a。-：中国从"七五"开始将聚醚醚酮作为国家重点项目来研究，吉林大学于年建立了长春吉大高新材料公司，研发并规模化生产PES和PEEK树脂。在03年底建成了t/年生产线并投产。年德国赢创公司注资成立吉大赢创高性能聚合物有限公司，吉林大学持股20%，赢创持股80%。：索尔维在年底收购了印度Gharda化学公司的聚合物分部，并于年在印度建立了首套PEEK商业化装置，年产能达到t。-：威格斯09年新建成t/a规模的新厂，总产能达到t/a。之后仍不断扩增产能，到年威格斯新装置生产能力已达到t/a，占全球总产能的60%。-：年索尔维又将印度生产基地的PEEK和PAEK（聚芳醚酮）聚合物产量扩增，到年产能达到1t/a，与此同时，在印度的Savli又设立了一个重要的RD中心。年5月，SolvaySA又推出了一种新的高刚度等级KetaSpire聚醚醚酮（PEEK），即KetaSpireKT-，它的模量/刚度比标准纯PEEK等级高50%：年吉大赢创高性能聚合物公司将产能扩大到t/a。以满足不断增长的全球需求。产品主要出口欧洲的意大利等国家，在中国市场鲜少有其产品。.9：威格斯与埃克塞特大学（英国）合作推出用于航空航天工业3D打印的新一代PAEK聚合物和复合材料。这种伙伴关系促进了双方在3D打印技术上的更广泛开发。.11：赢创工业股份有限公司开发了世界第一条用于3D打印应用的植入级PEEK灯丝。这种高性能材料可用于熔丝制造（FFF）技术。.3：赢创工业股份公司推出了新的不透射线PEEK材料，用于医疗保健应用中的植入技术。赢创开发了含有硫酸钡的PEEK。这种产品类型有助于射线照相对比，而不会形成伪影，因为它可以用植入技术的其他材料进行观察。.3：阿科玛在美国开设了第一家PEKK生产工厂。

二、聚醚醚酮-物性

1、基础物性

聚醚醚酮PEEK是一种半结晶性芳香族热塑性工程塑料。因此，它具有三种典型的热转变温度∶玻璃化转变温度（Ta）为℃，结晶温度（Tc）为℃，熔点（Tm）为℃。它在无定型状态下的密度为1.g/cm3，最大结晶度时的密度为1.32g/cm。

注：A图：PEEK的分子结构B图：PEEK的正交单元晶胞2、分子结构和结晶度从PEEK的结构式可以看出，它具有芳香分子骨架，芳环基之间有酮基和醚基的结合，分子中含有大量的苯环，因此它会拥有良好的耐热性能和机械性能。从晶型结构可以看出，PEEK是由非晶态相和晶态相组成的两相半晶态聚合物，一般制品结晶含量在20~35%。根据加工工艺，可以得到范围更广的结晶度（0~40%）3、耐高温性能/热稳定性PEEK是一种耐高温热塑性塑料，他的结晶形态使其具有突出的耐热性能和力学性能。它的熔融温度为℃，在℃以下很难测量到热降解和挥发分的产生。

在℃时，16周后才检测到机械性能的降低。在℃时，其机械性能才迅速的降低。说明其可以较高温下长期使用与其他耐高温材料如聚酰亚胺（PI、聚苯硫醚（PPS）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚苯醚（（PPO）等相比，使用温度上限高出近50℃，瞬间使用温度可以达到℃，在℃下短时间机会不分解。

项目PEEKPTFEPPOPI拉伸强度/MPA拉伸弹性模量/GPA2.80.42.7-弯曲强度/MPA弯曲弹性模量/GPA3.7-2.03.3压缩强度/MPA简支梁缺口冲击强度/KJm4....10线胀系数4..64.0热变形温度/C°(1.82MPA)-4、化学稳定性

从PEEK的结构就可以看出，其具有优异的耐化学性，芳基通过位于两端的酮基和醚基相互连接，形成对称共振稳定的结构，使得沿整个大分子的高轨道电子去局域化，无极反应性。在常温下，PEEK出了98%浓硫酸、氢氟酸等强酸和强极性化学试剂外，几平不受溶剂的破坏，耐腐蚀性与镍钢相近。聚醚醚酮的水溶性为0.5%，即使在高达℃下，长期使用也不会造成损伤，所以在高温水蒸气下能保持优异的性能，对于其在生物医学领域的应用来说，这使其能经受高温水蒸气灭菌的条件，机械性能不受到影响，是作为医疗器械应用的良好材料。5、生物相容性

PEEK-OPTIMA和CF-PEEK-OPTIMA化合物和复合材料已经过广泛的生物相容性测试，以满足其FDA主文件的标准。这些测试包括对全身、皮内毒性以及肌内植入的大量研究，均未显示不良副作用。根据ISO-10-标准，PEEK无致敏作用，无基因毒性。

6、优异的力学性能

弯曲强度∶PEEK在高温下能保持较高的强度，它在℃时的弯曲强度达24MPa左右，比PTFE常温下的弯曲强度还高，在℃下弯曲强度和压缩强度仍有12~13Mpa。

刚性∶PEEK的刚性较大，尺寸稳定性较好，线胀系数较小，非常接近于金属铝。耐疲劳性∶韧性好，对交变应力的优良耐疲劳性是所有塑料中最出众的，可与合金材料媲美。耐摩性能∶具有突出的摩擦学特性，耐滑动磨损，微动磨损性能优异，尤其是能在℃下保持高的耐磨性和低磨损系数。可加工性∶易于挤出和注射成型，加工性能优异，成型效率较高。

三、生产工艺

PEEK合成的工艺路线有两大类∶亲核路线和亲电路线

亲核路线

以二氟二苯甲酮与对苯二酚在无水碳酸钠存在的条件下，以二苯砜为溶剂即非质子极性溶剂中，在C°~C°下进行缩聚反应获得高分子量的聚醚醚酮，其优点是聚合物的支化、交联等副反应较易控制.但反应条件苛刻，合成工业复杂，单体价格昂贵，成本高，这也是PEEK售价昂贵并制约其应用的一大主要原因。

亲电路线

工艺采用以二苯醚和间苯二甲酰氯为原料的低温反应制成。其优点是条件温和、原料来源方便但存在聚合物支化、交联等副反应。因此，对于采用亲电路线合成，如何有效的控制高分子链支化和交联等副反应，获得高分子量的聚合物，选择反应溶剂尤为重要。

目前获得工业化生产的主要为第一类亲核工艺过程。四、PEEK应用工业领域

交通航空领域

电子电器领域

医用领域

01.工业领域PEEK适用于油气开采的管材/环件

其长期使用温度在C°以上、Taber磨耗体积损失为0.cm3、原油渗入量为0.8%（质量分数）、在硫化氢（H，S）中暴露后的拉伸强度保持率为%、断裂伸长保持率为89%、冲击强度保持率为%、甲醇溶解损失小于1%（质最分数）。H，S、CO，渗透系数为2cm3/s/atm×、能够胜任高温、高压、高湿、高盐等作业环境中的性能要求。

经纤维增强的PEEK树脂专用料相比于纯树脂具有更好的力学特性，可以独立制造油气输送管材。

案例一∶年威格斯与井下衬管制造商WesternFalcon合作推出在钢制管材内部数设VICTREXPipes衬管的复合管材。该复合管材通过特殊的机械黏合工艺制造，能够让PEEK衬管与钢制管材之间发生相对移动，同时又无损二者界面之间的黏合。PEEK衬管的存在，能够在原油输送时使钢制管材内表面免受原油中所携带的酸性物质的腐蚀，并且PEEK衬管具有光退内表面，有利于原油流动，且可以避免石蜡和沥青质的沉积，从而降低油气输送管道的日常维护成本。

案例二∶年威格斯与油气开发商MagmaGlobal合作推出深海油气输送管材m-pipe和s-pipe，其分别是由VICTREXPFEK树脂专用料与T碳纤维或T碳纤维和S2玻璃纤维的复合材料制成，这2种PEEK管材能耐受高达.MPa的水压，在0m深的海底正常工作，非常适合深海油气输送。

02.交通航空领域

PEEK适用于航空金属替代

在同等条件下，PEEK管材比不锈钢管材减重65%、比钛合金管材减重45%、比铝合金管材减重30%，能够大幅提升飞机燃油效率和可靠性。纤维增强型PEEK树脂专用料具有更好的力学性能，可用于制造航空结构件。具有良好的耐电偶腐蚀性和阻燃-烟雾-毒性性能（FST）.还可以通过改性增强抗静电性能。

案例一∶威格斯基于VICTREXPEEK系列树脂专用料，开发出VICTREXPipes系列管材。目前，VICTREXPEEK聚合物已获得Airbus、Boeing和欧盟航空标准化委员会（ECSS）的材料认证。年威格斯基于其VCTREXPipes管材，为中国商用飞机有限公司（简称为中国商飞或COMAC的C型干线客机提供专用高压电缆导管以替代金属导管与原有金属导管方案相比，该方案可实现减重45%。

案例二∶VCTREXTMPEEKGL30则具有良好的耐电偶蚀性和阻燃一烟零一毒性性能（FST，已用于Boeing的型干线客机制造金属夹具替代品。

案例三∶威格斯推出适用于航空结构件的VICTREXPEEK系列纤维增强型树脂专用料CA30，90HMF40和GL30。其中，VICTREXPEEK90HMF40由40%含量的碳纤维增强，其拉伸强度为MPa、拉伸模量为43GPa，相比于PEEK纯树脂，力学性能得到极大提升，能够很好地满足航空结构件对于材料力学性能的要求，已用于Airbus的A-型于线喜机制造支架和嵌合件。

年3月6日——为了在质量和价格敏感的航空运输行业中实现宝责的重量和成本节约，SFSintec与TxVAeroComposites合作重新设计飞机储物箱支架新支架最初由铝制成，将由VICTREXPEEK聚醚醚酮聚合物包覆成型的VICTREXAELUMPAEK复合材料制成。SFS正在对TxV的混合包覆成型复合材料部件进行资格认证，以用于商用飞机。PEEK使用于汽车零部件轻量化

在与航空材料领域类似、PEEK树脂专用料同样适用于实现汽车零部件的轻量化，进而降低燃料消耗减少，二氧化碳排放量。

基于PEEK优异的力学性能，能够为车体提供良好的可重性和安全性。同时，PEEK的低摩擦系数性能为汽车降噪。

案例一∶威格斯的VICTREXWG和VICTREXWG在1.75MPa下的摩擦系数分别为0.06和0.08，由其制造的齿轮油泵在威重70%的同时，能够节省1%～2%的燃料，并且降噪明显。

案例二∶威格斯的VICTREXPEEKCA30其在树脂流动方向的线性热膨胀系数为5μm/m-℃（垂直流动方向的线性热膨胀系数为40μm/m-℃），与钛合金相当，，但明显低于铝合金、不锈钢和镁合金，显示出良好的尺寸稳定性，由其制造的平衡轴齿轮具有良好的尺寸稳定性，可为车体提供良好的可靠性和安全性。

案例三∶PEEK树脂还可用于制备耐磨涂料，为金属零部件提供耐磨涂层。例如，威格斯与轴承生产商立多禄工业股份有限公司合作，利用其VICOTE涂料涂覆滚针轴承，以提高滚针轴承表面的耐磨性。在r/min的转速下旋转h后，滚针轴承表面的外观性能优于相同测试条件下的传统银/铜镀层。

摩擦学性能对于轴承的效率和可靠性至关重要，尤其是在混合润滑条件下。在止推垫圈、衬套和轴承保持架中VICTREXPEEK可以在各种速度和压力情况下提供出色的磨损性能。改善滑动轴承的NVH，并具有缩小部件尺寸的潜力。03.电子电器领域PEEK适用于电子消费品集成化、小型化

智能手机、平板电脑等电子消费品的出现加速推动电子元器件朝集成化、小型化方向发展但制造电子元器件的现有材料其性能越来越难以满足相关发展需求，而PEEK树脂则为相关材料的选用提供了理想方案。

案例一∶威格斯VICTREXPEEK系列的G、CA30树脂专用料熔点高达℃，具有良好的耐磨性、尺寸稳定性、低释气性、低吸湿性、耐化学品性和介电性，且其加工性能优异，可制成0.1~0.2mm厚的高性能薄壁绝缘制品。基于上述优点，该树脂专用料可用于制造铝电容器外壳，从而实现电子元器件的无铅化焊接。

案例二∶基本无颗粒物排放，上述树脂专用料也非常适用于制造硅晶片加工所用的晶片盒。此外，连接器、感应器等电子元器件也是发挥该树脂专用料优异介电性能的成功应用案例。电子电器领域：半导体制造

CMP固定环与PPS环相比、采用VICTREXPEEK制成的CMP保持环耐磨性更强.使用寿命延长一倍.从而减少故障停机时间.提高产能。

晶圆传送盒VICTREXPEEK聚合物拥有众多优异性能、如耐磨性、耐化学腐蚀件、尺寸稳定性、抗静电性和低脱气有助于防止颗粒污染并提高晶圆搬运、存储和转移的可靠性。案例三∶威格斯推出的VICTREXPEEK树脂专用料衍生产品VICTREXAPTIV薄膜可用于制造薄膜天线、背压调节器膜衬、薄膜开关面板和感应器、手机麦克风隔片等电子元件。并且，由于具有优异的音效和耐久性，该薄膜在高性能音响和智能手机的扬声器膜片上已得到广泛应用。微型扬声器膜片APTIV薄膜技术成熟可靠、可为微型扬声器膜片的可靠性和声学性能保驾护航。APTIVDBX满膜是高性能APTV薄膜系列的新成员，它满足更严格的厚度公羌要求，能够提高微型扬声器膜片谐波频率（FO）的可再现性同时尽可能减少THD（总谐波失真）。从而打造稳定而可靠的声学性能。04.医疗领域医用PEEK树脂专用料以其优异的力学特性、耐磨性、耐腐蚀性、生物相容性、射线透过性等有点，深受业界

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