特種工(gōng)程塑料聚醚醚酮應用(yòng)進展2018-07-19

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聚醚醚酮 ( PEEK) 是由帝國化學( I CI ) 公司在 1977年首先開(kāi)發成功 ，1982年正式以 VICTREX®PEEK銷售，1993年VICTREX( 威格斯)收購(gòu)ICI生産工(gōng)廠(chǎng)成爲獨立公司。威格斯擁有(yǒu)市場(chǎng)上(shàng)最廣泛的(de)聚芳醚酮類産品，目前每年産能(néng)4250t， 此外 ，VICTREX®聚芳醚酮第3個(gè)工(gōng)廠(chǎng)年産2900t也(yě)于2015年年初投産，屆時産能(néng)将超過7000 t／a 。

一、性能(néng)簡介 

PEEK作爲聚芳醚酮類最重要的(de)産品， 其特殊的(de)分(fēn)子結構賦予聚合物(wù)耐高(gāo)溫、 機械性能(néng)優異、自潤滑性好、 易加工(gōng)、耐化學品腐蝕、阻燃 、耐剝離(lí)性 、耐輻照(zhào)性、絕緣性穩定、耐水(shuǐ)解和(hé)易加工(gōng)等優異性能(néng)，是目前公認爲最佳的(de)熱(rè)塑性工(gōng)程塑料。

表 1 VICTREX PEEK聚合物(wù)的(de)常規性能(néng) 

1. 耐高(gāo)溫性 

VICTREX PEEK聚合材料和(hé)共混材料的(de)玻璃化轉變溫 度通常爲143℃， 熔點爲 343 ℃，熱(rè)變性溫度高(gāo)達 335 ℃(ISO75Af，碳纖填充)，連續使用(yòng)溫度 260℃（UL746B，無填充 )。

2. 耐磨性 

VICTREX PEEK聚合材料具有(yǒu)優異的(de)耐摩擦和(hé)耐磨損 性， 特别是耐磨改性的(de)摩擦級牌号，在寬廣的(de)壓力、速度、溫度和(hé)接觸面粗糙度範圍内都(dōu)表現出極好的(de)耐磨損性。

3. 耐化學腐蝕性

VICTREX PEEK聚合材料耐腐蝕性與鎳鋼相(xiàng)近， 在大(dà)多數化學環境下具有(yǒu)極佳的(de)耐腐蝕性， 即便在高(gāo)溫的(de)環境下耐化學腐蝕性也(yě)非常優異。

4. 防火(huǒ)輕煙和(hé)無毒性 

VICTREX PEEK聚合材料非常穩定，1.5mm的(de)樣品，不加阻燃劑即可(kě)達到(dào)UL94 -V0等級。此材料的(de)成分(fēn)和(hé)固有(yǒu)純度使其在火(huǒ)災情況下隻會(huì)産生極少(shǎo)量的(de)煙霧和(hé)毒氣。

5. 耐水(shuǐ)解性 

VICTREX PEEK聚合材料和(hé)共混材料可(kě)以抵禦水(shuǐ)或高(gāo)壓蒸汽的(de)化學侵蝕。采用(yòng)該材料制(zhì)成的(de)零部件(jiàn)高(gāo)溫和(hé)高(gāo)壓下在水(shuǐ) 中連續使用(yòng)仍可(kě)保持高(gāo)水(shuǐ)平的(de)機械性能(néng)。

6. 優異電氣性 

VICTREX PEEK聚合材料可(kě)在寬廣的(de)頻率和(hé)溫度範圍 内保持良好的(de)電器(qì)性能(néng)。

此外，VICTREX PEEK聚合材料還具有(yǒu)高(gāo)純度、 環保、 易于加工(gōng)等特性 。

二、研究生産現狀 

PEEK 自研制(zhì)成功以來， 以其自身的(de)各項優異性能(néng)， 受到(dào)人(rén)們廣泛青睐， 并迅速成爲一個(gè)新的(de)研究熱(rè)點， 對 PEEK進行(xíng) 一 系列化學、 物(wù)理(lǐ)改性增強 ，進一步拓寬了 PEEK的(de)應用(yòng)領域 。

1. 化學改性 

化學改性是通過引入特殊官能(néng)團或小(xiǎo)分(fēn)子來改變聚合物(wù)的(de)分(fēn)子結構和(hé)規整性 ， 例如(rú)： 改變主鏈上(shàng)的(de)醚酮基團比例或在主鏈上(shàng)引入其它基團、 支化交聯、引入側鏈基團、 嵌段共聚和(hé) 無規共聚等進 而改變其熱(rè)力 學性能(néng)。

VICTREX®HT™、VICTREX®ST™分(fēn)别是 PEK、PEKEKK，通過改變 E／K比值 來提高(gāo)聚合物(wù)的(de)耐高(gāo)溫性能(néng)。

2. 物(wù)理(lǐ)改性 

相(xiàng)對于化學改性 ，物(wù)理(lǐ)改性在實際應用(yòng)中更爲廣泛， 分(fēn)爲填充增強、 共混改性、 表面改性等。

1）填充增強

填充增強最常見的(de)是纖維增強， 包括玻纖、 碳纖增強和(hé)芳綸纖維增強。實驗證 明(míng)， 玻璃纖維、碳纖維 和(hé)芳綸纖維 與 PEEK有(yǒu)很好的(de)親和(hé)性 ， 因此常被選爲填料增強 PEEK， 制(zhì)成高(gāo)性能(néng) 的(de)複合材料 ， 提高(gāo) PEEK樹脂的(de)強度和(hé)使用(yòng)溫度。HMF-Grades是VICTREX推出的(de)新型碳纖維填充複合材料，這種材料與 目前的(de)高(gāo)強度碳纖維填充 VICTREX PEEK系列相(xiàng)比， 具有(yǒu)更好的(de)耐疲勞性能(néng)， 集易加工(gōng)性和(hé)優異的(de)機械性能(néng)于一體。

爲減小(xiǎo)摩擦、 降低磨損等， 常通過添加 PTFE、 石墨等小(xiǎo)分(fēn) 子來改善增強。Wear  Grades是 VICTREX針對于軸承等耐磨要求高(gāo)的(de)環境特别改性增強而來的(de)。

2）共混改性 

PEEK與具有(yǒu)較高(gāo)玻璃化轉變溫度的(de)有(yǒu)機高(gāo)分(fēn)子材料共混，不僅可(kě)以提高(gāo)複合材料的(de)熱(rè)性能(néng)和(hé)降低生産成本， 而且對其力學性能(néng)也(yě)有(yǒu)很大(dà)影響。

VICTREX®MAX-Series™是VICTREX PEEK聚合物(wù)材料和(hé)基于沙伯基礎創新塑料( SABIC Innovative Plastics ) 生産的(de)正宗 EXTEM®UH熱(rè)塑性聚酰亞胺 (TPI)樹脂共混而成。高(gāo)性能(néng) MAX Series™聚合材料具有(yǒu)優異的(de)耐熱(rè)性，專爲滿足對更加耐高(gāo)溫的(de) PEEK聚合材料 日益增長的(de)需求而設計(jì) 。

VICTREX® T Series是基于VICTREX PEEK聚合材料和(hé) Celazole®聚苯并咪唑(PBI )的(de)專利共混産 品。可(kě)熔融加工(gōng)， 并在最嚴苛的(de)高(gāo)溫條件(jiàn)下仍能(néng)滿足所需的(de)優異強度、 耐磨性 、硬度 、蠕變性和(hé)熱(rè)性能(néng) 。

3）表面改性 

VICTREX與瓦克公司( Wacker， 液體有(yǒu)機矽領先生産商)合作進行(xíng)的(de)研究表明(míng)，VICTREX PEEK聚合材料和(hé)有(yǒu)機矽剛柔相(xiàng)濟，既結合了兩者的(de)優勢， 同時還兼具其他(tā)工(gōng)程塑料所具有(yǒu)的(de)附著(zhe)力。以 PEEK組件(jiàn)作爲嵌件(jiàn) ，用(yòng)液體矽橡膠包覆成型， 或采用(yòng)雙組件(jiàn)注塑成型技術(shù)， 都(dōu)能(néng)得到(dào)優異的(de)附著(zhe)力。VICTREX PEEK注塑的(de)模具溫度爲180℃， 利用(yòng)其潛熱(rè)可(kě)以使矽橡膠快速固化， 因此可(kě)以減少(shǎo)整體注塑周期， 雙組件(jiàn)注塑成型技術(shù)的(de)優勢正在于此。

3. 其他(tā) 

1）VICOTE™塗料 

爲彌補當今多種塗料技術(shù)中存在的(de)性能(néng)不足， VICTREX推出了一款 PEEK爲基體的(de)塗料一 VICOTE™塗料。對于暴露在高(gāo)溫、 化學腐蝕及磨損等極端條件(jiàn)下的(de)嚴苛應用(yòng)，VICOTE™塗料具有(yǒu)優異的(de)耐高(gāo)溫、耐磨性、強度 、耐久性和(hé)抗劃傷性以 及衆多高(gāo)性能(néng)優點， 不論是應用(yòng)于工(gōng)業(yè)、汽車(chē)、食品加工(gōng) 、半導體、電子還是制(zhì)藥行(xíng)業(yè)的(de)零件(jiàn)，采用(yòng) VICOTE™塗料 ，既可(kě)以延長應用(yòng)壽命 ，改善産品的(de)性能(néng)與功能(néng)，降低整體系統成本，還有(yǒu)助于提高(gāo)設計(jì)自由度，進而實現産品差異化。

2）APTIV™薄膜 

APTIV™薄膜具有(yǒu)獨一無二綜合性能(néng)，擁有(yǒu)VICTREX PEEK聚合材料固有(yǒu)的(de)一系列傑出特性 ，是目前用(yòng)途最廣的(de)高(gāo)性能(néng)薄膜産品之一。新型 APTIV薄膜用(yòng)途廣泛， 适用(yòng)于各種應用(yòng)，包括手機用(yòng)揚聲器(qì)和(hé)消費類揚聲器(qì)振動膜 ，電線電纜絕緣與纏繞護套， 壓力變換器(qì)與傳感器(qì)隔膜，工(gōng)業(yè)與電子産品耐磨表面，電氣基闆及航空絕緣氈等。

三、應用(yòng)領域 

PEEK投放(fàng)市場(chǎng)以來 ，被廣泛應用(yòng)于航空航天、汽車(chē)、電子、能(néng)源、工(gōng)業(yè)、半導體和(hé)醫學等領域。

1. 航空航天 

航空航天是 PEEK最早開(kāi)發的(de)應用(yòng)領域 ，航空領域的(de)特殊性，通常要求加工(gōng)靈活、加工(gōng)成本低且耐受惡劣環境的(de)輕質材料。PEEK因爲異常堅固、具有(yǒu)化學惰性和(hé)阻燃特性， 并容易加工(gōng)成公差極小(xiǎo)的(de)零部件(jiàn)等優點， 可(kě)以替代鋁和(hé)其它金(jīn)屬 材料制(zhì)造各種飛(fēi)機零部件(jiàn)。

在航空器(qì)内部 ，已成功的(de)案例有(yǒu)電線束夾和(hé)管夾、葉輪片、機艙門把手、絕緣覆蓋膜、複合緊固件(jiàn)、紮線帶、線束、波紋套管等；外部有(yǒu)雷達天線罩、起落架輪毂罩、人(rén)孔蓋、整流罩支架等。
此外 ，PEEK樹脂還可(kě)用(yòng)于制(zhì)作火(huǒ)箭用(yòng) 電池槽、螺栓、螺母以及火(huǒ)箭發動機的(de)零部件(jiàn)等。

2. 汽車(chē)行(xíng)業(yè) 

目前，汽車(chē)産業(yè)越來越要求車(chē)輛重量、成本的(de)最小(xiǎo)化和(hé)産品性能(néng)最大(dà)化的(de)雙重性能(néng)，特别是人(rén)們對汽車(chē)舒适性和(hé)穩定性的(de)追求，相(xiàng)應的(de)冷(lěng)氣、電動窗、安全氣囊及ABS刹車(chē)系統等設備的(de)重量也(yě)日益增加 。利用(yòng) PEEK 樹脂良好的(de)熱(rè)力學性能(néng)、耐摩擦 、密度小(xiǎo)和(hé)易加工(gōng)等優點制(zhì)作汽車(chē)零部件(jiàn)， 加工(gōng)成本大(dà)大(dà)降低的(de)同時，不僅可(kě)以減重多達 90%，而且能(néng)保證長時間的(de)使用(yòng)壽命所以 PEEK作爲金(jīn)屬不鏽鋼和(hé)钛的(de)替代品用(yòng) 于制(zhì)造發動機内罩的(de)材料 ， 制(zhì)造汽車(chē)軸承、墊片、密封件(jiàn)、離(lí)合器(qì)齒環等各種零部件(jiàn) ， 另外在汽車(chē)的(de)傳動、刹車(chē)和(hé)空調系統 中應用(yòng)也(yě)很多。

3. 電子行(xíng)業(yè) 

VICTREX PEEK的(de)耐高(gāo)溫、耐磨 、耐腐蝕、低揮發 、低析 出、低吸濕、環保阻燃 、尺寸穩定、加工(gōng)靈活等特點，在計(jì)算機 、手機、線路(lù)闆、打印機、發光(guāng)二極管、電池、開(kāi)關、連接插頭、硬盤驅動器(qì)等電子器(qì)件(jiàn)上(shàng)廣泛應用(yòng)。

4. 能(néng)源行(xíng)業(yè) 
選擇正确的(de)材料經常被看作能(néng)源行(xíng)業(yè)開(kāi)發成功的(de)關鍵因素之一， 近年來 VICTREX PEEK越來越受到(dào)能(néng)源領域的(de)青 睐，以改善運行(xíng)性能(néng)，并能(néng)降低與部件(jiàn)失效相(xiàng)關的(de)停機風險。

VICTREX PEEK自身的(de)高(gāo)耐熱(rè)、耐輻射、耐水(shuǐ)解、自潤滑、耐化學腐蝕及優異 的(de)電性能(néng)等，日益被能(néng)源行(xíng)業(yè)所采用(yòng)，例如(rú)海(hǎi)底集成線束管道、電線電纜、電連接器(qì)、井下傳感器(qì)、軸承、襯套、齒輪、支承環等産品，在石油天然氣、 水(shuǐ)力發電、地(dì)熱(rè)、風電 、核能(néng) 、太陽能(néng)領域均有(yǒu)應用(yòng) 。

APTIV™薄膜 和(hé)VICOTE™塗料在該行(xíng)業(yè)也(yě)得到(dào)了廣泛的(de)應用(yòng) 。

5. 其他(tā)

在機械工(gōng)業(yè)方面，PEEK樹脂常用(yòng)來制(zhì)作壓縮機閥片、活塞環、密封件(jiàn)和(hé)各種化工(gōng)用(yòng)泵體、 閥門部件(jiàn)。用(yòng)該樹脂代替不鏽鋼制(zhì)作渦流泵的(de)葉輪，可(kě)明(míng)顯降低磨損程度和(hé)噪音(yīn)級别 ，延長其使用(yòng)壽命。除此之外 ，由于 PEEK樹脂符合管組工(gōng)件(jiàn)材料的(de)規格要求，在高(gāo)溫下仍可(kě)使用(yòng)各種粘合劑進行(xíng)粘接 ，所以 現代連接器(qì)将是其另一個(gè)潛在的(de)應用(yòng)市場(chǎng)。

半導體行(xíng)業(yè)正朝著(zhe)較大(dà)晶圓、較小(xiǎo)芯片、更窄的(de)線路(lù)與線寬尺寸等趨勢發展， VI CTREx PEEK聚合材料在圓晶制(zhì)造、前端處理(lǐ)、加工(gōng)和(hé)檢驗及後端處理(lǐ)中都(dōu)有(yǒu)明(míng)顯的(de)優勢。

醫療行(xíng)業(yè)， PEEK樹脂可(kě)在 134℃下經受多達3000次的(de)循環高(gāo)壓滅菌， 這一特性使其可(kě)用(yòng)于生産滅菌要求高(gāo)、需反複使用(yòng)的(de)手術(shù)和(hé)牙科設備備。PEEK樹脂在熱(rè)水(shuǐ)、蒸汽、溶劑和(hé)化學試劑等條件(jiàn)下可(kě)表現出較高(gāo)的(de)機械強度、良好的(de)抗應力性能(néng)和(hé)水(shuǐ)解穩定性，用(yòng)它可(kě)制(zhì)造需要高(gāo)溫蒸汽消毒的(de)各種醫療器(qì)械。PEEK不僅具有(yǒu)質量輕、無毒、耐腐蝕等優點，還是與人(rén)體骨骼最接近的(de)材料，可(kě)與肌體有(yǒu)機結合，所以用(yòng)PEK樹脂代替金(jīn)屬制(zhì)造人(rén)體骨骼是其在醫療領域的(de)又(yòu)一重要應用(yòng)。

四、前景展望

随著(zhe)科學技術(shù)的(de)發展，人(rén)們對材料的(de)要求必将越來越高(gāo)，特别是在能(néng)源緊缺的(de)當下，減重降本是每個(gè)企業(yè)必須考慮的(de)問題，以塑代鋼是未來材料發展的(de)必然趨勢，對于PEEK這種“全能(néng)型”的(de)特種工(gōng)程塑料的(de)需求也(yě)必将會(huì)越來越多，應用(yòng)領域也(yě)會(huì)越來越廣。