特種工程塑料聚醚醚酮應(yīng)用進(jìn)展

聚醚醚酮 ( PEEK) 是由帝國(guó)化學(xué)( I CI ) 公司在 1977年首先開(kāi)發(fā)成功 ，1982年正式以 VICTREX?PEEK銷售，1993年VICTREX( 威格斯)收購(gòu)ICI生產(chǎn)工廠成為獨(dú)立公司。威格斯擁有市場(chǎng)上最廣泛的聚芳醚酮類產(chǎn)品，目前每年產(chǎn)能4250t， 此外 ，VICTREX?聚芳醚酮第3個(gè)工廠年產(chǎn)2900t也于2015年年初投產(chǎn)，屆時(shí)產(chǎn)能將超過(guò)7000 t／a 。

一、性能簡(jiǎn)介

PEEK作為聚芳醚酮類最重要的產(chǎn)品， 其特殊的分子結(jié)構(gòu)賦予聚合物耐高溫、 機(jī)械性能優(yōu)異、自潤(rùn)滑性好、 易加工、耐化學(xué)品腐蝕、阻燃 、耐剝離性 、耐輻照性、絕緣性穩(wěn)定、耐水解和易加工等優(yōu)異性能，是目前公認(rèn)為最佳的熱塑性工程塑料。

表 1 VICTREX PEEK聚合物的常規(guī)性能

1. 耐高溫性

VICTREX PEEK聚合材料和共混材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫 度通常為143℃， 熔點(diǎn)為 343 ℃，熱變性溫度高達(dá) 335 ℃(ISO75Af，碳纖填充)，連續(xù)使用溫度 260℃（UL746B，無(wú)填充 )。

2. 耐磨性

VICTREX PEEK聚合材料具有優(yōu)異的耐摩擦和耐磨損 性， 特別是耐磨改性的摩擦級(jí)牌號(hào)，在寬廣的壓力、速度、溫度和接觸面粗糙度范圍內(nèi)都表現(xiàn)出極好的耐磨損性。

3. 耐化學(xué)腐蝕性

VICTREX PEEK聚合材料耐腐蝕性與鎳鋼相近， 在大多數(shù)化學(xué)環(huán)境下具有極佳的耐腐蝕性， 即便在高溫的環(huán)境下耐化學(xué)腐蝕性也非常優(yōu)異。

4. 防火輕煙和無(wú)毒性

VICTREX PEEK聚合材料非常穩(wěn)定，1.5mm的樣品，不加阻燃劑即可達(dá)到UL94 -V0等級(jí)。此材料的成分和固有純度使其在火災(zāi)情況下只會(huì)產(chǎn)生極少量的煙霧和毒氣。

5. 耐水解性

VICTREX PEEK聚合材料和共混材料可以抵御水或高壓蒸汽的化學(xué)侵蝕。采用該材料制成的零部件高溫和高壓下在水 中連續(xù)使用仍可保持高水平的機(jī)械性能。

6. 優(yōu)異電氣性

VICTREX PEEK聚合材料可在寬廣的頻率和溫度范圍 內(nèi)保持良好的電器性能。

此外，VICTREX PEEK聚合材料還具有高純度、 環(huán)保、 易于加工等特性 。

二、研究生產(chǎn)現(xiàn)狀

PEEK 自研制成功以來(lái)， 以其自身的各項(xiàng)優(yōu)異性能， 受到人們廣泛青睞， 并迅速成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)， 對(duì) PEEK進(jìn)行 一 系列化學(xué)、 物理改性增強(qiáng) ，進(jìn)一步拓寬了 PEEK的應(yīng)用領(lǐng)域 。

1. 化學(xué)改性

化學(xué)改性是通過(guò)引入特殊官能團(tuán)或小分子來(lái)改變聚合物的分子結(jié)構(gòu)和規(guī)整性 ， 例如： 改變主鏈上的醚酮基團(tuán)比例或在主鏈上引入其它基團(tuán)、 支化交聯(lián)、引入側(cè)鏈基團(tuán)、 嵌段共聚和 無(wú)規(guī)共聚等進(jìn) 而改變其熱力 學(xué)性能。

VICTREX?HT?、VICTREX?ST?分別是 PEK、PEKEKK，通過(guò)改變 E／K比值 來(lái)提高聚合物的耐高溫性能。

2. 物理改性

相對(duì)于化學(xué)改性 ，物理改性在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛， 分為填充增強(qiáng)、 共混改性、 表面改性等。

1）填充增強(qiáng)

填充增強(qiáng)最常見(jiàn)的是纖維增強(qiáng)， 包括玻纖、 碳纖增強(qiáng)和芳綸纖維增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)證 明， 玻璃纖維、碳纖維 和芳綸纖維 與 PEEK有很好的親和性 ， 因此常被選為填料增強(qiáng) PEEK， 制成高性能 的復(fù)合材料 ， 提高 PEEK樹(shù)脂的強(qiáng)度和使用溫度。HMF-Grades是VICTREX推出的新型碳纖維填充復(fù)合材料，這種材料與 目前的高強(qiáng)度碳纖維填充 VICTREX PEEK系列相比， 具有更好的耐疲勞性能， 集易加工性和優(yōu)異的機(jī)械性能于一體。

為減小摩擦、 降低磨損等， 常通過(guò)添加 PTFE、 石墨等小分 子來(lái)改善增強(qiáng)。Wear Grades是 VICTREX針對(duì)于軸承等耐磨要求高的環(huán)境特別改性增強(qiáng)而來(lái)的。

2）共混改性

PEEK與具有較高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的有機(jī)高分子材料共混，不僅可以提高復(fù)合材料的熱性能和降低生產(chǎn)成本， 而且對(duì)其力學(xué)性能也有很大影響。

VICTREX?MAX-Series?是VICTREX PEEK聚合物材料和基于沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料( SABIC Innovative Plastics ) 生產(chǎn)的正宗 EXTEM?UH熱塑性聚酰亞胺 (TPI)樹(shù)脂共混而成。高性能 MAX Series?聚合材料具有優(yōu)異的耐熱性，專為滿足對(duì)更加耐高溫的 PEEK聚合材料 日益增長(zhǎng)的需求而設(shè)計(jì) 。

VICTREX? T Series是基于VICTREX PEEK聚合材料和 Celazole?聚苯并咪唑(PBI )的專利共混產(chǎn) 品?？扇廴诩庸?， 并在最嚴(yán)苛的高溫條件下仍能滿足所需的優(yōu)異強(qiáng)度、 耐磨性 、硬度 、蠕變性和熱性能 。

3）表面改性

VICTREX與瓦克公司( Wacker， 液體有機(jī)硅領(lǐng)先生產(chǎn)商)合作進(jìn)行的研究表明，VICTREX PEEK聚合材料和有機(jī)硅剛?cè)嵯酀?jì)，既結(jié)合了兩者的優(yōu)勢(shì)， 同時(shí)還兼具其他工程塑料所具有的附著力。以 PEEK組件作為嵌件 ，用液體硅橡膠包覆成型， 或采用雙組件注塑成型技術(shù)， 都能得到優(yōu)異的附著力。VICTREX PEEK注塑的模具溫度為180℃， 利用其潛熱可以使硅橡膠快速固化， 因此可以減少整體注塑周期， 雙組件注塑成型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)正在于此。

3.其他

1）VICOTE?涂料

為彌補(bǔ)當(dāng)今多種涂料技術(shù)中存在的性能不足， VICTREX推出了一款 PEEK為基體的涂料一 VICOTE?涂料。對(duì)于暴露在高溫、 化學(xué)腐蝕及磨損等極端條件下的嚴(yán)苛應(yīng)用，VICOTE?涂料具有優(yōu)異的耐高溫、耐磨性、強(qiáng)度 、耐久性和抗劃傷性以 及眾多高性能優(yōu)點(diǎn)， 不論是應(yīng)用于工業(yè)、汽車、食品加工 、半導(dǎo)體、電子還是制藥行業(yè)的零件，采用 VICOTE?涂料 ，既可以延長(zhǎng)應(yīng)用壽命 ，改善產(chǎn)品的性能與功能，降低整體系統(tǒng)成本，還有助于提高設(shè)計(jì)自由度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化。

2）APTIV?薄膜

APTIV?薄膜具有獨(dú)一無(wú)二綜合性能，擁有VICTREX PEEK聚合材料固有的一系列杰出特性 ，是目前用途最廣的高性能薄膜產(chǎn)品之一。新型 APTIV薄膜用途廣泛， 適用于各種應(yīng)用，包括手機(jī)用揚(yáng)聲器和消費(fèi)類揚(yáng)聲器振動(dòng)膜 ，電線電纜絕緣與纏繞護(hù)套， 壓力變換器與傳感器隔膜，工業(yè)與電子產(chǎn)品耐磨表面，電氣基板及航空絕緣氈等。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

PEEK投放市場(chǎng)以來(lái) ，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子、能源、工業(yè)、半導(dǎo)體和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

1. 航空航天

航空航天是 PEEK最早開(kāi)發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域 ，航空領(lǐng)域的特殊性，通常要求加工靈活、加工成本低且耐受惡劣環(huán)境的輕質(zhì)材料。PEEK因?yàn)楫惓?jiān)固、具有化學(xué)惰性和阻燃特性， 并容易加工成公差極小的零部件等優(yōu)點(diǎn)， 可以替代鋁和其它金屬 材料制造各種飛機(jī)零部件。

在航空器內(nèi)部 ，已成功的案例有電線束夾和管夾、葉輪片、機(jī)艙門把手、絕緣覆蓋膜、復(fù)合緊固件、扎線帶、線束、波紋套管等；外部有雷達(dá)天線罩、起落架輪轂罩、人孔蓋、整流罩支架等。

此外 ，PEEK樹(shù)脂還可用于制作火箭用 電池槽、螺栓、螺母以及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件等。

2. 汽車行業(yè)

目前，汽車產(chǎn)業(yè)越來(lái)越要求車輛重量、成本的最小化和產(chǎn)品性能最大化的雙重性能，特別是人們對(duì)汽車舒適性和穩(wěn)定性的追求，相應(yīng)的冷氣、電動(dòng)窗、安全氣囊及ABS剎車系統(tǒng)等設(shè)備的重量也日益增加 。利用 PEEK 樹(shù)脂良好的熱力學(xué)性能、耐摩擦 、密度小和易加工等優(yōu)點(diǎn)制作汽車零部件， 加工成本大大降低的同時(shí)，不僅可以減重多達(dá) 90%，而且能保證長(zhǎng)時(shí)間的使用壽命所以 PEEK作為金屬不銹鋼和鈦的替代品用 于制造發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)罩的材料 ， 制造汽車軸承、墊片、密封件、離合器齒環(huán)等各種零部件 ， 另外在汽車的傳動(dòng)、剎車和空調(diào)系統(tǒng) 中應(yīng)用也很多。

3. 電子行業(yè)

VICTREX PEEK的耐高溫、耐磨 、耐腐蝕、低揮發(fā) 、低析 出、低吸濕、環(huán)保阻燃 、尺寸穩(wěn)定、加工靈活等特點(diǎn)，在計(jì)算機(jī) 、手機(jī)、線路板、打印機(jī)、發(fā)光二極管、電池、開(kāi)關(guān)、連接插頭、硬盤驅(qū)動(dòng)器等電子器件上廣泛應(yīng)用。

4. 能源行業(yè)

選擇正確的材料經(jīng)常被看作能源行業(yè)開(kāi)發(fā)成功的關(guān)鍵因素之一， 近年來(lái) VICTREX PEEK越來(lái)越受到能源領(lǐng)域的青 睞，以改善運(yùn)行性能，并能降低與部件失效相關(guān)的停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

VICTREX PEEK自身的高耐熱、耐輻射、耐水解、自潤(rùn)滑、耐化學(xué)腐蝕及優(yōu)異 的電性能等，日益被能源行業(yè)所采用，例如海底集成線束管道、電線電纜、電連接器、井下傳感器、軸承、襯套、齒輪、支承環(huán)等產(chǎn)品，在石油天然氣、 水力發(fā)電、地?zé)帷L(fēng)電 、核能 、太陽(yáng)能領(lǐng)域均有應(yīng)用 。

APTIV?薄膜和VICOTE?涂料在該行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用 。

5.其他

在機(jī)械工業(yè)方面，PEEK樹(shù)脂常用來(lái)制作壓縮機(jī)閥片、活塞環(huán)、密封件和各種化工用泵體、 閥門部件。用該樹(shù)脂代替不銹鋼制作渦流泵的葉輪，可明顯降低磨損程度和噪音級(jí)別 ，延長(zhǎng)其使用壽命。除此之外 ，由于 PEEK樹(shù)脂符合管組工件材料的規(guī)格要求，在高溫下仍可使用各種粘合劑進(jìn)行粘接 ，所以 現(xiàn)代連接器將是其另一個(gè)潛在的應(yīng)用市場(chǎng)。

半導(dǎo)體行業(yè)正朝著較大晶圓、較小芯片、更窄的線路與線寬尺寸等趨勢(shì)發(fā)展， VI CTREx PEEK聚合材料在圓晶制造、前端處理、加工和檢驗(yàn)及后端處理中都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

醫(yī)療行業(yè)， PEEK樹(shù)脂可在 134℃下經(jīng)受多達(dá)3000次的循環(huán)高壓滅菌， 這一特性使其可用于生產(chǎn)滅菌要求高、需反復(fù)使用的手術(shù)和牙科設(shè)備備。PEEK樹(shù)脂在熱水、蒸汽、溶劑和化學(xué)試劑等條件下可表現(xiàn)出較高的機(jī)械強(qiáng)度、良好的抗應(yīng)力性能和水解穩(wěn)定性，用它可制造需要高溫蒸汽消毒的各種醫(yī)療器械。PEEK不僅具有質(zhì)量輕、無(wú)毒、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，還是與人體骨骼最接近的材料，可與肌體有機(jī)結(jié)合，所以用PEK樹(shù)脂代替金屬制造人體骨骼是其在醫(yī)療領(lǐng)域的又一重要應(yīng)用。

四、前景展望

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)材料的要求必將越來(lái)越高，特別是在能源緊缺的當(dāng)下，減重降本是每個(gè)企業(yè)必須考慮的問(wèn)題，以塑代鋼是未來(lái)材料發(fā)展的必然趨勢(shì)，對(duì)于PEEK這種“全能型”的特種工程塑料的需求也必將會(huì)越來(lái)越多，應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)越來(lái)越廣。

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