（来源：链塑网）

聚醚醚酮（PEEK）

如何选择正确的牌号？

聚醚醚酮常缩写为PEEK。这种耐高温聚合物以其卓越的机械性能、热性能和化学性能而闻名。正因如此，您会在航空航天、汽车、医疗和电子工业中发现它的身影。

但真正的问题是，PEEK与其他高温塑料有何不同？工程师为何特别选择PEEK而非其他替代材料？

在本指南中，我们将引导您了解PEEK是如何制造的，以及在分子层面发生了什么变化。然后，根据您的具体要求和应用，我们将帮助您在我们的平台上选择理想的PEEK牌号。

PEEK

定义、化学结构和合成

什么是PEEK塑料？

聚醚醚酮（PEEK）属于聚酮类聚合物家族（PEK, PEEK, PEEKK, PEKK, PEKEKK）。

其中，PEEK是应用最广泛且大规模生产的一种。

PEEK这个缩写词揭示了其化学主链的全部信息：

• 聚：许多重复单元（它是一种聚合物）

• 醚：链中的氧连接

• 醚：另一组氧连接

• 酮：羰基（C=O）连接

这种特定的化学键排列正是赋予PEEK卓越性能的关键。自20世纪80年代初由帝国化学工业公司（ICI，后成为威格斯Victrex PLC）商业化以来，PEEK是一种完全可回收的塑料。

PEEK的化学结构

分子构成

在分子层面上，PEEK由芳香环（苯环状结构）通过醚键和酮基连接而成。其结构如下所示：

CAS号：29658-26-2

化学名称：聚（氧-1,4-亚苯基-氧-1,4-亚苯基羰基-1,4-亚苯基）

化学式：(C19H14O3)n

聚醚醚酮（PEEK）的结构

重复单元包含：

• 三个芳香环（提供刚性和热稳定性）

• 两个醚键（–O–）（提供柔韧性和韧性）

• 一个酮基（C=O）（增强耐化学性和强度）

芳香环构成了刚硬、耐热的主链。醚键则提供了足够的柔韧性以防止脆性。酮基则有助于耐化学性和高温性能。正是这种精确的组合使PEEK有别于其他聚合物。

半结晶性质

PEEK是一种半结晶聚合物。其内部结构有两个区域：

PEEK的合成

PEEK聚合物是通过双酚盐的逐步增长聚合（亲核取代缩聚）制得的。

单体准备

涉及的两个主要单体是：

• 4,4'-二氟二苯甲酮 或 1,4-双（4-氟苯甲酰基）苯

• 对苯二酚

该反应在碱金属碳酸盐存在下进行。对苯二酚用强碱（如碳酸钠）处理形成其钠盐。

聚合

• 对苯二酚的钠盐在极性非质子溶剂（如二苯砜）中，于高温（约300°C）下与4,4'-二氟二苯甲酮反应。

• 该反应是亲核芳香族取代反应，其中苯酚钠盐进攻二氟二苯甲酮中的氟原子，形成醚键。

• 聚合过程持续进行，形成越来越长的聚合物链。

分离与纯化

• 所得聚合物溶液冷却并沉淀到非溶剂（如水）中，以分离出PEEK聚合物。

• 随后洗涤并干燥聚合物以去除杂质。

由于其刚性的芳香族聚合物主链，该聚合物在所有商业化聚合物中表现出最高的热转变温度。因此，它们可在高达240°C的温度下使用。

PEEK

与其他耐高温聚合物的性能比较

PEEK提供了机械性能、化学性能、电性能和热性能的独特组合。了解PEEK的独有特性对于帮助您为应用选择正确的牌号至关重要。让我们来看看PEEK聚合物的独特特性。

物理性能

• PEEK是一种半结晶、高性能工程热塑性塑料。

• 结晶性赋予了其对多种液体的优异耐受性。它还提供了极佳的耐疲劳性能。

• PEEK不溶于所有常见溶剂，且不发生水解。

• 可在蒸汽或高压水中使用1000小时而性能无明显下降。因此，PEEK在高温下具有优异的耐灭菌性。

• PEEK具有良好的尺寸稳定性、固有纯度和生物相容性。

机械性能

PEEK聚合物表现出优异的机械性能。

• PEEK具有卓越的拉伸性能、高强度和韧性。

• 该聚合物还表现出优异的抗蠕变性。结合其弯曲和拉伸特性，它提供了性能的绝佳平衡。例如，在需要材料长期在高温下承受高负荷而不发生永久变形的场合。

• PEEK在很高的温度下仍具有良好的弯曲模量。

• 用PEEK制造的部件重量轻。它们能在恶劣环境下更长久地工作。

热性能

PEEK及其复合材料适用于高温应用，包括航空航天、汽车、结构件、电气和生物医学应用。PEEK聚合物表现出的热性能包括：

• 高熔点（Tm）：343°C

• 高玻璃化转变温度（Tg）：143°C

• 高连续使用温度：高达260°C

电性能

• PEEK聚合物表现出高体积电阻率和表面电阻率。

• PEEK在宽温度范围内保持良好的绝缘性能，且受环境变化影响小。

可燃性

• PEEK在1.45毫米厚度时具有V0级阻燃等级。

• PEEK的极限氧指数（LOI）为35%。

• 其烟雾排放和有毒气体产生量极低。

增强材料

向PEEK聚合物中添加增强材料可以提高其抗蠕变和抗疲劳性，并进一步提高导热性和热变形温度。例如：

• 通过添加玻璃纤维和碳纤维可以提高聚合物的弯曲模量。

• 当用碳纤维增强时，可在299°C下保持性能的同时实现高达29000 psi（约200 MPa）的拉伸强度。

下表列出了未填充与填充PEEK牌号的性能对比：

PEEK与其他耐高温聚合物对比

聚醚醚酮表现出比其他耐高温聚合物显著优异的性能。

• 与氟聚合物相比，PEEK在拉伸强度、热变形温度、工作温度、粘合性、加工性和有毒气体排放方面更优。但在耐化学性、成本、韧性和耐紫外老化性方面稍逊。

• 与聚苯硫醚（PPS）相比，PEEK在耐热性、韧性和飞边控制方面明显更优。

• 与聚醚砜（PES）相比，PEEK具有更高的温度性能、耐磨性、耐化学性和耐疲劳性能。

• PEEK通常不与其他聚合物共混。但是，它能与一系列其他聚酮和聚醚酰亚胺（PEI）形成可混溶的共混物。PEEK/PEI共混物具有更高的Tg。其与PES和PPS的共混物具有高度相容性。

解决PEEK塑料的局限性

在为您的应用选择PEEK牌号时，必须考虑以下限制：

价格昂贵，适用于要求极高的应用。

需要在高温下加工。

会受到浓硫酸、硝酸和铬酸的侵蚀。

会受到卤素和钠的侵蚀。

对紫外线的抵抗力较低。

PEEK

物理形态与加工技术

聚醚醚酮可通过下文所述的多种常规方法进行加工。用于成型PEEK的加工条件会影响其结晶度和机械性能。作为一种线性热塑性塑料，PEEK可在（370至420°C）的温度范围内进行熔融加工。加工聚醚醚酮时，不会释放腐蚀性气体。

PEEK的形态

PEEK聚合物的不同形态会影响最终塑料制件的效率。基于此选择PEEK牌号可以避免生产中断和不必要的资本投入。商业上可获得的PEEK物理形态包括：

• 颗粒：用于注塑和挤出工艺的小型、均匀颗粒。

• 粉末：适用于压缩模塑、粉末涂层和增材制造的精细颗粒。

• 棒材：用于机加工成定制零件的坯料形状。

• 粗粒：与颗粒类似，但通常更大，用于各种模塑工艺。

在加工PEEK之前，建议在150°C下干燥3小时或在180°C下干燥2小时，以避免任何成型缺陷。

PEEK的加工方法

PEEK使用以下常规方法加工。每种工艺的加工指南如下所述。

注塑成型

• 建议模具温度为160-190°C，以获得良好的结晶度并最大限度地减少翘曲。

• 可以在200°C下进行后结晶处理，但对于需要高尺寸稳定性的应用，不建议这样做。

• PEEK适用于尺寸公差严格的非常小零件的注塑成型。

• 注塑压力：70-140 MPa

• 模具收缩率：未填充 – 1.2-2.4%，填充 – 0.1-1.1%

挤出成型

• 冷却温度对结晶度有强烈影响，进而影响性能。

• 对于薄膜和片材挤出，冷却辊筒温度为50°C时，得到透明的非晶态材料。

• 冷却辊筒温度为170°C时，得到不透明且高结晶的材料。

• 也可以通过挤出工艺生产取向或双轴取向薄膜。

3D打印

得益于PEEK的独特性能，3D打印允许构建几乎任何复杂的设计几何形状，这是其他技术无法制造的。使用PEEK线材进行3D打印通常采用熔融沉积成型（FDM）或熔丝制造（FFF）方法。

• 喷嘴温度：360-400°C

• 加热床温度：120°C

由于其低吸湿性（相对于其他常见的FFF材料，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS），PEEK是熔丝制造的绝佳候选材料。

PEEK

可持续性

以下是选择可持续PEEK牌号时应考虑的关键方面。

可回收性：PEEK是一种完全可回收的塑料。但由于材料的高性能特性和成本，这是一个复杂的过程。常见的回收方法包括机械回收和化学回收。

VOC排放：PEEK的制造过程采用高温熔融聚合，减少了对可能产生低VOC排放的溶剂的需求。PEEK生产中使用的原材料也相对稳定，因此在加工过程中不易释放气体。

生物基版本：目前尚无法大规模获得100%生物基的PEEK。然而，该领域已取得重大进展。一些公司正在努力实现部分生物基的PEEK版本，这些版本往往表现出与石油基替代品相似的性能。

可再生原料：一些创新者正在生产可持续的可再生或生物基MDA（4,4'-亚甲基二苯胺），它是PEEK制造过程中的一种前体。

法规符合性：根据FDA法规，PEEK被认为是食品接触应用的安全材料。许多PEEK牌号也符合REACH和RoHS指令。

不含PFAS：PEEK的化学结构不含氟化化合物，这使其成为需要不含全氟/多氟烷基物质（PFAS）材料的应用的有吸引力的选择。

PEEK

聚醚醚酮（PEEK）的应用

PEEK用于航空航天、汽车、电气和医疗行业。由于其坚固耐用，它也用于化学和工程行业的设备制造。常见的例子包括轴承、活塞部件、泵、高效液相色谱柱、压缩机板阀和电缆绝缘。下面详细探讨其一些应用。

汽车行业

随着发动机舱小型化的趋势，PEEK提供了替代金属、实现减重、降噪和功能集成的解决方案。

聚醚醚酮最重要的性能优势在于增强的干式和润滑表面相互作用、在宽温度范围内出色的机械性能、易于加工以及优异的疲劳性能。

PEEK在汽车上的主要应用包括：

• 发动机舱内的活塞单元

• 密封件

• 垫圈

• 轴承

• 用于变速器、制动和空调系统的各种活动部件

航空航天

PEEK聚合物及其复合材料正在取代铝和其他金属，用于多种飞机部件。

可以经济高效地成型大量具有精细公差的大体积部件，并直接使用而无需组装或修改。

PEEK在航空航天市场的应用包括：

• 关键发动机部件：因为该聚合物能承受高温以及干式和润滑材料接触的摩擦学相互作用。

• 飞机外部部件：PEEK提供优异的抗雨蚀性。

• 内部部件：其固有的阻燃性以及低烟雾和有毒气体排放，可减少火灾时的危险。

• 电气系统：用于制造保护电线和光纤的波纹管。

医疗与保健

聚醚醚酮提供了具有优异耐磨性、耐热性、电绝缘性和耐化学性的高性价比创新部件。其在医疗保健领域的应用主要包括牙科器械、内窥镜和透析器。

• PEEK正在取代铝，用于牙科注射器手柄和存放根管锉的无菌盒。

• 该聚合物可承受高达3000次的高压灭菌循环，其中温度通常达到134°C。

• 在热水、蒸汽、溶剂和化学品存在下，它保持出色的机械强度、优异的抗应力开裂性和水解稳定性。

• 它为承重植入物提供了更好的生物相容性。

电气/电子

聚醚醚酮具有优异的电性能，是理想的电绝缘体。它用于电气市场和电子应用。

• PEEK提供的部件在温度、压力和频率广泛波动范围内具有长期运行可靠性。

• 其固有的纯度，结合优异的机械和化学稳定性，在硅片处理过程中最大限度地减少了污染并最大限度地提高了安全性。

• 出色的热性能使PEEK聚合物部件能够承受焊接过程中的高温。

当前应用的一些有趣例子包括：用于免提电话套件的同轴连接器插孔；表面贴装微调电位器（一种机电设备，称为SMD，旨在校正印刷电路板上的电压或电阻误差）；以及用作海底环境控制设备连接器插针的绝缘体。

其他关键市场

• PEEK聚合物在工业、化学和加工工业中使用的许多部件上性能优于金属和其他材料。

• 获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准后，PEEK聚合物现正用于食品接触应用。

• PEEK正在取代不锈钢用于再生泵的叶轮。它显著减少了磨损，降低了噪音水平，并提供了更一致的运行特性。

• 在现代连接器技术中，聚醚醚酮也为管道和软管接头提供了更大的应用潜力。它们可以承受高达25,000 psi的压力和高达260°C的温度