工程塑料“翹楚”聚醚醚酮（PEEK）的身世之謎

工程塑料行業金字塔——PEEK屬于金字塔頂尖產品

聚醚醚酮（PEEK）是由英國帝國化學工業公司（ICI）于1978年開發出來的超高性能特種工程塑料，由于PEEK屬于芳香族結晶型熱塑性高分子材料，其熔點為334℃，具有機械強度高、耐高溫、耐沖擊、阻燃、耐酸堿、耐水解、耐磨、耐疲勞、耐輻照及優良的電性能，在多數情況下可以足以取代金屬、合金、陶瓷等材料。雖然它是一種化合材料，但其燃燒時并不產生無毒性氣體，所以在倡導綠色環保設計的今天，其應用領域得以迅速擴大。

PEEK的分子結構

二

PEEK的特性

(1) 耐高溫性。PEEK具有較高的玻璃化轉變溫度（Tg=143℃）和熔點（Tm=334℃），其負載熱變形溫度高達316℃，長期使用溫度為260℃，瞬時使用溫度可達300℃。

(2) 自潤滑性。PEEK具有良好的滑動特性，適合于嚴格要求低摩擦系數和耐磨耗用途的場合，特別是用碳纖維、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常優越。

(3) 耐腐蝕性。除濃硫酸外，PEEK不溶于任何溶劑，具有很高的化學穩定性。

(4) 阻燃性。PEEK具有自熄性，即使不加任何阻燃劑，可達到UL標準的94V-0級。

(5) 易加工性。由于PEEK具有較好的高溫流動性，且熱分解溫度高的特點，可采用多種加工方式，比如注塑成型、擠出成型、模壓成型及熔融紡絲等。

(6) 機械特性。PEEK具有良好的韌性和剛性，它具備與合金材料媲美的優良耐疲勞性。

(7) 電性能。PEEK有高的體積電阻率和表面電阻率，在寬廣的溫度范圍及環境變化下可以承受各種頻率的交流電位場強，保持良好的絕緣性能。

(8) 耐水解性。樹脂及其復合材料不受水和高壓水蒸氣的化學影響，在高溫及高壓蒸汽或水環境下可以連續使用而保持良好的機械性能。

(9) 耐候性。優良的耐候性能，聚合物可用于制造工作環境要求嚴格或需要經常耐殺菌處理的組件。

PEEK與幾種典型的耐高溫塑料性能比較

三

PEEK的制備

PEEK的合成是以4,4-二氟二苯甲酮、對苯二酚和碳酸鈉為原料，以二苯砜為溶劑，在氮氣的保護下，在逐漸升溫至接近聚合物熔點的溫度（320℃）時得到高分子PEEK樹脂。其反應式如下：

PEEK合成的反應式

這是由ICI公司開發的一種親核工藝。這種工藝不使用金屬基的催化劑，也不使用穩定劑和添加劑，可以生產出高純度的PEEK粉末。

PEEK的成本主要取決于高純度的單體4,4-二氟二苯酮。其合成方法很多，主要有苯系化合物縮合法、鹵素交換法、催化淡基化法、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，其中前4種方法在不同程度上存在反應收率低、異構體等雜質含量高、精制工藝復雜和生產成本高等缺點。

目前的生產方法主要是付氏烷基化法和重氮化法。付氏烷基化法原料易得，合成路線短，收率較高，生產成本低。其合成反應式如下：

付氏烷基化法合成PEEK反應式

四

PEEK的生產工藝

PEEK的合成路線有親核取代和親電取代兩種工藝路線。由于親電取代路線存在產物易支化、催化劑和溶劑用量大且環境不友好等缺點，目前國際上一般采用親核取代路線。真正擁有PEEK生產工藝的廠家僅有中國、英國兩個國家。大部分國外國家制備PEEK樹脂原料采用的是英國威格斯的工藝方法，國內則主要采用吉林大學的工藝方法。

五

PEEK的改性

當今社會對材料性能的要求很高，由于單一的PEEK樹脂難以滿足不同的使用要求，近年來對PEEK的改性成為國內外研究的熱點之一，其主要手段有纖維增強PEEK、顆粒填充PEEK、PEEK表面改性、與聚合物共混等，這樣不僅可降低制品成本，還能改善PEEK的成型加工性能和使用性能。

PEEK的改性

六

PEEK的應用

由于PEEK具有優良的綜合性能，在許多特殊領域可以替代金屬、陶瓷等傳統材料，使之成為當今最熱門的高性能工程塑料之一，目前主要應用于航空航天、汽車工業、電子電氣和醫療機械等領域。

汽車

在汽車交通和其他工業方面，“以塑代鋼”尤為突出，利用PEEK樹脂良好的耐摩擦性能和機械性能，可以作為金屬不銹鋼和鈦的替代品用于制造發動機內罩、汽車軸承、墊片、密封件、離合器齒環、保險杠等各種零部件，另外也可用在汽車的傳動、剎車和空調系統中。奧迪、尼桑、NEC、夏普、克萊斯勒、通用已開始大量使用這種材料。汽車座位調節器、變速箱齒輪、發動機配重齒輪、燃油泵、閥體等中都有應用。

航空

PEEK聚合材料因其異常堅固、具有化學惰性和阻燃特性,并容易加工成公差極小的零部件, PEEK的比重輕、防腐性、抗溫性等優點,可以成功取代金屬、傳統復合材料以及其它塑料。

PEEK聚合材料已正式通過多家飛機制造商的資質認可,同時也符合供應軍用標準產品要求，PEEK樹脂可以制造各種飛機零部件---在航空航天領域應用得以迅速擴展。

飛機

飛機減重是航空領域一個重大課題；PEEK和金屬的密度比約是1:7；目前空中客車公司用PEEK復合材料制作飛機電纜夾頭和護套,使得航空零件減重50%,可節約成本75%。大大提升了空中客車的續航能力。

機械

制作壓縮機閥片、活塞環、密封件和各種化工用泵體、閥門部件，代替不銹鋼制作渦流泵的葉輪。密封墊、密封件、壓縮機用、活塞環、閥片等都有應用。

優 點

1、延長部件壽命

2、減少停機次數[30天-10個月提高10倍，減少10次停機更換

3、減輕材料重量

4、降低磨損程度和噪音級別

特 性

1、在120℃的溫度下具有突出的耐疲勞性；

2、耐化學腐蝕：不溶于常見的任何溶劑。

3、無潤滑條件下的耐磨性

電子

歐盟ROHs指令:焊錫無鉛化，要求集成電路板焊接無鉛化，為PEEK創造了機會。

2012年：芬蘭PEEK應用于軟鍵盤，壽命提高5倍；蘇威PEEK復合材料制成膜,蘋果公司用于手機、IPAD、筆記本電腦主板，用戶反響強烈，深受親睞，訂單1500T。硅晶片托架、超純系統、晶片棒、多層印刷、路板基材、移動電話零部件

核能行業

耐輻射性是核電行業應用材料的關鍵性能之一。熱塑性材料受到電磁或粒子型電離輻射可能會變脆。由于PEEK具有能量穩定的化學結構，用PEEK制造的部件能夠即使受到高劑量電離輻射依然可以正常工作。

PEEK聚合物具有比其它材料更高的耐輻射性能。耐輻射性、高溫情況下優異的電性能、出眾的機械強度、良好的耐化學腐蝕性、很低的吸濕率和優異的耐水解性，應用于核電行業電纜包覆和電線絕緣系統以及耐高溫的連接件等。

醫療領域

人造骨關節材料是從當初的無機物逐漸向有機物演變的。鈦鋼合金優點：強度大、剛性強等。致命的缺陷:是無機產品，生物相容性不好，常常會引起患者的不適；它的抗腐蝕性和耐磨性也不如有機高分子復合材料，常常在3到10年的期限里發生松動和磨損．必須再次更換，給患者帶來了巨大的痛苦。

聚醚醚酮(PEEK)，具有多種優良的綜合特性，是**的骨關節材料，美國用PEEK開發長期植入人體的骨關節、韌帶、肘關節、手指等很多部位，解除患痛,應用效果很好。

PEEK可在134攝氏度下經受多達3000次的循環高壓滅菌，這一特性使其用于生產滅菌要求高、需反復使用的手術和牙科設備。

特 點：

1、純凈度高：聚合過程中無副產物、無低分子量、無單體 ；

2、人體相容性好 （碳氫氧有機物質）；

3、X射線可穿透性好：透視病灶清晰；

威格斯：占產能7%，產值占銷售額30%；歐洲市場十五年應用歷史，醫患好評，應用態勢迅猛。

韓國美容：美容整形已成產業，所需人造骨PEEK 首選，需求量迅猛增長。

噴涂工業領域

粉末噴涂，就是通過靜電噴涂、火焰噴涂等技術，將聚醚醚酮樹脂的精細粉末涂覆在基材表面。部件表面的聚醚醚酮樹脂涂層可大幅度提高和改善部件耐腐蝕、耐磨損和絕緣等性能。

PEEK樹脂的精細粉末涂料覆蓋在基材表面，可以得到具有絕緣性好、耐腐蝕性強、耐熱、耐水解的PEEK粉體涂裝制品，廣泛應用于化工防腐、家用電器、電子、食品機械、醫療等領域。