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聚醚醚酮(PEEK)的知识清单

2018-11-18

聚醚醚酮(PEEK)的知识清单

聚醚醚酮(Poly ether ether Ketone ,PEEK)是一种线型芳香族,半结晶性、热塑性工程塑料,具有超强的力学性能、自润滑性好、耐腐蚀性好、耐高温性优异,自诞生以来就一直被作为一种重要的战略国防军工材料。聚醚醚酮具有可与聚酰亚胺相匹敌的特性,被称为超耐热性热塑性树脂。

聚醚醚酮(PEEK)熔点330℃,软化点168℃,长期使用温度可达260℃。作为特种工程塑料,耐热性最好、变形量极小、阻燃、耐热水且可防止高温水解,是继氟塑料之后最受欢迎耐磨、耐化学腐蚀的特种工程塑料。

由于聚醚醚酮(PEEK)杰出的物理、力学性能,从而能在众多特殊领域替代金属、陶瓷等传统材料,尤其在减轻质量、提高性能方面均贡献突出,成为最热门的高性能工程塑料之一。

碳纤维/聚醚醚酮复合材料已成功应用到F117A飞机全自动尾翼、C-130飞机机身腹部壁板、阵风飞机机身蒙皮及V-22飞机前起落架等产品的制造。由于国产PEEK树脂性能与国外存在很大差距,故仍需依赖进口。

Polyetheretherketones (PEEK) ,中文名称为聚醚醚酮,是由对苯二酚和4,4’ -二氟二苯甲酮经过多步反应缩聚而成的一种高性能聚合物。

聚醚醚酮(PEEK板棒)性能特点

聚醚醚酮(PEEK)性能具有多重的性能优势,从而能够在众多工程塑料脱颖而出,如下表。

突出性能:

1、热稳定性:超高的耐热性表现为热变形温度160℃,适当的玻璃纤维(20-30%)改性,热变形温度提高至280~300℃。热稳定性表现为长期使用温度200℃,空气中,420℃、2h情况下失重仅为2%;500℃、2h为2.5%。

2、热稳定性和熔融流动性相结合:热塑性塑料的典型成型加工性能,因此可用注塑、挤出、吹塑、层压等成型方法,还可纺丝、制膜。虽然聚醚醚酮熔融加工温度范围为360~400℃,但是由于它的热分解温度在520 ℃以上,因而它仍具有很宽的加工温度范围。

3、电绝缘性能、良好的阻燃性,优良的耐辐射性、聚醚醚酮的化学稳定性也非常好,除浓硫酸外,几乎对任何化学试剂都非常稳定,即使在较高的温度下,仍能保持良好的化学稳定性。另外,它还具有极佳的耐热水性和耐蒸汽性。在200~250 ℃的蒸汽中可以长时间使用。

聚醚醚酮(PEEK)合成、改性与成型

聚醚醚酮(PEEK)合成:采用的缩聚反应。PEEK的合成路线有亲核取代和亲电取代两种工艺路线。其中,亲核工艺,不使用金属基的催化剂,也不使用稳定剂和添加剂,可以生产出高纯度的PEEK粉末。

实验室小试,从4,4′-二氟二苯甲酮与对苯二酚在碱金属碳酸盐存在的条件下,以二苯砜作溶剂进行逐步缩合反应制得PEEK。亲电取代路线存在产物易支化、催化剂和溶剂用量大且环境不友好等缺点。关键点:PEEK的成本主要取决于高纯度的单体4,4-二氟二苯酮。

聚醚醚酮(PEEK)使用性能:PEEK是芳香族结晶型热塑性高分子材料,材料的基本特性如下:1、材料的耐热性:长时间使用温度为200 ℃,短时间使用温度为300 ℃以上;2、韧性优良;3、阻燃性:达到UL94V-0级(1.5mm),有自熄性,燃烧时发烟量是所有树脂中最少的;4、耐腐蚀性/耐药品性:除浓硫酸外无溶剂能侵蚀它;5、耐热水性(可在200~300℃蒸汽中使用);6、耐疲劳及耐蠕变性(是热塑性塑料中最高的。

聚醚醚酮(PEEK管材)改性:物理改性以及化学改性两个方面进行。

物理改性:与无机填料、金属粉、以及碳纳米纤维的共混改性;与其他工程材料类高分子,如:PI、PA等共混改性。

化学改性:引入功能性特殊官能团或者小分子来改变聚合物的分子结构和规整性。例:改变主链的醚酮基团比例等。

成型工艺:PEEK具有高温(350~400℃)流动性好和热分解温度很高的(560℃)的特点,因此可以采用注射成型,挤出成型、模压成型、吹塑成型、熔融纺丝、旋转成型、粉末喷涂等多种方法成型加工。常用的加工设备为螺杆式或柱塞式注射成型机。

聚醚醚酮(PEEK)市场以及应用领域

PEEK树脂是20世纪80年代初由英国ICI公司最先开发成功并商品化,1993年开始由Victrex公司独立经营,之后的产量以每年15%的速度递增。到20世纪末,PEEK树脂仍由Victrex公司独家生产供应,其生产规模已经达到每年2000t,主要消费市场是:欧洲、美国各占45%,以日本为主的亚洲占10%。

聚醚醚酮(PEEK)主要应用于航空航天、汽车工业、电子电气和医疗机械等领域。塑代钢是现今高分子研发的重点领域,也是未来发展的重点趋势。强度的确切性,以及轻量化是未来的重点。

聚醚醚酮(PEEK)应用领域

其中,具有明星亮点的应用领域包括:医疗分析器械领域

PEEK可耐反复的高压灭菌,在医疗器械中可用于制造内窥镜零件、牙科用的去垢器等。另外,由于PEEK的高强度和低溶出性,已用在仪器分析的液相色谱柱、管、附件等。而且,由于PEEK与人体具有很好的相容性,近年来作为人工骨材料已经成功地替代了传统的钛金属。

聚醚醚酮之所以能在众多医用原材料中脱颖而出,与其自身的特性密不可分优异的生物相容性

生物相容性是一种材料是否适用于植入体的最基本的要求,植入材料必须无细胞毒性、诱变性、致癌性,且不致引发过敏。与此同时,PEEK材料还具有:X射线可穿透性、弹性模量更接近皮质骨、缝线铆钉、颅颌面外科、口腔、植入式体液泵和舌下神经刺激系统。

其他应用领域:1、汽车等运输机械领域;2、IT制造业领域;3、办公用机械零部件领域;4、电线包覆领域;5、板材、棒材等领域;6、纤维领域。

聚醚醚酮(PEEK)发展现状

国外:PEEK的市场拓展速度一直保持15%以上。其中欧洲占48%,美国占41%,亚太地区约占6%,其他地区约占5%。目前,英国威格斯(Victrex)、比利时索尔维(Solvay)、德国赢创是全球三大PEEK生产商。

国内:20世纪80年代进行PEEK技术研发,并在90年代初投入小批量商品化生产,“九五”期间长春吉大高新材料公司完成工业中试生产。国内生产规模小、产品品质不够稳定,但是目前中国处于飞速发展时代,PEEK在中国将会有一个很大的市场发展前景。


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