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PEEK的性能及應(yīng)用

聚醚醚酮，英文名為Poly(ether etherketone)，簡稱PEEK，是一種線性半結(jié)晶熱塑性特種工程塑料。其主鏈是由羰基、醚鍵、苯環(huán)所組成的，屬于全芳香結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的綜合性能。

PEEK化學結(jié)構(gòu)

PEEK的基本性能指標

性能決定用途，基于PEEK優(yōu)異的機械性能、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性，一經(jīng)問世就受到了極大的關(guān)注。起初，PEEK作為一種特種工程材料應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，后來才逐漸應(yīng)用于民用設(shè)施。

PEEK的性能及其應(yīng)用

優(yōu)異的機械性能和耐溶劑性能使PEEK可以代替金屬材料來制作飛機的外部零件。高強度和耐摩擦性能，使其被廣泛用于汽車制造業(yè)。優(yōu)異的電氣絕緣性能以及在高溫、高濕度等極端環(huán)境下的穩(wěn)定性使其在電子信息領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。因其穩(wěn)定化學性質(zhì)和優(yōu)良的的機械性能，PEEK樹脂應(yīng)用于制造給排水管道和閥門。PEEK可以在許多極端環(huán)境下仍然具有良好的力學性能和穩(wěn)定性，可以經(jīng)受住數(shù)千次的高溫滅菌。此外，質(zhì)輕、無毒可以和人體組織結(jié)合的特性被用于制造人造骨骼。

近期有機構(gòu)研報指出，預計國內(nèi)PEEK材料需求將從2022年15億元增長到2027年167億元以上。

PEEK的發(fā)展概況

聚醚醚酮是聚芳醚酮特種工程塑料中最為重要、應(yīng)用最為廣泛的一種，其問世以來，就被視為一種重要的國防軍工材料。聚醚醚酮最早于1972年被英國ICI公司研發(fā)成功，并在八十年代初被Victrex公司投入生產(chǎn)并實現(xiàn)商品化，其商品牌號為Victrex@PEEK的聚合物自研發(fā)以來，就被廣泛應(yīng)用。再之后杜邦、巴斯夫等公司也相繼推出了自己品牌的聚醚醚酮產(chǎn)品�，F(xiàn)今國外最大的聚醚醚酮生產(chǎn)制造商仍是英國的Victrex公司，其年生產(chǎn)量可達4250噸。

由于聚醚醚酮的軍事工業(yè)價值，許多國家限制了聚醚醚酮的出口。為了滿足國防軍工的發(fā)展以及民用高新技術(shù)領(lǐng)域的急需，我國進行了聚醚醚酮的自主研發(fā)，早在1970年左右，我國就已將其列入“七五”國家重點科技攻關(guān)項目以及國家“863”計劃。吉林大學作為唯一的承擔單位，經(jīng)過不斷的研發(fā)創(chuàng)新，于1990年發(fā)表了國內(nèi)首個關(guān)于聚醚醚酮制造的專利，并于2003年正式投產(chǎn)，從而使我國成為了繼Victrex公司之后第二個應(yīng)用本國技術(shù)自主生產(chǎn)聚醚醚酮的國家。

與國外的相比，我國所研發(fā)的聚醚醚酮具有競爭力強、價格低廉等優(yōu)點，其產(chǎn)品的綜合性能可達到國際先進水平，既滿足了國防軍工的需求，也滿足了醫(yī)療器械、化工應(yīng)用等領(lǐng)域?qū)Σ牧系男枨蟆?br/>

此外，關(guān)于聚醚醚酮的加工工藝、樹脂改性以及聚醚醚酮復合材料的制備等領(lǐng)域也成為了國內(nèi)外科研人員研究的重點，其中玻璃纖維增強系列、碳纖維增強系列等聚醚醚酮復合材料已被成功研制出來，并且因其優(yōu)異的綜合性能而被廣泛地投入使用。

無機粉體填料改性PEEK復合材料

PEEK材料雖然本身具有著良好的性能，但在某些特殊的使用環(huán)境中仍存在一些局限性。為了提高PEEK材料的某一方面性能，國內(nèi)外的很多研究人員把一些無機微米、納米顆粒，如SiO₂、ZrO₂、MoS₂、Al₂O₃、Cu粉等顆粒填充到PEEK材料中，從而提高復合材料的力學性能、摩擦學性能、導電導熱性等，是一種比較常見并且相對簡單的改性方式。

劉后寶通過制備空心微珠/SCF/PEEK三元復合材料和SCF/PEEK二元復合材料，進行對比這兩種材料的性能，研究結(jié)果表明，加入空心微珠后三元復合材料的力學性能有所降低，但相反的是摩擦學性能得到了很大的提升，并且熱穩(wěn)定性能也得到了提高。

王廣克等采用模壓-燒結(jié)成型工藝制備了納米氧化鎂/PEEK導熱復合材料，當納米氧化鎂的量為50%時，復合材料具有良好的導熱率和阻燃性，并且通過SEM電子顯微鏡可以觀察到納米氧化鎂均勻地分散在PEEK基體中。

Qiao等制備了納米氧化鋁/PEEK復合材料，并研究了復合材料的摩擦學性能，研究結(jié)果表明，納米氧化鋁的添加量為5%時，復合材料的摩擦系數(shù)變化較小，但復合材料的磨損率有了很大的降低。

Wang等采用模壓成型的方法制備了納米氧化鋯/PEEK復合材料，通過改變納米粒子的填充含量以及粒徑，對樣品的摩擦性能進行了比較和分析，研究結(jié)果表明：納米粒子的加入能夠提高材料的摩擦性能，且小粒徑粒子的減磨效果優(yōu)于大粒徑粒子。

徐培琦等制備了PEEK/SiC-BN復合材料，并研究了復合材料的導熱性及熱穩(wěn)定性。試驗結(jié)果表明復合材料加入碳化硅和氮化硼后導熱性能以及熱穩(wěn)定性得到了顯著提高。

侯天武等以碳化硅、碳化硼和玄武巖纖維復配作為填料改性PEEK，顯著改善了PEEK的導熱性能，PEEK材料熱導率最高可達到0.89W/mK。玄武巖纖維可作為“搭橋”將孤立的碳化硅和碳化硼填料連接起來，有利于形成導熱通路。

在無機粒子填充改性PEEK的體系中，填料的尺寸大小對PEEK材料的導熱性能影響顯著。研究發(fā)現(xiàn)大顆粒相比小顆粒存在更少的晶格和表面缺陷，因此使用微米級的填料和納米級的填料復配填充可以大幅降低填料之間的接觸熱阻。

參考來源：

李夢竹：電路板用聚醚醚酮樹脂基復合材料制備與性能研究

孫友禮：基于聚醚醚酮纖維的高導熱復合材料構(gòu)筑及其性能研究，吉林大學

余振洋：SiO₂/MoS₂/SCF三元填料增強PEEK復合材料的制備及性能研究，中國礦業(yè)大學

李啊強：基于AlN改性的導熱/電絕緣PEEK復合材料的制備與性能研究，南京航空航天大學

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（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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