聚醚醚酮的性能和应用领域

背景及概述^[1]

聚醚醚酮（PEEK）作为一种全芳香族半结晶性的热塑性工程塑料，由于其具有耐热、高强度、耐腐蚀、阻燃、耐摩擦、耐辐射、绝缘、加工性能良好等优异性能，并可以进行注射、挤出、模压、吹塑、熔融拉丝、流延、发泡、静电喷涂等方法加工而被广泛应用于工业、电子、航空及汽车等领域。但纯聚醚醚酮树脂由于脆性大、剪切性能差、使用温度相对较低且价格昂贵等缺点，难以满足不同的使用要求，促使人们对聚醚醚酮的改性展开深入研究。通过改性不仅可以降低聚醚醚酮制品的成本，而且还能有效地改善聚醚醚酮的成型加工性能与使用性能，进而拓展其应用领域。

性能^[2]　　

聚醚醚酮(英文简称PEEK)树脂是一种性能优异的特种工程塑料，与其他特种工程塑料相比具有诸多显著优势，如耐高温、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐辐照性、绝缘性稳定、耐水解和易加工等，现分别详述如下：　　

1)耐高温

PEEK树脂具有较高的玻璃化转变温度(143℃)和熔点(334℃)，这是它可在有耐热性要求的用途中可靠应用的理由之一。其负载热变型温度高达316℃(30%GF或CF增强牌号)，连续使用温度为260℃。　　

2)机械特性

PEEK树脂是韧性和刚性兼备并取得平衡的塑料。特别是它对交变应力的优良耐疲劳性是所有塑料中最出众的，可与合金材料媲美。　　

3）润滑性(耐腐蚀性)

PEEK树脂在所有塑料中具有出众的滑动特性，适合于严格要求低摩擦系数和耐摩耗用途使用。特别是碳纤、石墨、聚四氟乙烯各占10%比例混合改性的滑动牌号或30%CF增强牌号等均为具有优异滑动特性的牌号。　　

4）耐化学药品性

PEEK树脂具有优异的耐化学药品性，在通常的化学药品中，能溶解或者破坏它的只有浓硫酸，它的耐腐蚀性与镍钢相近。　　

阻燃性PEEK树脂是非常稳定的聚合物，1.45mm厚的样品，不加任何阻燃剂就可达到最高阻燃标准。　　

5）耐剥离性

PEEK树脂的耐剥离性很好，因此可制成包覆很薄的电线或电磁线，并可在苛刻条件下使用。　　

6）耐疲劳性

PEEK树脂在所有树脂中具有的耐疲劳性。　　

7）耐辐照性

耐γ辐照的能力很强，超过了通用树脂中耐辐照性的聚苯乙烯。可以作成γ辐照剂量达1100Mrad时仍能保持良好的绝缘能力的高性能电线。　　

8）耐水解性

PEEK树脂及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响，用这种材料作成的制品在高温高压水中连续使用仍可保持优异特性。　　

9）易加工性

PEEK树脂虽然是超耐热性树脂，但由于它具有高温流动性好和热分解温度很高等特点，可采用如下加工方式：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。　　

10）绝缘性稳定性

PEEK树脂具有良好的电绝缘性能，并保持到很高的温度范围。其介电损耗在高频情况下也很小。　　

11）耐磨性

具有相当于聚酰亚胺的良好耐磨性，PEEK纯树脂与H10wheel材质对磨的磨耗量为2.7×10-4g，PEEK纯树脂与S17wheel材质对磨的磨耗量为9.7×10-4g。　　

应用^[2]　

1. 航空航天领域　

聚醚醚酮树脂最早在航空航天领域获得应用。由于聚醚醚酮树脂优异和特殊的性能，所以在问世之初，他是被作为一种军工材料应用于航空航天领域，后来才逐渐进入民用领域。聚醚醚酮树脂可以替代铝和其他金属材料制造各种飞机零部件。聚醚醚酮树脂密度小，加工性能好，因此可直接加工成型要求精细的大型部件。聚醚醚酮树脂还具有良好的耐雨水侵蚀性能，可用于制造飞机外部零件。聚醚醚酮树脂本身具有优异的阻燃性能，燃烧时的发烟量和有毒气体的散发量也很少，因此该树脂常用来制造飞机内部部件。当飞机发生火灾时，它固有的阻燃性能和极少的烟尘和毒气排放量，降低了火灾的危害。　　

2. 汽车制造业　聚醚醚酮树脂具有良好的耐摩擦性能和机械性能，可取代金属作为制造发动机内罩的原材料，用其制造的轴承、垫片、密封件、离合器齿环等各种零部件在汽车的传动、刹车和空调系统中被广泛采用。　

3. 电子信息产业　聚醚醚酮树脂具有优良的电气性能，是理想的电绝缘体，在高温、高压和高湿度等恶劣的工作条件下，聚醚醚酮树脂的绝缘性仍能有效保留。正是由于这些特性，电子信息领域才逐渐成为聚醚醚酮树脂第二大应用领域。聚醚醚酮树脂本身纯度很高，机械和化学性能稳定，这使得硅片加工过程中的污染得到降低。由于纯度高，在输送超纯水时，采用聚醚醚酮树脂制作的管道、阀门和泵，可使超纯水在输送过程中不会受到污染。聚醚醚酮树脂在很大的温度范围内不变形，用其制作的零部件可经受热焊处理的高温环境。根据这一特性，在半导体工业中，聚醚醚酮树脂常用来制造晶圆承载器、电子绝缘膜片以及各种连接器件。　　

4. 工业领域　聚醚醚酮树脂具有良好的机械性能、耐化学腐蚀和耐高温性能，能够经受高达2.5万Pa的压力和260℃的高温，作为一种半结晶的工程塑料，聚醚醚酮不溶于浓硫酸以外的所有溶剂。在化学工业和其他加工业中，聚醚醚酮树脂常用来制作压缩机阀片、活塞环、密封件和各种化工用泵体、阀门部件。用该材料代替不锈钢制作涡流泵的叶轮，可明显降低磨损程度和噪音级别，具有更长的使用寿命。除此之外，由于聚醚醚酮树脂符合套管组件材料的规格要求，在高温下仍可使用各种粘合剂进行粘接，所以现代连接器将是其另一个潜在的应用市场。　

5. 医疗领域　聚醚醚酮树脂可在134℃下经受多达3000次的循环高压灭菌，这一特性使其可用于生产灭菌要求高、需反复使用的手术和牙科设备。聚醚醚酮树脂在热水、蒸汽、溶剂和化学试剂等条件下可表现出较高的机械强度、良好的抗应力性能和水解稳定性，用它可制造需要高温蒸汽消毒的各种医疗器械。聚醚醚酮不仅具有质量轻、无毒、耐腐蚀等优点，还是与人体骨骼最接近的材料，可与肌体有机结合，所以用聚醚醚酮树脂代替金属制造人体骨骼是其在医疗领域的又一重要应用。

随着科学技术的发展，许多新技术在汽车制造业、化学工业以及电子信息产业得到应用，这些新技术的应用，对聚醚醚酮树脂材料提出了更高的要求。

制备^[1]

聚醚醚酮树合成的工艺路线有两大类。

类是以二氟二苯甲酮与对苯二酚在无水碳酸钠存在的条件下，以二苯矾

为溶剂即非质子极性溶剂中，进行缩聚反应获得高分子量的聚醚醚酮，其优点是聚合物的支化、交联等副反应较易控制，但反应条件苛刻，合成工艺复杂，单体价格昂贵，成本高，这也是售价昂贵并制约其应用的一大主要原因。

第二类工艺采用以二苯醚和间苯二甲酰氯为原料的低温反应制成。其优点是条件温和、原料来源方便，但存在聚合物支化、交联等副反应。因此，对于采用亲电路线合成，如何有效的控制高分子链支化和交联等副反应，获得高分子量的聚合物，选择反应溶剂尤为重要。但是目前获得工业化生产的均为类工艺过程。目前，聚醚醚酮的工业化生产工艺流程与生产过程中的溶剂回收如下图所示：

主要参考资料

[1] 聚醚醚酮材料改性、加工与应用

[2] 聚醚醚酮树脂应用现状

[3] 聚醚醚酮（PEEK）合成研究