众所周知,如果将塑料材料比作金字塔的话,聚醚醚酮(PEEK)作为聚芳醚酮(PAEK)工程塑料家族中的重要一员,毫无疑问,PEEK就是位于塔顶的那一位,作为综合性能的王者,的确实力非凡,但落实到某些细分应用市场,PEEK的竞争优势并非不可挑战。今天,小维和大家一起来走近以PEEK为重要代表的聚醚醚酮工程塑料世界。
聚醚醚酮工程塑料(简称PEEK)是一种半结晶、高性能的热塑性工程塑料。PEEK具有很强的机械性能,耐化学腐蚀,耐磨,耐疲劳和尺寸稳定,耐高温260℃,常用于工程机械、航天航空产品等。
聚芳醚酮(PEEK)是一类综合性能优异的热塑性耐高温工程塑料,在聚芳醚酮聚合物家族中(这个家族包括PEK、PEEK、PEEKK、PEKK、PEKEKK),PEEK是使用最广泛且规模最大的聚合物品种。
1962年美国杜邦公司首次用亲电取代方法合成了聚醚酮酮(PEKK),开启了聚芳醚酮类树脂的研究工作。1972年英国帝国化学工业公司(ICI)将4,4′-二氟二苯甲酮与对苯二酚通过亲核取代路线合成制备高分子量的PEEK,并于1980 年开始投产,随后英国威格斯(Victrex)公司在1981年从ICI收购了PEEK的业务,并将PEEK以Victrex的牌号进行销售,正式开始了聚醚醚酮树脂的商品化进程,随后,聚醚醚酮类树脂被各个公司竞相开发。其中Victrex PEEK产品系列从实现商业化至今已开发了数十种专用衍生树脂,且Victrex®PEEK树脂已得到欧盟航空标准化委员会的材料认证,实现了航空设备中多种零部件的轻量化替换。
PEEK已有多年的应用历史,通过对PEEK进行改性和开发,可以使其具有更加优异的性能,从而应用于不同的领域。虽然PEEK树脂早在20世纪70年代末就已实现工业化生产,但迄今仍只有英国、德国、美国、中国、日本、瑞士、印度等少数国家真正掌握PEEK树脂合成技术。
PEEK工程塑料的优点:
我们知道,聚醚醚酮(PEEK)是一种热塑性的芳香族半结晶合成聚合物,其主链的芳香环之间含有酮和醚官能团,这种特殊的化学结构使PEEK具有稳定的理化性质,并因此具有很多优良特性。
1.PEEK突出的耐高温性能
耐高温性是PEEK最突出的优点之一,其熔点为343 ℃,玻璃化转变温度为143 ℃,长期使用温度高达260 ℃,瞬间使用温度可达300 ℃,在400 ℃短时间内几乎不分解,远高于普通的工程塑料。与其他耐高温塑料如聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯醚(PPO)等相比,PEEK的长期使用工作温度上限高出近50 ℃。PEEK还具有突出的耐热老化性能,250 ℃下保温3000 h后,弯曲强度几乎不变。
2.PEEK优异的机械性能
PEEK具有工程塑料中某些最佳的机械强度特性,其中包括:高拉伸强度(90 MPa以上)、高弹性模量、高硬度、抗冲击和抗蠕变性。此外PEEK在高温下仍能保持较高的强度,在200 ℃时的弯曲强度仍可达24MPa,250 ℃时的弯曲强度和压缩强度可达12 ~ 13 MPa,PEEK用来制造在高温下能连续工作的功能件很具优势,PEEK不仅具有强度高和模量大的特性,同时具备出色的韧性、耐冲击、耐蠕变、耐疲劳等性能,它对交变应力的优良耐疲劳性是众多塑料中是非常出众的,可与合金材料媲美。其综合机械性能也高于很多其他的热塑性树脂的性能。
3.PEEK出色的耐磨性能
PEEK树脂具有突出的摩擦学特性,具有一定的自润滑性能和较低的摩擦系数,磨损率很低,耐滑动磨损和滚动磨损性能优异。尤其是在250 ℃时仍然保持了良好的摩擦学性能,使其能够适合于严格要求低摩擦系数和耐摩耗用途的使用。
4.PEEK优异的耐腐蚀性能
PEEK 具有非常好的化学稳定性,对各种有机溶剂、油、弱酸和弱碱均具有出色的抵抗力,除了浓硫酸外,几乎不溶于其他酸碱和有机溶剂,它的耐腐蚀性与镍钢相近,并且可以在很宽的温度范围和浓度下保持强度,被证明是一种难以脱色、膨胀或破裂的聚合物。
5.PEEK良好的耐辐照性能
PEEK具有非常稳定的化学结构,且具有优良的耐辐照性,在高剂量电离辐射下,PEEK部件也可以正常工作。PEEK 能承受1100 Mrad(兆拉德)的辐照剂量而不损失其性能,超过了通用耐辐照材料聚苯乙烯。且它能够抵抗伽马射线和电子束的辐射,这些辐射多用于对医疗设备的灭菌处理。
6.PEEK的耐水解性能
PEEK还有很好的耐水解性,在很宽的温度范围内保持了非常低的饱和吸水率。PEEK可以抵御海水或高压水蒸气产生的化学破坏,即使在高温高湿环境下也不会水解,在134 ℃下可以承受1500次以上的蒸汽灭菌(高压灭菌)循环。
7.PEEK优良的阻燃性能
PEEK树脂是非常稳定的聚合物,1.45 mm厚的样品,不加任何阻燃剂就可达到很高的阻燃标准。 PEEK的阻燃性达到UL 94V-0级,极限厌氧指数(LOI)为35。其在燃烧时释放的烟和有毒气体少,还具有自熄性。
8.PEEK良好的绝缘性能
PEEK聚合物表现出高体积电阻率和表面电阻率,可以在很宽的温度范围和环境变化中保持良好的绝缘性能。在很宽的频率和温度范围内,PEEK可保持电性能不变。PEEK的介电常数为3.2~3.3,在1k Hz条件下介电损耗为0.0016,击穿电压为17 KV/mm,耐弧性为175 V。由于具有优良的电绝缘性能,PEEK可以作为C级绝缘材料。
9.PEEK优良的生物相容性
PEEK材料无毒,是一种生物相容性材料,也是美国 FDA 认证的最佳长期骨移植材料。PEEK易与人体相互适应,可以提高医疗应用的成功率,如假体、支架和其他医疗植入物,PEEK植入物在患者体内应用不会引起有害的影响,它不会像金属植入物在生物体内被腐蚀后释放出有毒的金属离子或颗粒,引起过敏反应或毒性效应。
10.PEEK优异的尺寸稳定性
PEEK的热膨胀系数小,其制品具有良好的尺寸稳定性能,非常接近于金属铝。
上海欧灿传送设备有限公司生产OUSION品牌的非金属耐高温链条及耐高温塑料链条为PEEK材质采用注塑增强等级,30%碳纤维增强,有很好的刚性和承载性能,使用温度250℃以上,最高能达315℃,韧性好,强度高,耐化学腐蚀性好,目前广泛应用于锂电池生产设备中。