PEEK 聚醚醚酮——特种工程塑料界的“塑料黄金”

PEEK全称聚醚醚酮，隶属于聚芳醚酮（PAEK）家族，是半结晶型芳香族热塑性特种工程塑料。分子主链按「醚键—醚键—酮键」重复排布，也因此得名聚醚醚酮，是公认综合性能领先的热塑性材料，广泛用于“以塑代钢”轻量化场景。

一、PEEK 到底是什么？

PEEK 是一种叫做聚醚醚酮的材料，在聚芳醚酮(PAEK)家族里的一种结晶型芳香族热塑性塑料。它的分子链上有一个醚键、一个酮键以及一个醚键，并且这三个结构是按照“醚-醚-酮”的方式排列在一起的，所以它被命名为聚醚醚酮。它是全世界公认秀的热塑性塑料之一，“以塑代钢”也离不开它的身影。

最大的特点就是：

l 耐热性好，在使用过程中最高可以达到260度℃

l 高强度拉伸强度可以和铝合金相媲美

l 轻量化，也就是把密度降低到只有钢的一半左右

l 耐腐蚀性很好，除了浓硫酸之外基本没有其他东西可以溶解它了

一句话是：PEEK在它的强项上是不可替代的。

二、PEEK的主要优点

的耐高温能力。PEEK 的玻璃化转变温度为 143°C 左右，熔点约为 343°C 左右。长时间工作时可以达到260摄氏度，短时间内的最高温度可以承受至300摄氏度左右。碳纤维增强型PEEK材料的热变形温度为316℃。即便是在零下四十度这样的严寒条件下，PEEK也能够维持较好的力学性能以及尺寸稳定。从极寒到极热范围很广的能力，并不是所有的塑料所能做到的。

的机械性能。PEEK纯树脂拉伸强度可以达到90～100MPa左右，和铝合金差不多；增强型（30%碳纤维）拉伸强度为186MPa，弹性模量为3.6～4.4GPa。碳纤维增强聚醚酰亚胺的比强度可以达到铝材的八倍以上。

的抗疲劳性能。也就是说用PEEK材料制成的产品，在经过无数次交变应力之后仍然能够保持良好的性能。密度只有1.3克/立方厘米，大约是钢材的1/6、铝合金的一半，它是减轻重量的一种方式。

卓有成效的耐化学腐蚀性能。PEEK对于大部分化学试剂都有很好的耐受性，可以承受强酸（除了浓硫酸之外）、强碱以及有机溶剂，并且具有良好的水解稳定性。在200～250℃之间用高温蒸汽也可以长时间保持其正常工作状态。当温度达到150℃时，PEEK纤维的蠕变性能与尼龙头相等。该特点使它成为化工设备、石油勘探和核工业的理想材料。

非常好的抗辐射能力。PEEK可以承受10^9 rad（拉德）的辐射剂量，在所有的塑料当中它的耐辐射性能是的。在核工业、航天航空等强辐射环境里没有其他材料能够代替它。

良好的耐磨性和自润滑性。PEEK的摩擦系数为0.01～0.2，耐磨性，优于多数工程塑料。自润滑性能很好，不需要添加任何润滑剂就可以使用，适合做为轴承、齿轮、密封件等等各种运动接触部位用。

天然防火性✅PEEK不需要加入阻燃剂就可以获得UL94V-0级别的阻燃性能，在燃烧的时候产生的烟雾较少，并且可以自动熄灭。LOI值为35左右，在富氧的情况下也会比较难燃烧。

好的加工性能。PEEK尽管具有很好的性能，但是也不能只看不干了。它可以被制成注塑件、挤出件或者切割片，并且可以通过注塑、挤出、模压、喷涂、3D打印等不同方法进行制造。废料回收的价值很高，但是回收工艺很复杂。

生物相容性很好。PEEK已经获得了ISO 10993生物相容性的认证，在人体上没有致突变的风险，它的弹性模量为3-4 GPa左右，并且可以很好地吻合人的皮肤骨骼。另外它还具备射线穿透的能力，在X光、CT等影像学检查的时候不会出现金属伪影的问题，因此成为骨科以及口腔种植体的最佳选择。

三、PEEK存在的主要问题

1、单价很高，这是PEEK最大化的应用障碍。目前我国PEEK材料的价格在30到40万元/吨之间，而进口的价格则达到了80-100万元/吨。主流品牌的树脂市场价格大概为38万/吨左右。主要是因为主要原料氟酮（DFBP）价格昂贵，即每制造一吨PEEK就要用掉大约0.7～0.8吨的氟酮单体，而氟酮占到了整个PEEK生产成本的大约五成左右。进口材料1公斤的价格在几百元到上千元之间不等。由于其成本较高，所以只能够应用于和高附加值的产品当中。

2、加工难度大，设备要求高。PEEK的熔融温度比较高（343℃），加工温度范围很狭窄，必须使用专门的高温加工设备。3D打印的设计周期为4-5天。在高温条件下，PEEK的刚性可以保持住，即使在200℃高温下仍能保持24MPa的弯曲强度。增强型（玻璃纤维）在高温下机械性能退化比较严重。对加工设备的温度控制以及工艺精度有很高的要求。

3、不能忍受浓硫酸，也不能接受紫外线照射。尽管具有很好的耐化学性能，但是PEEK会受到浓硫酸的腐蚀。另外长时间的紫外线照射会使材料老化，在户外使用的时候需要进行防护处理。

4、表面生物惰性（医疗用途）。尽管PEEK具有很好的生物相容性，但是它的表面非常不活跃，和软组织结合的能力也很差。用作植入物的时候，骨整合能力较差，需要做表面改性的工作。颅骨修复要用多个钛钉固定，在手术之后容易发生位置移动的问题。

5、容量大、国产化正在推进中。目前全球PEEK市场的竞争格局是“一超多强”，即英国威格斯、比利时索尔维、德国赢创占据了大部分份额。虽然国内的企业正在崛起（中研股份在国内销量已经超过了威格斯），但是的产品仍然有一部分需要进口。

6、各向异性，半晶态以及增强纤维的方向性会使得材料在各个方向上表现出不同的特性，在设计、制造过程中要加以注意。

四、常用的PEEK分类以及简单的比较

PEEK产品的体系已经很完善了，国内的主要企业中研股份也形成了“两类产品、三个品牌、七个系列”的产品结构：类型、特点、使用场合

l 纯树脂PEEK韧性很好，抗冲击能力强，整体性能不错一般用作高性能零部件或者医用植入材料。

l 玻纤增强聚醚酮(PEEK) (GF-PEEK)，强度和耐热性提高，在高温条件下力学性能会有所下降 结构件、工业零部件。

l 碳纤维增强聚醚酮（CF-PEEK），比强度为铝合金的8倍左右，拉伸强度可以达到186MPa以上，适用于航空、航天领域的结构件和轻量化零部件。

l 耐磨改性的聚醚醚酮(PEEK)加入PTFE、石墨等可以降低摩擦系数轴承、齿轮、密封圈。

l 陶瓷纤维增强PEEK材料耐高温、耐磨性能更好适用于恶劣的工作环境下的摩擦部件。

l 3D打印用的PEEK材料专门为增材制造而设计，具有良好的层间附着性，可以用于个性化的医疗器械以及复杂的零部件制造中。

五、PEEK的应用场景

航空航天：包括飞机座椅支架、舱内附件、发动机密封圈、轴承等，减重效果很明显，空客A350一架飞机上就用到了上千个PEEK零部件；卫星电缆外护套以及耐辐射器件等等。

医疗卫生和骨科：脊柱融合器、人工关节等；3D打印定制化颅骨修补骨板；牙齿修复材料（透光度为40%，接近于真牙），等等。

人形机器人和新能源汽车：机器人的关节、轻量化结构件；电池连接器、电机绝缘件（承受50bar高压），特斯拉Model Y电池包密封圈使用寿命提高一倍。

汽车行业：ABS系统、变速箱齿轮等；用塑料代替金属可以减轻车辆重量20-40%。

电子电器及半导体：半导体晶圆载具（耐强酸强碱），5G高频连接器（低介质损耗）。

石油和天然气：高精度轴承、密封件；数字化测井仪器、海底集成管道系统。

核电：耐辐射部件，PEEK的耐辐射性能在所有的塑料当中是的。

3D 打印/增材制造：定制化的假肢、复杂的零部件。

六、选择材料的小提示

l 通用高性能结构件、纯树脂PEEK、基础性能好，性价比较高。

l 医疗植入物（脊柱、颅骨）；医疗级别的纯PEEK或者3D打印PEEK，生物相容性好，可以穿透X光，弹性模量与骨骼相似。

l 航空航天轻量化结构件、碳纤维增强聚醚酰亚胺(CF-PEEK)材料的比强度为铝合金的八倍以上，减重效果非常明显。

l 高刚度、高耐温工业零件玻璃纤维增强聚醚酮（GF-PEEK），刚性、耐热性能提高很多。

l 轴承、齿轮、密封件用耐磨改性的聚醚酰亚胺(PEEK)或者PTFE和石墨混合之后的材料，摩擦系数小，自润滑性能好。

l 3D打印个性化的植入物、3D打印专用PEEK长丝、层间附着性很好并且可以做到解剖学形状。

l 极端高温大于等于300℃短时间之内碳纤维增强聚醚酰亚胺材料的最大使用温度可以达到316℃。

l 成本比较低、一般的工作条件不选择聚醚砜（PEEK）材料换成PAEK系列中的其他品种或者高分子工程塑料。

结论

PEEK被称为“塑料黄金”，它的耐温可以达到260℃，强度接近于钢铁，并且只有钢材重量的一半六分之一，在高性能聚合物领域里它是无可争议的名。选它，你就得到了一个万能的答案，无论多么恶劣的工作环境和严格的条件都难不倒你。但是要注意到，性能所付出的成本就是最贵的价格了，30-40万/吨的费用并不是每个人都能承受得起的。不要在非、高附加值的地方进行这样的行为。一句话就是：PEEK虽然不能包打天下，在它的强项上没有人可以取代它。

原创作者：广州市普同实验分析仪器有限公司