聚醚醚酮（Poly ether ether Ketone ，PEEK）樹脂是一種新型特種工程塑料。具有可與聚酰亞胺相匹敵的特性，被稱為超耐熱性熱塑性樹脂。
A、分解溫度：560℃；
B、能很好流動的溫度：350℃～400℃；
一．化學(xué)結(jié)構(gòu)
二．特長
PEEK是芳香族結(jié)晶型熱塑性高分子材料。其熔點為334℃，具有下述很具魅力的特性；
（1）短期耐熱性：玻璃纖維或碳纖維增強后其熱變形溫度可以達到300℃以上。
（2）長期耐熱性：UL溫度指數(shù)（RTI）為250℃。
（3）韌性：是一種非常柔韌的樹脂。
（4）阻燃性：達到UL94V－0級（1.5mm），有自熄性，燃燒時發(fā)煙量是所有樹脂中最少的。
（5）耐腐蝕性/耐藥品性：除濃硫酸外無溶劑能侵蝕它。
（6）耐熱水性(可在200～300℃蒸汽中使用)。
（7）耐疲勞及耐蠕變性(是熱塑性塑料中最高的；
（8）加工成型性：除可注射成型外，還可適用各種成型方法；
三．主要特性
3.1耐熱性
雖然未增強的純樹脂的熱變形溫度只有160℃，但用玻璃纖維、碳纖維增強后，熱變形溫度可達300℃以上。按長期連續(xù)使用溫度的評價方法UL溫度指數(shù)測定（RTI）為250℃。
3．2機械特性
PEEK在室溫時的抗蠕變性能如圖1，2所示。即不論有無缺口都比其它耐熱性樹脂高得多。
時間（分） 時間（分）
圖1 蠕變破壞強度（有缺口） 圖2 蠕變破壞強度（無缺口）
3．3各種物性隨溫度的變化
其彎曲模量隨溫度的變化如圖3所示。雖然在其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（143℃）附近有所下降，但直至其熔點附近（300℃）仍保持有足夠的彈性模量。
其抗拉強度隨增強情況不同有所變化，從圖4中可知，直到高溫領(lǐng)域都還保持一定強度。
圖3 彎曲摸量與溫度的關(guān)系 圖4 拉伸強度與溫度的關(guān)系
另外其在250℃的老化試驗結(jié)果如圖5所示。它表明不僅一般樹脂無法比，就是比公認的長期耐熱性好的PPS也要穩(wěn)定。
圖5 老化過程中彎曲程度的變化
3．4耐沖擊性
它是耐熱樹脂中韌性最好的一種與其它樹脂的比較如圖6。
圖6 幾種耐熱樹脂的沖擊強度（無缺口）
3．5阻燃性
PEEK有自熄性，不加任何阻燃劑用UL標準測定分別達到94V－1（厚度為0.3mm），94V－0（厚度為1.5mm）94V－5（厚度為3.2mm）。另外燃燒時的發(fā)煙量也非常少。按美國NBS試驗的結(jié)果如圖7所示。
3．6耐藥品性
PEEK只溶解于濃硫酸，有良好的耐化學(xué)藥品性，特別是在高溫下耐酸堿性方面比聚酰亞胺好得多。部分化學(xué)藥品對PEEK的影響情況如表1所示。
表1 PEEK的耐藥品性（500Kg/cm2應(yīng)力下）
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藥品名 |
影響程度 |
藥品名 |
影響程度 |
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鹽 酸 |
A |
丙 酮 |
B |
|
硝 酸 |
A |
甲乙酮 |
A |
|
濃硫酸 |
C |
環(huán)己烷 |
A |
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88%磷酸 |
A |
甲 苯 |
A |
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50NaOH |
A |
三氯乙烯 |
A |
|
50KOH |
A |
三氯乙烷 |
A |
|
氨 |
A |
氯 仿 |
A |
|
二氯乙烷 |
A |
醋酸乙酯 |
A |
|
甲 醇 |
A |
汽 油 |
A |
注： A 無影響；B 多少有影響； C 溶解
3．7耐水解性
PEEK的吸水率很小，23℃的飽和吸水率只有0.5%。而且耐熱水性好，可以在300℃的加壓熱水或蒸氣中使用。在200℃以上的熱水中可以連續(xù)使用。圖8為在100℃的熱水中浸泡后的抗拉強度試驗，結(jié)果表明即使連續(xù)浸泡200天其強度也幾乎沒有明顯變化。圖9是在130℃熱水中浸泡11天后其彎曲模量保持率與其它樹脂的比較，結(jié)果表明純PEEK樹脂的保持率在90%以上，遠高于其他樹脂。
圖8 100℃熱水浸泡后拉伸強度的變化 圖9 130℃熱水浸泡11天后彎曲強度保持率
3．8耐磨性
具有相當(dāng)于聚酰亞胺的良好耐磨性，其具體數(shù)值如表2所示。
表2 PEEK的耐磨性（Taber磨擦）
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樣品 |
對磨材質(zhì) |
磨耗量 |
|
純PEEK樹脂 |
H10 wheel |
2.7×10 - 4 |
|
純PEEK樹脂 |
S17 wheel |
9.7×10 - 4 |
3．9耐疲勞性
在所有樹脂中具有最好的耐疲勞性，圖10是與其它樹脂的對比。
圖10 耐疲勞性比較（無缺口 23℃）
3．10耐輻照性
耐γ輻照的能力很強，超過了通用樹脂中耐輻照性最好的聚苯乙烯。可以做成γ輻照劑量達1100Mrad時仍能保持良好的絕緣能力的高性能電線。
3．11耐剝離性
PEEK的耐剝離性很好，因此可制成包覆很薄的電線或電磁線，并可在苛刻條件下使用。剝離試驗的結(jié)果如表3所示。
表3 機械剝離
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溫度（℃） |
負荷（Kg） |
|
20
105
150 |
41
34
29 |
3．12電性能
PEEK具有良好的電絕緣性能，并可保持到很高的溫度范圍。其介電損耗在高頻情況下也很小。其介電損耗的頻率依賴性和溫度依賴性及體積電阻的溫度依賴性分別如圖11，12，13所示。
圖11 介電損耗與頻率的關(guān)系 圖12 介電耗損與溫度的關(guān)系
圖13 體積電阻與溫度的關(guān)系
四．加工工藝
PEEK雖然是超耐熱性樹脂，但由于它具有高溫（350～400℃）流動性好和熱分解溫度很高的（560℃）的特點，因此可以采用注射成型，擠出成型、模壓成型、吹塑成型、熔融紡絲、旋轉(zhuǎn)成型、粉末噴涂等多種方法成型加工。作為二次加工可以采用真空成型、壓延、拉伸、超聲波焊接、粘接、復(fù)合、機械加工等加工手段。
下面簡單介紹一下，常用的PEEK注射成型和擠出成型的一般加工工藝條件。
4．1注射成型
4.1.1設(shè)備
PEEK可用通常的螺桿式或柱塞式注射成型機加工成型，注射成型機應(yīng)滿足下述基本條件：料筒溫度可升到400℃；料筒內(nèi)應(yīng)該沒有形成熔融料死角的地方；由于熔融粘度不會自動流淌，所以噴嘴不需要加斷流閥（shut off valve）。
4.1.2 模具溫度
由于PEEK是結(jié)晶性樹脂，因此使其充分結(jié)晶可以提高其性能。一般模溫在160℃以上時，就可以充分結(jié)晶，即使不熱處理也能得到很好的成型品，如果因為模具結(jié)果所限模溫?zé)o法提高時，可在200℃以上熱處理一小時，也能使結(jié)晶完全，從而使機械強度和耐藥品性等提高。
4.1.3預(yù)備干燥
雖然PEEK的吸水率很低，飽和吸水率只有0.5%，但是要在高溫下成型，所以加工成型之前有必要在150℃干燥3小時以上。
PEEK的標準注射成型條件如表4所示。
表4 PEEK的標準注射成型條件
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項 目 |
純 樹 脂 |
30%玻璃
纖維增強 |
30% 碳
纖維增強 |
|
料筒溫度（℃） |
根部
中間
噴嘴 |
330～360
350～380
350～380 |
350～380
370～400
370～400 |
350～380
370～400
370～400 |
|
模具溫度（℃） |
130～170 |
140～180 |
140～180 |
|
注射壓力（Kg/cm2）
螺桿背壓（Kg/cm2）
保 持 壓 |
1000～1400
50～100
500～700 |
1200～1600
50～100
600～800 |
1200～1600
50～100
600～800 |
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注 射 速 度
螺桿轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）
循環(huán)周期（秒） |
中速～高速
50
30 |
中速～高速
50
30 |
中速～高速
50
30 |
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4．2擠出成型
PEEK可以采用擠出成型工藝加工成薄膜、電線包皮、單絲、棒材、薄板等。表5列出了PEEK薄膜的擠出成型條件。
表5 PEEK的標準擠出成型條件
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項 目 |
條 件 |
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擠出機螺桿 |
Φ30， L/D=24， C.R.=3 |
|
料筒溫度（℃） |
喂 料
壓縮部
機 頭 |
350
370
380 |
|
模具溫度（℃）
定型輥溫度（℃） |
380
30 |
|
螺桿轉(zhuǎn)數(shù)（rmp）
線速度（m/min）
吐出量（Kg/cm2） |
30
10
5 |
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PEEK的標準物性數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)中心）
五．用途
5.1復(fù)合材料
近些年來引人注目的是熱塑性樹脂基復(fù)合材料，其中發(fā)展最快的是由ICI公司推出的PEEK復(fù)合材料（商品名APC－2）。
5.1.1制造方法
APC－2是將碳纖維的長纖維用PEEK熔融預(yù)浸制得，由于碳纖維與基體PEEK的相容性好，可以制得粘結(jié)性很好的復(fù)合材料，孔隙率只有0.1%。表6是其材料的機械性能。
表6 APC－2的標準機械性能
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項目 |
單位 |
數(shù)值 |
|
（鋪層方向0°）
拉伸強度
拉伸模量
斷裂伸長
彎曲強度
彎曲模量 |
Mpa
Gpa
%
Mpa
Gpa |
2130
134
1.45
1880
121 |
|
（鋪層方向90°）
拉伸強度
拉伸模量
斷裂伸長
彎曲強度
彎曲模量鋪層方向 |
Mpa
Gpa
%
Mpa
Gpa |
80
8.9
1.0
137
8.9 |
|
（鋪層方向±45°）
拉伸強度
拉伸模量
斷裂伸長 |
Mpa
Gpa
% |
300
19.2
17.2 |
比環(huán)氧樹脂復(fù)合材料易加工
成型后不需養(yǎng)生
有良好的耐沖擊性，損傷容限大
有優(yōu)良的抗蠕變性和耐疲勞性
有良好的耐熱性
有優(yōu)良的耐熱濕循環(huán)性
損傷處易修補
5.1.3制品的規(guī)格
ICI上市的最通常單向預(yù)浸物（CF含量68%±2）和由這種預(yù)浸的按各種角度（＋45°/90°/－45°/0°）鋪層后壓制成的薄板的規(guī)格如表7所示。
表7 典型的APC－2制品的規(guī)格
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1．單向預(yù)浸物（CF含量68%±2）
標準寬度 140mm
216mm
標準厚度 0.125mm
標準重量 213g/㎡
標準長 50m |
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2．薄板�。ǎ�45°/90°/－45°/0°）
標準尺寸 405mm×405mm
700mm×700mm
標準厚度 1mm（預(yù)浸物8層）
2mm（預(yù)浸物16層）
3mm（預(yù)浸物24層）
4mm（預(yù)浸物32層）
5mm（預(yù)浸物40層） |
5.1.4用途
利用上述特點雖然可有多種多樣應(yīng)用領(lǐng)域，但目前主要用在航空和軍工產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。
5.2擠出成型制品
5.2.1電磁線
利用PEEK具有包覆加工性好（可熔融擠出，而不用溶劑）；燃燒時發(fā)煙量低且產(chǎn)生腐蝕性氣體少；耐剝離性好；耐磨耗性好；耐輻照性強；可自由著色等特點，已經(jīng)用作電纜、電線的絕緣或保護層。廣泛應(yīng)用于原子能、飛機、船舶、油、氣井，電磁線、光導(dǎo)纖維等領(lǐng)域。
5.2.2薄膜
利用其比聚酰亞胺吸濕性小，高溫時耐堿、耐酸和耐高頻性好、耐焊錫、耐輻照等特點，用作H級以及C級絕緣材料，廣泛用于電機、發(fā)電機、變壓器、電容器等的絕緣薄膜，可繞性印刷線路板，載波帶（carrier tape），復(fù)合材料（用PEEK與碳纖維、玻璃纖維層覆），耐熱耐藥品的環(huán)型帶等。
5.2.3纖維
利用PEEK單絲比聚酯和尼龍纖維有更好的耐蒸氣、耐藥品、耐磨耗、抗蠕變、韌性好等特點，應(yīng)用于制紙機械的干燥帆布、耐熱滬布、球拍的網(wǎng)線、復(fù)合材料（與碳纖維、玻璃纖維等混織或混編）、耐熱耐藥品紡織帶等。
5.3注射成型制品
5.3.1耐磨材料
發(fā)揮其耐磨性、耐藥品性、韌性好和可在250℃使用等特點用于制造軸承保持架、金屬軸承的護襯、離合器零件、動力閘的真空零件、汽油發(fā)動機的零件、滑輪加載器（turbochanger）葉片、復(fù)印機零件、懸置軸瓦、活塞裙、發(fā)動機推桿等。
5.3.2電器、電子制品
發(fā)揮其耐焊錫性（熱變形溫度300℃以上）、阻燃、UL溫度指數(shù)250℃、韌性好等特點，用于制造鑲嵌插頭，高可靠性接插件，電纜插頭，接線盒，配線的引出頭，極板的籠型線圈（Waferbasket），電池外殼，IC的封裝等。
5.3.3熱水設(shè)備
發(fā)揮其能耐300℃的加壓水或蒸汽而且在200℃以上可長期使用的特點，用于制造熱水、化學(xué)泵的泵體和葉輪及其它零件，蒸氣閥門，O型圈，采油用接插件，鍋爐及PH計的護套等。
5.3.4其它
PEEK還可以用于制造原子能發(fā)電站用接插件和閥門零件、滑輪葉片、顯微鏡燈的罩、馬達周圍導(dǎo)線支架、火箭用電池槽、螺栓、螺母、實驗室用鑷子等。
5.4粉末噴涂制品
PEEK可用靜電噴涂或流化床法噴涂制成金屬等表面的耐熱、耐腐蝕涂層。
5.5其它加工成型制品
可用旋轉(zhuǎn)成型制造大型成品，用吹塑成型法可做成核廢料的容器，還可以把PEEK薄膜與金屬熱壓粘接制成高溫粘結(jié)力很好的復(fù)合材料。
六、主要生產(chǎn)公司
國外主要生產(chǎn)公司；
1、英國ICI(PEEK原粉生產(chǎn)商)；
2、德國Degussa(PEEK原粉生產(chǎn)商)；
3、英國Victrex PLC
4、日本住友（Victrex PLC與三井的合資公司）共混公司；
5、美國LNP(已被GE收購，LNP已加入到GE的全球共混物行業(yè))
8、荷蘭DSM
9、美國RTP公司
國內(nèi)主要生產(chǎn)公司：
吉林大學(xué)特種工程塑料(PEEK原粉生產(chǎn)商)； |
