PEEK樹脂是什么?介紹其種類、特征和用途

發布日期: 2024-04-30

超級工程塑料具有比工程塑料更好的性能,作為金屬的替代材料備受關注。PEEK 樹脂是其中性能最好的樹脂之一。
PEEK樹脂是一種耐熱性、機械特性、耐化學性、電氣特性等各方面都很優異的熱塑性樹脂,用途廣泛。PEEK樹脂與聚乙烯等通用樹脂不同,它的流通性不高,但卻是我們生活中不可或缺的重要材料。
本文介紹了PEEK樹脂的概述和種類、優缺點、用途等。
PEEK樹脂是一種耐熱性、機械特性、耐化學性、電氣特性等各方面都很優異的熱塑性樹脂,用途廣泛。

 

 

?PEEK樹脂是什么?概要內容和典型的等級說明

PEEK樹脂是指一種被稱為“Poly Ether EtherKetone(聚醚醚酮)”的超級工程塑料。PEEK樹脂是被稱為芳香族聚芳醚酮(PAEK:Polyaryl Ether Ketone)樹脂(多個苯環通過醚基(-O-)和酮基(-C(=O)-)連接成一列的結構性樹脂)的熱塑性樹脂集群中的一種。PEEK樹脂的連續使用溫度為260℃,其耐熱性、耐化學性、耐熱水性、阻燃性、力學特性、電氣特性都比較出色,被稱為超級工程塑料中性能最好的樹脂之一。PEEK樹脂由英國的ICI公司(現威格斯公司)于1978年首次研發成功。到目前為止,市場上還開發出了多種其他PAEK 樹脂,但由于 PEEK 樹脂具有優異的加工性和物理性能,許多其他種類的PAEK樹脂已經停止開發。目前,PEEK樹脂基本上已經壟斷了PAEK市場。PEEK樹脂的生產和銷售形式多種多樣,主要包括粉末和顆粒等。PEEK樹脂的價格也比其他樹脂高出許多。但因其綜合性能非常優異,在許多應用中,它都被用作支持先進領域的材料。

  • PEEK樹脂的種類
PEEK樹脂具有各種等級,對應配方各不相同。各等級的特征如下。
基本級:通常被簡稱為“PEEK”的產品,都屬于基本級。如上述所記,這是一種耐熱性、耐化學性等性能優異的超級工程塑料。
強化級:強化級是指在基本級PEEK中添加纖維等提升其機械強度的產品。例如,添加了玻璃纖維的“玻璃纖維強化級”、添加了碳纖維的“碳纖維強化級”等。強化級的優點在于強度和模量(在彈性物體上施加應力時恢復原狀的力)遠高于基本級,而且其熱變形溫度(短期間耐熱性的評估標準)極高。另一方面,添加的纖維對于切削加工性能有負面影響。
滑動級:這里是指在基本級中,按10%左右的比例分別添加碳纖維、石墨、聚四氟乙烯(PTFE),提升材料滑動性和耐磨性的產品。在汽車和工業等領域,常用于齒輪和軸承的原材料。
導電級:導電級是指在基本級中添加碳纖維提升導電性的材料產品。常用于對靜電和灰塵比較敏感的小型電子元件等。需要注意的是,與強化級一樣,受碳纖維的影響,切削加工性會變差。

?PEEK樹脂的特征

PEEK樹脂具有怎樣的特征呢?下面,從優缺點兩個方面進行介紹。

  • PEEK樹脂的優點
PEEK樹脂有許多優點。最具代表性的優點如下。
優異的耐熱性和高溫特性:PEEK樹脂的連續使用溫度為260℃左右,比普通的超級工程塑料(連續使用溫度:150℃或以上)高出很多。其熔點極高,達到 334°C,在成型過程中熔化溫度接近 400°C。此外,PEEK樹脂還耐熱水和蒸汽,還可通過高壓蒸汽滅菌器進行滅菌。能在高溫環境中保持穩定的物理性能是 PEEK 樹脂的一大優勢。
機械性能高:即使在高溫環境下,PEEK樹脂也能夠表現出優異的機械特性(如拉伸強度、抗沖擊性、抗蠕變性、耐磨損性等)。如前面所述,如果添加玻璃纖維或者碳纖維,可以進一步提升強度。
耐化學性優異:PEEK樹脂的主要優點之一是耐化學性強。PEEK樹脂雖然在濃硫酸中會溶解,但它對大多數其他酸、堿和有機溶劑都有耐受性,即使在高溫環境下亦是如此??煞判牡赜糜诮佑|化學品的醫療設備,這也是它的優點。
公認的食品安全性:PEEK樹脂符合日本的食品衛生法和美國FDA(食品藥品監督管理局)等標準,可安全地用于食品行業。因此,在食品和飲料加工設備中經??梢钥吹?PEEK 部件的身影。。
比其它PAEK樹脂更易成型:一般來說,如果成型溫度接近樹脂的分解溫度,則很難成型。PEEK樹脂與其它的PAEK樹脂相比,成型溫度比較低(380~400℃左右),因此比其他 PAEK 樹脂更容易熔融成型。
  • PEEK樹脂的缺點
盡管 PEEK 樹脂具有上述優異特性,但它也存在一些缺點。
成本較高:PEEK樹脂是最昂貴的超級工程塑料之一。雖然樹脂價格會因原材料費用變動等因素而變化,但其價格也已經約是通用樹脂的50倍、約是普通工程塑料的30倍。如果能夠削減原料成本,則PEEK 樹脂的需求和生產規模有望大幅度擴展。
強度較高、切削加工和切斷加工困難:如上所述,PEEK樹脂的主要優點是強度高。但正因如此,它在切削加工和切斷加工時,會產生裂紋和缺口等問題,這也是其缺點。甚至有時刀具也會發生崩刃或者斷裂的現象。使用刀具對PEEK樹脂進行加工時需要小心謹慎。

?總PEEK樹脂的主要用途

PEEK樹脂作為可靠性較高的樹脂,被廣泛應用于各行各業。例如,航空航天、汽車、醫療設備、3D打印機、食品、半導體等領域。在汽車領域,PEEK 樹脂正在取代金屬零件,以減輕重量、提高性能、降低成本。用 PEEK 替代金屬齒輪還可以防止不必要的噪聲和振動。在醫學領域,PEEK樹脂可以應用于注射針、植入物、假牙等。PEEK 樹脂對人體無毒、惰性且具有生物相容性,因此適用于醫療應用。世界各地的材料制造商可提供各種醫用 PEEK 樹脂。PEEK樹脂還被用作3D打印機用的纖維材料,備受關注。德國的Indmatec公司(現Apium公司)于2015年,首次研發成功了PEEK樹脂專用的3D打印機。該公司已將醫療領域作為其目標之一,現在還在銷售專門用于醫療領域的 3D 打印機。

?總結

PEEK樹脂與其它的PAEK樹脂相比,是一種耐熱性、耐化學性、耐熱水性、阻燃性、力學特性、電氣特性等都比較優異的超級工程塑料。被認為是熱塑性塑料中性能最高的材料。PEEK樹脂除了基本級以外,還有強化級、滑動級、導電級等產品。PEEK 樹脂的優點是各種性能高度均衡,具有公認的食品安全性,易于成型和加工等,另一方面,PEEK 樹脂也存在成本高、切削加工困難等缺點。PEEK樹脂被廣泛應用于太空、航空、汽車、醫療設備、3D打印機等各個領域。今后,也將繼續在背后支持我們的生活。

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