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5G材料介绍之—PEEK

PEEK材料有低介电常数与金属替代等特性,5G领域可以用于天线模块、滤波器、连接器等相关的组件,今天我们就来了解下这个材料。以下内容转载自威格斯公众号


在整个塑料工业中,PEEK被广泛公认为是一种领先的高性能聚合物(HPP)。但长期以来,汽车、航空航天、油气和医疗设备行业的首选材料都是金属。PEEK聚合物正在迅速改变这种思维定式。---首席科学家JohnGrasmeder


什么是PEEK?


PEEK或聚醚醚酮属于“芳香族聚酮”(更准确地说是聚芳醚酮或PAEK)类聚合物,由以下结构单元构成:



对PAEK的研发起源于20世纪60年代,但直到1978年帝国化学工业公司(ICI)才对PEEK申请了专利,而威格斯PEEK聚合物于1981年首次实现商业化。

“芳香族”通常意味着独特或香甜的味道,这看似一个奇怪的词语,但科学家们用它来描述某些包含有或由环状结构构成的分子(如上面的芳基结构单元)。此类型小分子,如甲苯和萘,具有独特的气味并因此而得名。但PEEK本身就像大多数热塑性塑料一样,在正常情况下是无味的。从化学角度来看,PEEK主要是一种线性半结晶聚合物。下图阐释了结构单元如何相互结合,从而形成醚醚酮或EEK:


上面方括号中所示的“重复单元”被复制很多次——平均在200-300次之间——从而形成一个PEEK聚合物链。P来自于希腊语“poly”是“很多”的意思,这样很多EEK就形成了PEEK。芳基和酮基具有一定刚性,因而提供了刚度,这意味着良好的机械性能和高熔点。醚基提供了一定程度的柔韧性,而芳基和酮基具有化学惰性,从而具有耐化学腐蚀性。重复单元的规整结构意味着PEEK分子可部分结晶,而结晶性可提供耐磨、抗蠕变、抗疲劳和耐化学性等性能——稍后将对此进行详细介绍。

形成的聚合物被广泛公认为是世界上性能最好的热塑性塑料之一。与金属相比,PEEK类材料重量轻、易成形、耐腐蚀,并具相当高的比强度(单位重量强度)。


根据需要进行设计


我们采用了可控制链长或分子量的工艺来制造PEEK。与短链PEEK相比,长链PEEK(高分子量)具有更强的韧性和抗冲击性。但高分子量聚合物在熔融时非常粘稠,这限制了将其注入小型模具的能力。低分子量PEEK的抗冲击性能较差,但在熔融状态时流动性更好,因此易于制造复杂的小零件。


一系列引人注目的性能


在需要高性能时,PEEK作为首选聚合物不只提供两到三项性能,它还可以提供多种多样的优异性能,包括:


·  高耐热性

测试表明,威格斯PEEK聚合物的连续使用温度为260°C(500°F)。这可以使其广泛应用于热腐蚀环境,如加工业、石油和天然气行业以及无数车辆的发动机和变速箱。PEEK可在止推垫圈和密封圈等动态应用中耐受摩擦和磨损。


·  化学惰性

PEEK能够抵抗化学腐蚀性工作环境所造成的损害,如应用于石油和天然气行业的井下环境、以及机械和汽车应用中的齿轮。它能够耐受航空航天行业中使用的喷气燃料、液压油、除冰剂和杀虫剂等,可适用于各种压力、温度和时间范围。


·   机械性能强大

PEEK在较宽的温度范围内均可表现出优异的强度和刚度。PEEK类碳纤维复合材料的比强度高出金属和合金许多倍。“蠕变”是指材料在恒定应力作用下,在一段时间内发生永久的变形。“疲劳”是指材料在反复循环载荷作用下的脆性破坏。由于PEEK是半结晶结构,因此具有较高的抗蠕变和抗疲劳性能,并且在很长的使用寿命期内,比许多其他聚合物和金属更耐用。


·   不易点燃或燃烧

PEEK具有优异的耐燃性能,耐燃温度接近600°C。即使在极高温度条件下将其点燃,也不会持续燃烧并且几乎不冒烟。这也是PEEK被广泛应用于商用飞机的原因之一。


·   可再加工和循环利用


PEEK分子非常稳定,所以可以被一次又一次的熔融和再加工,而对其性能的影响很小。这有助于改善环境足迹,并确保更加有效地再次利用制造过程中产生的废料。


·   还有更多!

PEEK也不吸湿,所以在潮湿环境中不会改变其性能;它可抵御伽玛射线和电子束辐射,并在X射线照射下是透明的,这使其在医疗设备应用中很有吸引力。PEEK还具有电气稳定性,通常可用作电绝缘体,但也可以通过改性变成导体或静电耗散材料。


作为一种热塑性PEEK,可以使用传统热塑性加工设备进行注塑、压塑和挤压成型。其用途非常广泛,并且使用越来越普遍,可用于提高部件性能、耐用性、减轻重量和降低使用寿命期内的整体系统成本。毫无疑问,它正在取代金属和合金!


在许多行业和重要环境中,材料专家、零件设计师和采购商必须在PEEK和传统金属及合金材料之间做出抉择,而PEEK可以提高性能、减轻重量、降低能耗、缩短装配时间并节约成本。




关于作者


John Grasmeder博士在聚合物领域拥有超过25年的经验,曾在英国和德国的帝国化学工业公司(ICI)、巴斯夫、Hoechst和壳牌合资公司担任过研发、商务和业务领导职位。他已在威格斯工作11年,自2010年起担任技术总监一职,并于2016年成为首席科学家。



本文来源:威格斯Victrex


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