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PEEK的改性及应用
PEEK具有耐高温、耐辐射、耐腐蚀、尺寸稳定性好、电性能优良等特点,同时还具有优异的加工性能,易于注塑成型、挤出成型和切削加工,是综合性能最优的特种工程塑料之一,与聚酰亚胺等特种工程塑料共同处于塑料材料金字塔的顶端。由于在特殊应用场景下,聚醚醚酮拥有其他聚合物不可替代的优良性能,近年来需求增长迅速。


一、PEEK的改性方法


对PEEK进行纤维增强、无机填料填充以及有机材料共混等改性,可以进一步增强PEEK的力学性能、耐热性能以及耐摩擦性能,得到性能更加优异的PEEK塑料合金或PEEK复合材料,同时,由于 PEEK 材料本身价格相对一般工程塑料较高,与其他材料进行共混,不但能够赋予材料更多的优良性质,还可以提高材料的性价比,降低材料成本,扩大使用范围。



目前,PEEK 材料的主要改性方式有纤维增强 PEEK、无机填料填充 PEEK、有机材料共混改性、与其他聚合物共混等。


1、纤维增强


玻纤、碳纤和各种晶须与聚醚醚酮有很好的亲和性,因此,常被选为填料增强聚醚醚酮制成高性能的复合材料,提高聚醚醚酮树脂的强度、使用温度等。利用玻纤、碳纳米管、碳纤增强的 PEEK 复合材料,力学、热学等性能有显著提高。


2、无机填料填充改性


可用于填充的无机填料通常是微米、纳米级无机颗粒,例如 氧化铝、CuO、ZrO2 等。纳米粒子不但具有尺寸效应、高化学反应活性的性能,而且还能与聚合物界面进行相互作用,因此,在 PEEK 和其他聚合物的改性中被广泛采用。


3、有机共混改性


将聚醚醚酮与具有较高玻璃化转变温度的有机高分子材料共混不仅可以提高复合材料的热性能和降低生产成本,而且对其力学性能也有很大影响。PEEK可于聚合物PTFE、LCP、PEI、PI等共混。


4、表面改性


由于 PEEK 复合材料之间相容性及亲水性较差,通过物理和化学方法对PEEK或添加物的表面进行处理可以使其表面的结构发生变化,极性和亲水性得到改善,从而可进一步提高与其它物质间的作用力和复合材料的物理性能。


5、混杂改性


由于使用单一材料增强改性 PEEK 时往往只能有限提高其性能,例如化学改性主要改善其热学性能,纤维增强主要提高其力学性能,无机填充改变其摩擦性能,而同时采用多种不同种类材料对 PEEK 进行改性可以提高其综合性能,因此混杂改性受到越来越多的关注。




二、PEEK的应用领域


PEEK材料在国外已有数十年的发展历程,在我国航空航天、电子信息、医疗器械、核能发电等尖端领域亦已有较多应用,但长期以来相对较高的价格限制了其向一般民用市场的渗透,目前主要还是应用于航空航天、高端工业及医疗领域等。


1、航天航空


PEEK可替代铝和其他金属材料制造飞机零部件,比金属减重最高达70%,提高燃油效率。目前波音、空客等公司已大量采用PEEK材料。

           


2、医疗


PEEK具有无毒、质轻、耐腐蚀等优点,生物相容性优异,是一种极具潜力的生物假体材料。用于椎间融合器、医用导管、骨骼等。



3、能源


PEEK专门用于高温高压和化学腐蚀性环境,能够拓展油气勘探范围,可用于制造大型石化出产线上的氢气紧缩机和石油气紧缩机的环状、网状阀片等。此外,PEEK还可用于核电部件。



4、汽车


PEEK具有优秀的机械性能以及对车用工作液具有卓越的耐化学腐蚀性,良好的耐磨损性能等,广泛应用于汽车齿轮、真空泵、离合器、阀锥等,提高燃油效率、增加耐用性。

           


5、食品饮料工业


PEEK可用于食品加工、储存、烹饪设备零部件以及水、饮料的传送、贮存设备,如管道、阀门、容器等。




6、电子电气


PEEK具有优良的电气性能,是理想的电绝缘体,在高温、高压和高湿度等恶劣环境下仍能保持良好的电气绝缘性,用于制造晶片承载起、绝缘膜片、印刷电路板、高温接插件以及各种电气连接件等。PEEK薄膜可应用于微型扬声器振膜、5G射频天线基板等。



目前,国外企业拥有更大的生产规模及全球化的营销网络,产品类型较为丰富、应用水平更为成熟,相比于国外企业,国内已实现PEEK大规模生产,品质也达到国际水平,但在产品多样性以及应用拓展方面还有待提高。

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