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PEEK特种工程塑料的应用

料的世界里,在没有好的应用开拓时候,往往很难被大众熟知,发展也相对缓慢。比如杜邦的尼龙材料在上世纪40年代风靡;1940年5月15日,杜邦公司生产的7.2万双丝袜在一天内被抢购一空,美国女性为之疯狂。高筒尼龙袜在美国创造历史最高销售记录。透明轻薄的尼龙袜配上裙子成为欧美贵妇人的时髦产品。


这两年EPP材料在玩具手抛飞机以及外卖送餐保温箱的应用,也把这种原本不为大众熟知的聚丙烯发泡材料,变得火爆起来。

 图 EPP手抛模型飞机 摄于橡塑展 无锡会通展台


历史轨迹总是会重演,只是角色变换。今天我来看看PEEK这种高大上材料。


聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK),为线性芳香族高分子化合物,构成单位为氧-对亚苯基-羰-对亚苯基,为半结晶性,热塑性塑料,PEEK向来是塑料界的高端人士。一般应用于军工航天、医疗(如人造骨骼、医疗器械)、机械仪表、汽车发动机等有着高耐温、高精度、耐油耐磨等极端性能要求的高精尖行业。

图 PEEK合成的化学工程式


军工航天这些可能大家不甚了解,但近几年,这种高富帅材料在我们日常生活中正在逐渐出现。


一、PEEK在iPhone上的应用



苹果系列产品一直采用塑料+金属的结构设计,这一独特的天线设计方案将金属外壳带向了流行的顶峰。为了保证信号的输出与接收,这就要求其金属是完全断开的,这样就带了两个问题:塑料连接金属如何保证手机外壳整体的机械强度?后制程金属阳极氧化(铝合金后盖)中强酸强碱对塑胶的影响怎么解决?这时候具备卓越机械性能和化学稳定性的PEEK料就进入苹果眼中。


PEEK杨氏模量是3.6GPa,机械强度达到90 到100 MPa(备注:PEEK的加工条件会影响产品的结晶性,从而影响机械性能,成型时需要注意),PEEK的玻璃化转变温度为143度而熔点达到343度。某些级别的PEEK的允许工作温度达到250度。热导率随温度的升高线性增加。PEEK具有很高的热稳定性和抗化学腐蚀性,只在高温时会被卤素和强酸腐蚀,室温下PEEK可溶于浓硫酸中。这些优秀的理化性能完全能满足iPhone生产加工及后续使用中的各种需求。


据小编了解,从iPhone 5 开始到iPhone 8,作为天线口的塑胶部分,其组成基本是这样一个双层结构:外面我们能看到的白灰黑的外观部分以及在内表面起着支撑连接金属断开部分的黑色的40%玻纤填充PEEK(Solvay供应)。


PEEK通过与玻纤增强后,强度大为提升,但是表观性能比较差,所以采用与PPSU或者PC/PEI共同注塑。在这里小编以iPhone6/6s为例简单介绍下其金属外壳加工流程:来料CNC→PEEK注塑→CNC→PPSU注塑→CNC→研磨抛光→喷砂→阳极氧化。


1. iPhone 5


2. iPhone 6


3. iPhone 7


4. iPhone 8~iPhoneX


这下大家又会问了,这个PPSU又是啥东西?当年由于双酚A的问题,PC瓶很多被换成PETG,PPSU。最常见的就是婴幼儿奶瓶。


二、PEEK在新型烟具上的应用


由于PEEK耐高温、耐油耐腐蚀性好,其应用于电子烟具主要是加热器、烟油雾化仓部分。目前来说,日本IQOS低温干烧烟丝的外壳、加热圈底座用得多,GLO也有用到PEEK料,高端的雾化器油仓基本上都会使用PEEK。

图 PEEK耐热仓


三、PEEK厂家及应用前景展望



PEEK有着高耐温、优异的机械性能、电绝缘性能以及耐化学药品性,这款材料有着很高的技术门槛,目前来看,能做聚合并形成量产的也就索尔维(苏威)、威格斯、赢创德固赛、吉大特塑、山东浩然特塑、鹏孚隆。


PEEK是一种热塑性特种工程塑料,适用于多种加工方式:可直接开模注塑成型,也可通过其棒材、板材等直接CNC加工成型。

图 PEEK棒材、板材 来源于百度


PEEK最大的缺点大概就剩下一个字了:贵,其单价差不多在700-800元RMB/公斤。所以目前PEEK更多的应用于先前所说的:军工航天、汽车发动机、高端机械仪表、医疗设备及材料等等高精尖领域。


但是随着合成工艺的进步以及iPhone系列以及电子烟产业的带动,这款高性能的塑料将会越来越多应用于需要面对极端环境的民用产品中,比如说电吹风叶轮、吸尘器叶轮等等......


END


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