聚醚醚酮PEEK与PAEK、PEK、PEKEKK有何区别?有没有未来?一文搞懂!
傻傻分不清PEEK(聚醚醚酮)、PAEK(聚芳醚酮)、PEK(聚醚酮)和PEKEKK(聚醚酮醚酮酮)都是高性能工程塑料,属于聚芳醚酮类聚合物。它们在结构、性能、应用、成本、产能和发展方向上,有哪些区别?
PEEK树脂原料颗粒
聚芳醚酮类家族的材料,如PEEK常出现在高端制造业、航空航天、医疗器械等前沿领域的新闻报道中。像特斯拉Optimus-Gen2二代人形机器人,采用PEEK替代金属轻量化,比上一代减重10KG!
聚芳醚酮家族,对于大多数非专业人士来说,PEEK、PAEK、PEK、PEKEKK这些名字让人一头雾水。
如何记住名字?
P=聚,E=醚,A=芳,K=酮,简单粗暴对号入座直拼读,PEEK聚醚醚酮!
它们到底有啥区别?又都用在哪些超厉害的地方呢?今天塑料君这篇文章,就来给大家好好扒一扒这个神秘的材料家族!
一、性能大比拼
1、热性能
PEEK的熔点是343℃,玻璃化转变温度143℃,热变形温度在160℃左右。改性后长期使用温度能达到260℃+,加纤改性后直奔300+,工程塑料届的耐热高手!PEK、PAEK玻璃化转变温度、熔点比PEEK还略高,在耐热的赛道上也不甘示弱。PEKEKK比前三者更胜一筹,更是高温环境中的 “硬骨头”,增强后热变形温度380+,能跟PI对打。
2、机械性能
PEEK未增强的时候,拉伸强度在90-100MPa,拉伸模量3.6-4.0GPa;要是经过碳纤维或玻璃纤维增强,拉伸强度能飙升到200MPa以上,拉伸模量可达 15-20GPa,简直是力量担当。PEK、PEAK表现也相当不错,简直是plus版本PEEK。PEKEKK更胜一筹,耐磨性超棒,对各种化学药品都很稳定,耐水、耐热水、耐蒸汽,还特别耐辐射,工程塑料届的六边形战士,在各种恶劣环境中都能大显身手。
3、电性能
PEEK的电绝缘性能超优异,体积电阻率高达10^16Ω・cm,介电常数在3.2 - 3.5之间,介电损耗角正切值小于0.002,是电子电器领域的 “绝缘小能手”。PEKEKK 的电绝缘性能和PEEK 差不多,体积电阻率在10^15-10^16Ω・cm 之间,介电常数约为3.3-3.6,介电损耗角正切值小于0.003,PEK、PEAK参考PEEK,它们都能在电绝缘界应用稳稳立足。
二、应用大揭秘
聚醚醚酮PEEK、PAEK、PEK、PEKEKK这些高性能材料,在航空航天、国防装备、在新能源汽车、智能机器人、电子信息、生物医疗、海洋工程等新兴领域也会有更广泛的应用。
1、航空航天领域
PEEK 在航空航天领域可是大明星!波音787的机身部分结构件、机翼前缘,还有空客A350的发动机短舱部件都有它的身影。除了优异的机械性能和化学性能,还耐候阻燃低烟,它就像飞机的 “隐形守护者”!
波音777轮毂罩
PAEK也不简单,东丽先进复合材料的Cetex TC1225 LM PAEK带材用于空客机身面板,威格斯的Victrex AMTM200FIL聚芳醚酮能制造飞机门把手、旋翼等,为航空航天增添了不少高科技元素。
空客面板
飞机环境控制系统叶轮
PEK虽然目前应用相对较少,但也在航空电子设备的外壳和支架等部件上开始发力,为航空航天的电子世界保驾护航。PEKEKK更是厉害,能用于制造航空发动机的高温部件,像燃烧室衬里、涡轮叶片等,承受着高温高压的 “烤” 验,助力飞机飞得更高更远。
2、汽车工业领域
在汽车工业里,PEEK也无处不在。发动机的涡轮增压器部件、气门座、密封件和垫圈,燃油泵、喷油器、冷却系统密封件。
PEEK密封件
800V电机槽衬垫PEEK膜应用
3、医疗器械领域
PEEK在医疗器械领域应用越来越多!除了传统加工,还在增材制造应用,比如大博医疗采用赢创 VESTAKEEP® i4 3DF聚醚醚酮长丝,通过FDM 3D打印技术制造的椎间融合器获批上市,为患者带来了新的治疗希望。
PEEK材料脊柱融合器件。
PAEK可用于制造可重复使用的手术牵开器,像AvaSpire PAEK树脂制作的牵开器,有着优异的性能,让手术更顺利。PEKEKK在牙科领域大放异彩,种植牙根、牙冠等都能看到它的身影。
PEKEKK制作颅颌面修复体等
4、电子电器领域
PEEK在电子电器领域也是 “香饽饽”。半导体制造设备中的晶圆承载器、蚀刻机部件等都离不开它,凭借出色的耐化学性和高温稳定性,确保了半导体制造工艺的顺利进行。
PEK在电子封装领域表现出色,制造的高性能封装材料,绝缘性能和热稳定性都很棒,保护着电子元件不受外界干扰。PEKEKK则在5G通信设备中崭露头角,用于制造高频电路板,低介电常数和低介电损耗角正切值让高速信号传输毫无压力,让通信更加畅通无阻。
三、产能与成本
1、产能
在产能方面,PEEK的全球老大是英国威格斯,产能达到7150吨/年。比利时索尔维有2500吨/年左右,德国赢创聚芳醚酮产能1800吨/年。中国截至2024年上半年聚芳醚酮有效产能约6000吨/年。PAEK全球总产能约1.8万吨/年,不过除了几个大厂,其他企业产能都比较小且分散。
PEK的产能就相对小众啦,专业大规模生产的企业不多,还处于小试或中试生产阶段的企业不少。PEKEKK也是产能规模较小,主要生产企业在努力满足高端需求的同时慢慢扩大生产,但整体产量还是比较有限的。全球而言,威格斯是四种类型的全能量产厂家,
2、成本
说到成本,PEEK因为原料贵、生产工艺复杂,再加上市场需求大但供应相对集中,价格可不便宜,每公斤要好几百元呢。PAEK成本和PEEK差不多,甚至有的品种更高,不同品种成本也有差异。
PEK研发和生产成本高,市场规模小,没大规模生产,所以产品成本降不下来,在一些对成本敏感的领域就不太好推广。PEKEKK同样因为生产技术要求高、原材料成本高、市场需求小、生产规模有限,成本也是高高在上,动辄上千元一公斤。
四、有没有未来,怎么看?
随着科技的不断进步,PEEK、PAEK、PEK、PEKEKK这些高性能材料的未来,虽然充满了无限可能!但**于不差钱的高端应用!它们会朝着高性能化不断迈进,去征服那些对材料要求极高的领域,比如航空航天的更深空探索、国防的更尖端装备。
PEEK配件示意图
功能化开发也是重要方向,它们与3D打印技术的结合会越来越紧密,能够快速制造出复杂结构部件,在新能源汽车、智能机器人、电子信息、生物医疗、海洋工程等新兴领域也会有更广泛的应用。
PEEK 3D打印耗材
但是,也不能盲目乐观。目前这些材料的成本较高,限制了大规模应用。国内陆续有多家企业批量生产PEEK材料,随着市场竞争的加剧,既要不断投入研发提高产品性能,又要想办法降低成本,提高产能。研发投入大、回报周期长,市场需求又受多种因素影响。