人形机器人爆火！聚醚醚酮（PEEK）材料扮演什么角色？
3月19日，据最新消息，宇树科技称，其人形机器人G1全球首次完成侧空翻，引发关注。与此同时，聚醚醚酮（PEEK）材料因其在人形机器人制造中的关键应用而备受瞩目。
2023年12月，特斯拉展示了Optimus-Gen2二代人形机器人，在不牺牲性能的情况下减重10公斤，并加快行走速度30%，所依靠的是一种轻量化材料——PEEK材料。PEEK是人形机器人生产制造的重要原材料之一。也是这个时候开始，PEEK概念股多次涨停，PEEK材料最早由英国帝国化学公司（ICI）开发出来，自问世以后很长一段时间被用作一种重要的战略国防军工材料，并实施严格的封锁和禁运。PEEK相比于普通材料，在耐热性方面，即使在260℃的环境下使用5000小时，强度也几乎与初始状态相同，且热稳定性优异，熔点达341℃。还具有优异的机械性能和韧性、杰出的化学抗性以及优异的耐磨性和滑动性能。也因此PEEK成为人形机器人核心运动部件和精密结构的革命性材料。另外，其与碳纤维复合（CF/PEEK），可起到轻量化、耐磨自润滑、刚性/柔性兼具等优点，可用在机器人机身重要关节、轴承等领域中。本文就详细来看看PEEK在人形机器人中具体的应用部位：
- 谐波减速器：采用30%碳纤维增强PEEK（CF/PEEK），模量达15GPa，密度仅为铝合金的50%。其高模量特性可降低减速器的变形应力，提升阻尼特性，增加柔轮与刚轮的啮合面积，使承载能力提高30%以上，同时解决金属材料的共振问题。
- 轴承与连杆、齿轮：PEEK轴承用于关节部位，其耐高温（260℃）、耐受强酸强碱、耐腐蚀特性适合长期高负荷运转，而碳纤维增强的PEEK（CF/PEEK）进一步提升了机械强度和抗冲击能力。例如，波士顿动力Atlas的膝关节齿轮组采用PEEK复合材料，实现2m高空跌落无损。
PEEK齿轮在关节四肢中应用，通过注塑成型实现轻量化，相比金属减重40%，同时保持高耐磨性和自润滑性。
- 机械臂核心部件：碳纤维复合材料（CFRP）是机械臂的主流材料，其密度仅为钢的1/3，相同强度下重量更轻，显著提升机械臂的响应速度和高精度操作能力。
CF/PEEK复合结构在机械臂关节连杆中的应用，结合了碳纤维的高模量和PEEK的韧性，实现刚柔平衡，例如特斯拉Optimus-Gen2的机械臂采用此类材料，整体减重10kg。
- 轻量化骨架：PEEK材料用于躯干和四肢骨架，密度仅为铝合金的50%，在特斯拉Optimus-Gen2中实现整体减重10kg，同时保持高强度（弯曲模量达15GPa），提升行走速度30%。
CF/PEEK织物（碳纤维体积含量70%）的拉伸强度与钛合金相当，但密度仅为其36%，适用于机身承重部位。
- 六维力传感器：PEEK弹性体替代铝合金作为传感器核心部件，动态响应频率提升至2kHz（金属材料500Hz），其轻量化特性降低了惯性质量干扰，提升测量精度和响应速度，适用于高速作业环境。
- 电子皮肤基底：柔性基底材料如PDMS（聚二甲基硅氧烷）和PI（聚酰亚胺）薄膜常与碳纤维或石墨烯结合，用于触觉传感器。尽管PEEK不直接用于皮肤，但其复合材料在感知层中辅助提升灵敏度和环境适应性。因为PEEK薄膜介电常数3.2（PI薄膜3.5），厚度可加工至10μm，支撑500%拉伸应变。
- 人工肌肉与驱动器：介电弹性体（DE）结合碳纤维增强结构，可实现300%的应变率和毫秒级响应，用于仿生肌肉驱动。
- 固态电解质电池外壳采用PEEK材料，耐高温特性保障能量系统的安全性。
当前全球PEEK行业产能较为集中，全球生产厂商呈现“一超多强”的竞争格局。
- 英国威格斯是全球最大的PEEK生产商，产能达到7150吨/年，约占全球产能的 60%。
- 比利时Syensqo（由索尔维在2023年底拆分成立）现有PEEK产能2500吨/年，其生产基地主要集中在印度，产品主要出口欧洲和日本。
- 德国赢创（其主要PEEK生产主体为吉大赢创）是第三大PEEK生产商，产能达1800吨/年，产品主要出口欧洲。
值得一提的是，CF/PEEK复合可解决塑料脆性问题。PEEK拉伸强度、拉伸模量优于其他特种工程塑料/工程塑料，但本身性质偏脆，在外力冲击下易开裂，因此当使用PEEK与碳纤维复合，碳纤维的高强高模特性，赋予了CF/PEEK复合材料更高强度、模量以及抗变形特性，因而解决了PEEK易脆问题。从成本来看，简单假设复合成本是PEEK+碳纤维采购成本的1-2倍，测算当前价格下单个人形机器人CF/PEEK复合材料成本约占机器人成本的1.48-2.21%。碳纤维体积含量70%的CF/PEEK织物拉伸强度、拉伸模量与铝合金、钛合金基本相当，而密度仅为铝合金的58%、钛合金的36%，但价格约为钛产品的2倍。从技术来看，国内CF/PEEK预浸料制备技术因复合工艺较为复杂，仍处于实验室阶段，高端碳纤维（如T1100级）依赖日本东丽。光威复材2月20日在投资者平台表示，公司近年持续开展包括PEEK在内的热塑性预浸料的研发，目前已开发了PEEK预浸丝/预浸带等热塑性碳纤维复材产品，正在进行相关试验产线的开发研制。另外，永卓控股旗下永成新材取得发展新突破，成功实现YC11S（T1100级别）超高强度碳纤维千吨级工业化量产。从产业链来看，PEEK的主要原料二氟二苯甲酮（DFBP），全球产能集中于国内企业包括新瀚新材、中欣氟材、兴福新材三家企业。其中，中欣氟材的DFBP产品已得到多家国内外客户的质量认证，并且已经获得了部分国内外客户的批量订单。然而每生产1吨PEEK需要消耗0.7-0.8吨氟酮单体，按照全球人形机器人行业的发展，将拉动氟酮的需求量增长。从市场规模来看，2024年全球PEEK市场规模约为61亿元，预计到2027年市场规模将达到85.4亿元，CAGR达11.38%。根据机构预测，我国PEEK产品需求量在2022年至2027年期间继续以16.82%年复合增长率增长，预计2027年将达到5079吨。从全球下游应用领域看，PEEK材料当前已经在汽车、航空航天、医疗、电子等领域有较多应用。随着市场对PEEK特性理解的不断加深，以及PEEK树脂产量和工艺不断提升，其消费量也将逐步增加，应用领域也不断拓展。在人形机器人领域，其对材料轻量化、高强度、高精度等要求与PEEK材料的性能高度契合，国内已有厂家将PEEK材料应用于人形机器人的关节、轴承、齿轮等部件，形成配套生产链。2025年1月马斯克曾表示，如果一切顺利，2027年特斯拉有望生产50万台机器人。据相关数据测算，每10万台采用复合材料设计的机器人，需要195吨PEEK材料。伴随着人形机器人量产（预计2030年市场规模达120亿美元），未来PEEK的应用将进一步向精密化、多功能集成方向发展，PEEK材料的需求也将大幅提升。