PEEK - 聚醚醚酮

聚醚醚酮（PEEK）是一种属于聚芳醚酮（PAEK）家族的超高性能半结晶热塑性聚合物。PEEK被广泛认为是商业化最具综合能力的工程聚合物之一，具有卓越的性能组合：高达260°C的连续使用温度、对几乎所有有机和无机化学品的出色耐受性、固有阻燃性（UL 94 V-0）、永久植入医疗器械的生物相容性，以及对伽马射线、电子束和蒸汽灭菌的优异耐受性。当在最极端的热、化学和机械条件下需要以塑代钢时，PEEK是首选材料。

2024年，全球PEEK市场规模约为7.9亿美元，预计到2030年将以7.8%的复合年增长率（CAGR）持续增长，主要受航空航天轻量化、医疗植入物应用扩展以及在石油天然气、半导体和汽车领域日益增长的采用量驱动。尽管价格较高，但考虑到减重、消除腐蚀和延长使用寿命，PEEK的总拥有成本往往低于金属替代方案。

PEEK符合ASTM D6262聚醚醚酮（PEEK）成型和挤出材料规范。医疗级PEEK满足ASTM F2026外科植入用PEEK聚合物规范，并根据USP测试达到Class VI生物相容性。航空航天牌号符合AMS 3914，并满足空客和波音材料规范。所有牌号固有达到UL 94 V-0，并满足FAR 25.853飞机内饰热释放率和烟密度要求。

PEEK的主要性能特点包括：

• 极端耐温性——玻璃化转变温度143°C，熔点343°C，在机械载荷下可连续使用至260°C。
• 卓越的耐化学性——耐受几乎所有有机溶剂、酸（浓硫酸除外）、碱、碳氢化合物和航空流体。PEEK仅被浓硫酸和某些超强酸侵蚀。
• 生物相容性满足USP Class VI和ISO 10993要求，可用于永久植入医疗器械，包括脊柱融合器、牙科植入物和创伤固定装置。
• 固有阻燃性——无需添加剂即达UL 94 V-0，烟雾和有毒气体排放极低——对航空航天和轨道交通应用至关重要。
• 耐受伽马射线、电子束和高压蒸汽灭菌，在数千次灭菌循环后保持力学完整性。
• 在持续机械和热载荷下具有优异的抗疲劳性和长期抗蠕变性能。
• 未填充牌号具有射线透过性（对X射线和CT扫描透明），使医疗植入物的术后影像学检查不产生伪影。

化学结构与结晶

PEEK由4,4'-二氟二苯甲酮与对苯二酚二钠盐在高沸点极性溶剂（通常为二苯砜）中于约300°C下通过逐步增长聚合反应合成。生成的聚合物链由芳香环之间重复的醚-醚-酮键组成，形成异常稳定的分子结构，这是PEEK卓越热稳定性和耐化学性的根本原因。

PEEK在相对较高的温度下结晶，通过适当加工可获得35–45%的典型结晶度。注塑成型时需要175–200°C的模具温度以发展最佳结晶度。非晶态PEEK可通过快速淬火制备，后续可根据需要退火发展结晶度。结晶度显著影响耐化学性、磨损特性和高温力学性能。

可供牌号

未填充PEEK提供韧性、耐化学性和耐热性能的基准组合。未填充牌号用于医疗植入物（射线透过性至关重要）、化学加工密封件以及需要最大伸长率和抗疲劳性能的应用。未填充PEEK纯度最高，是食品接触和制药应用的起始材料。

碳纤维增强PEEK（10–30%碳纤维）在PEEK复合材料中提供最高的刚性重量比和最佳的耐磨性。碳纤维增强牌号用于航空航天结构件、轴承和衬套应用以及半导体处理设备。这些牌号的弯曲模量超过20,000 MPa，与其他聚合物相比导热性也较好。

玻纤增强PEEK（10–30%玻纤）以低于碳纤维牌号的成本提供更高的刚性和强度，同时保持良好的电气绝缘性能。玻纤填充PEEK用于电气连接器、结构支架以及同时需要力学性能和介电性能的高温电气绝缘。

轴承和耐磨级PEEK添加PTFE、石墨和/或碳纤维，制成自润滑复合材料，摩擦系数极低，耐磨性出色。这些牌号替代润滑困难或无法润滑场合（如水下设备和食品加工机械）中的金属轴承、衬套、密封环和止推垫圈。

医疗和植入级PEEK在cGMP条件下生产，具有完整的可追溯性和按批次的生物相容性测试，符合ASTM F2026和ISO 10993。医疗级PEEK用于永久植入物，包括脊柱融合器（椎间融合装置）、牙科植入基台、创伤固定钢板和颅骨重建。其弹性模量可调节至接近皮质骨，减少应力遮挡效应——这是相较于钛植入物的显著优势。

加工工艺

PEEK通过注塑成型加工，熔体温度为370–400°C，模具温度为175–200°C。这些较高的加工温度需要专用设备，包括耐高温料筒、螺杆和热流道系统。建议预干燥（150°C下3小时）以获得最佳表面质量，但与聚酯类材料相比，PEEK对水分引起降解的敏感度相对较低。

PEEK还可通过挤出（棒材、板材、管材、薄膜）、压缩成型、增材制造（使用专用高温3D打印机的FDM、SLS、FFF）和粉末涂层加工。从挤出坯料进行机械加工是低批量和原型生产的常用方法。PEEK可接受CNC机械加工、超声波焊接、激光焊接以及等离子和电晕表面处理（用于胶粘）等后加工操作。