聚醚醚酮PEEK.doc

聚醚醚酮（Poly ether ether Ketone ，PEEK）树脂是一种新型特种工程塑料。具有可与聚酰亚胺相匹敌的特性，被称为超耐热性热塑性树脂。A、分解温度：560；B、能很好流动的温度：350400；一化学结构二特长PEEK是芳香族结晶型热塑性高分子材料。其熔点为334，具有下述很具魅力的特性；（1）短期耐热性：玻璃纤维或碳纤维增强后其热变形温度可以达到300以上。（2）长期耐热性：UL温度指数（RTI）为250。（3）韧性：是一种非常柔韧的树脂。（4）阻燃性：达到UL94V0级（1.5mm），有自熄性，燃烧时发烟量是所有树脂中最少的。（5）耐腐蚀性/耐药品性：除浓硫酸外无溶剂能侵蚀它。（6）耐热水性(可在200300蒸汽中使用)。（7）耐疲劳及耐蠕变性(是热塑性塑料中最高的；（8）加工成型性：除可注射成型外，还可适用各种成型方法；三主要特性3.1耐热性虽然未增强的纯树脂的热变形温度只有160，但用玻璃纤维、碳纤维增强后，热变形温度可达300以上。按长期连续使用温度的评价方法UL温度指数测定（RTI）为250。32机械特性PEEK在室温时的抗蠕变性能如图1，2所示。即不论有无缺口都比其它耐热性树脂高得多。 时间（分）时间（分）图1 蠕变破坏强度（有缺口） 图2 蠕变破坏强度（无缺口）33各种物性随温度的变化其弯曲模量随温度的变化如图3所示。虽然在其玻璃化转变温度（143）附近有所下降，但直至其熔点附近（300）仍保持有足够的弹性模量。其抗拉强度随增强情况不同有所变化，从图4中可知，直到高温领域都还保持一定强度。 图3 弯曲摸量与温度的关系图4 拉伸强度与温度的关系另外其在250的老化试验结果如图5所示。它表明不仅一般树脂无法比，就是比公认的长期耐热性好的PPS也要稳定。图5 老化过程中弯曲程度的变化34耐冲击性它是耐热树脂中韧性最好的一种与其它树脂的比较如图6。图6 几种耐热树脂的冲击强度（无缺口）35阻燃性PEEK有自熄性，不加任何阻燃剂用UL标准测定分别达到94V1（厚度为0.3mm），94V0（厚度为1.5mm）94V5（厚度为3.2mm）。另外燃烧时的发烟量也非常少。按美国NBS试验的结果如图7所示。36耐药品性PEEK只溶解于浓硫酸，有良好的耐化学药品性，特别是在高温下耐酸碱性方面比聚酰亚胺好得多。部分化学药品对PEEK的影响情况如表1所示。表1 PEEK的耐药品性（500Kg/cm2应力下）药品名影响程度药品名影响程度盐 酸A丙 酮B硝 酸A甲乙酮A浓硫酸C环己烷A88%磷酸A甲 苯A50NaOHA三氯乙烯A50KOHA三氯乙烷A氨A氯 仿A二氯乙烷A醋酸乙酯A甲 醇A汽 油A注： A 无影响；B 多少有影响； C 溶解37耐水解性PEEK的吸水率很小，23的饱和吸水率只有0.5%。而且耐热水性好，可以在300的加压热水或蒸气中使用。在200以上的热水中可以连续使用。图8为在100的热水中浸泡后的抗拉强度试验，结果表明即使连续浸泡200天其强度也几乎没有明显变化。图9是在130热水中浸泡11天后其弯曲模量保持率与其它树脂的比较，结果表明纯PEEK树脂的保持率在90%以上，远高于其他树脂。 图8 100热水浸泡后拉伸强度的变化 图9 130热水浸泡11天后弯曲强度保持率38耐磨性具有相当于聚酰亚胺的良好耐磨性，其具体数值如表2所示。表2 PEEK的耐磨性（Taber磨擦）样品对磨材质磨耗量纯PEEK树脂H10 wheel2.710 - 4纯PEEK树脂S17 wheel9.710 - 439耐疲劳性在所有树脂中具有最好的耐疲劳性，图10是与其它树脂的对比。 图10 耐疲劳性比较（无缺口 23）310耐辐照性耐辐照的能力很强，超过了通用树脂中耐辐照性最好的聚苯乙烯。可以做成辐照剂量达1100Mrad时仍能保持良好的绝缘能力的高性能电线。311耐剥离性PEEK的耐剥离性很好，因此可制成包覆很薄的电线或电磁线，并可在苛刻条件下使用。剥离试验的结果如表3所示。表3 机械剥离温度（）负荷（Kg）20105150413429312电性能PEEK具有良好的电绝缘性能，并可保持到很高的温度范围。其介电损耗在高频情况下也很小。其介电损耗的频率依赖性和温度依赖性及体积电阻的温度依赖性分别如图11，12，13所示。 图11 介电损耗与频率的关系 图12 介电耗损与温度的关系 图13 体积电阻与温度的关系 四加工工艺PEEK虽然是超耐热性树脂，但由于它具有高温（350400）流动性好和热分解温度很高的（560）的特点，因此可以采用注射成型，挤出成型、模压成型、吹塑成型、熔融纺丝、旋转成型、粉末喷涂等多种方法成型加工。作为二次加工可以采用真空成型、压延、拉伸、超声波焊接、粘接、复合、机械加工等加工手段。下面简单介绍一下，常用的PEEK注射成型和挤出成型的一般加工工艺条件。41注射成型4.1.1设备PEEK可用通常的螺杆式或柱塞式注射成型机加工成型，注射成型机应满足下述基本条件：料筒温度可升到400；料筒内应该没有形成熔融料死角的地方；由于熔融粘度不会自动流淌，所以喷嘴不需要加断流阀（shut off valve）。4.1.2 模具温度由于PEEK是结晶性树脂，因此使其充分结晶可以提高其性能。一般模温在160以上时，就可以充分结晶，即使不热处理也能得到很好的成型品，如果因为模具结果所限模温无法提高时，可在200以上热处理一小时，也能使结晶完全，从而使机械强度和耐药品性等提高。4.1.3预备干燥虽然PEEK的吸水率很低，饱和吸水率只有0.5%，但是要在高温下成型，所以加工成型之前有必要在150干燥3小时以上。PEEK的标准注射成型条件如表4所示。表4 PEEK的标准注射成型条件项 目纯 树 脂30%玻璃纤维增强30%碳纤维增强料筒温度（）根部中间喷嘴330360350380350380350380370400370400350380370400370400模具温度（）130170140180140180注射压力（Kg/cm2）螺杆背压（Kg/cm2）保 持 压100014005010050070012001600501006008001200160050100600800注 射 速 度螺杆转数（rpm）循环周期（秒）中速高速5030中速高速5030中速高速503042挤出成型PEEK可以采用挤出成型工艺加工成薄膜、电线包皮、单丝、棒材、薄板等。表5列出了PEEK薄膜的挤出成型条件。表5 PEEK的标准挤出成型条件项 目条 件挤出机螺杆30， L/D=24， C.R.=3料筒温度（）喂 料压缩部机 头350370380模具温度（）定型辊温度（）38030螺杆转数（rmp）线速度（m/min）吐出量（Kg/cm2）30105PEEK的标准物性数据（数据中心）五用途5.1复合材料近些年来引人注目的是热塑性树脂基复合材料，其中发展最快的是由ICI公司推出的PEEK复合材料（商品名APC2）。5.1.1制造方法APC2是将碳纤维的长纤维用PEEK熔融预浸制得，由于碳纤维与基体PEEK的相容性好，可以制得粘结性很好的复合材料，孔隙率只有0.1%。表6是其材料的机械性能。表6APC2的标准机械性能项目单位数值（铺层方向0）拉伸强度拉伸模量断裂伸长弯曲强度弯曲模量MpaGpa%MpaGpa21301341.451880121（铺层方向90）拉伸强度拉伸模量断裂伸长弯曲强度弯曲模量铺层方向MpaGpa%MpaGpa808.91.01378.9（铺层方向45）拉伸强度拉伸模量断裂伸长MpaGpa%30019.217.2比环氧树脂复合材料易加工成型后不需养生有良好的耐冲击性，损伤容限大有优良的抗蠕变性和耐疲劳性有良好的耐热性有优良的耐热湿循环性损伤处易修补5.1.3制品的规格ICI上市的最通常单向预浸物（CF含量68%2）和由这种预浸的按各种角度（45/90/45/0）铺层后压制成的薄板的规格如表7所示。表7典型的APC2制品的规格1单向预浸物（CF含量68%2）标准宽度140mm 216mm标准厚度0.125mm标准重量213g/标准长50m2薄板（45/90/45/0）标准尺寸 405mm405mm700mm700mm标准厚度 1mm（预浸物8层）2mm（预浸物16层）3mm（预浸物24层）4mm（预浸物32层）5mm（预浸物40层）5.1.4用途利用上述特点虽然可有多种多样应用领域，但目前主要用在航空和军工产业领域。5.2挤出成型制品5.2.1电磁线利用PEEK具有包覆加工性好（可熔融挤出，而不用溶剂）；燃烧时发烟量低且产生腐蚀性气体少；耐剥离性好；耐磨耗性好；耐辐照性强；可自由着色等特点，已经用作电缆、电线的绝缘或保护层。广泛应用于原子能、飞机、船舶、油、气井，电磁线、光导纤维等领域。5.2.2薄膜利用其比聚酰亚胺吸湿性小，高温时耐碱、耐酸和耐高频性好、耐焊锡、耐辐照等特点，用作H级以及C级绝缘材料，广泛用于电机、发电机、变压器、电容器等的绝缘薄膜，可绕性印刷线路板，载波带（carrier tape），复合材料（用PEEK与碳纤维、玻璃纤维层覆），耐热耐药品的环型带等。5.2.3纤维利用PEEK单丝比聚酯和尼龙纤维有更好的耐蒸气、耐药品、耐磨耗、抗蠕变、韧性好等特点，应用于制纸机械的干燥帆布、耐热沪布、球拍的网线、复合材料（与碳纤维、玻璃纤维等混织或混编）、耐热耐药品纺织带等。5.3注射成型制品5.3.1耐磨材料发挥其耐磨性、耐药品性、韧性好和可在250使用等特点用于制造轴承保持架、金属轴承的护衬、离合器零件、动力闸的真空零件、汽油发动机的零件、滑轮加载器（turbochanger）叶片、复印机零件、悬置轴瓦、活塞裙、发动机推杆等。5.3.2电器、电子制品发挥其耐焊锡性（热变形温度300以上）、阻燃、UL温度指数250、韧性好等特点，用于制造镶嵌插头，高可靠性接插件，电缆插头，接线盒，配线的引出头，极板的笼型线圈（Waferbasket），电池外壳，IC的封装等。5.3.3热水设备发挥其能耐300的加压水或蒸汽而且在200以上可长期使用的特点，用于制造热水、化学泵的泵体和叶轮及其它零件，蒸气阀门，O型圈，采油用接插件，锅炉及PH计的护套等。5.3.4其它PEEK还可以用于制造原子能发电站用接插件和阀门零件、滑轮叶片、显微镜灯的罩、马达周围导线支架、火箭用电池槽、螺栓、螺母、实验室用镊子等。5.4粉末喷涂制品PEEK可用静电喷涂或流化床法喷涂制成金属等表面的耐热、耐腐蚀涂层。5.5其它加工成型制品可用旋转成型制造大型成品，用吹塑成型法可做成核废料的容器，还可以把PEEK薄膜与金属热压粘接制成高温粘结力很好的复合材料。六、主要生产公司国外主要生产公司；1、英国ICI(PEEK原粉生产商)； 2、德国Degussa(PEEK原粉生产商)；3、英国Victrex PLC4、日本住友（Victrex PLC与三井的合资公司）共混公司；5、美国LNP(已被GE收购，LNP已加入到GE的全球共混物行业) 8、荷兰DSM9、美国RTP公司国内主要生产公司：吉林大学特种工程塑料(PEEK原粉生产商)；PEEK材料具有以下特性：1：耐高温性能：玻璃化温度高达143C，熔点为343C，经GF或CF填充后，热变形温度高达315C以上，美国UL认可的长期使用温度为260C2：优异的机械性能：是所有的树脂中韧性和刚性结合最完美的材料，其强度和耐疲劳性甚至优于一些金属和合金材料。3：阻燃性和低发烟性：不需要添加其他的阻燃成分即具有阻燃的特性，1.45mm厚度的试样即可以达到UL-94 V0的标准,而且发烟量明显低于其他品种的树脂。4：耐化学药品性：除了高浓度浓硫酸等强氧化性酸的侵蚀，具有近似于PTFE树脂的耐化学品性，而且在各种化学试剂中能够完整地保留其机械性能，是极为优异的抗腐蚀材料。5：自润滑性和耐磨性：PEEK树脂本身即具有优异的自润滑性和耐磨性，填充后的树脂摩擦系数可以低到0.15,而且磨耗量极低，是优异的轴承用材料。6：耐水解性：在高温蒸汽和热水中长期浸泡仍能够保持良好的机械性能，是所有树脂中抗水解性能最好的品种。7：尺寸稳定性：具有极低的吸水率和线性热膨胀系数，其制品在各种应用环境下有优异的尺寸稳定性。8：经济性：具有低比重（纯树脂1.32）和加工方法多(注塑挤出模压吹出静电喷涂)的特点，并且易于复合改性，使材料具有很好的经济实用性。9：电性能和绝缘性能：在高温、高压、高速、高湿等环境下仍然具有优异的绝缘性和稳定的电性能。10：耐辐照和耐侯性：对各种辐射具有优异的抵抗能力，可以经受高剂量的?、等射线的辐照并保持其各项特性，可以应用于各种恶劣环境。11：高纯度、低挥发性和无毒性：PEEK树脂本身没有毒性，其分子结构非常稳定，不容易产生挥发物，提纯处理后的高纯度的树脂是优良的生化医疗材料。应用领域：在汽车零部件、半导体工业、航天工业、石化行业、机械工业、医疗行业、电子电器等等领域得到广泛的应用，用于制造：汽车制动系统零件、发动机零件、变速箱高温垫片、半导体用工具、LCD支架、晶片周转设备、IC测试设备零件、复印机分离爪、轴套等办公用品高温部件；特种机械齿轮、无油润滑轴承、压缩机阀片、密封圈、活塞环、阀门部件、高温传感器探头、特种电子连接器、分析仪器零件、特种电缆护套、人体骨骼、血透机零件、锂电池密封圈、集成电路薄膜、电熨斗、微波炉耐热零部件等等。使用说明：450PF：经处理过的超细粉末，适合高要求的模压成型以及特别是静电喷涂的应用聚醚醚酮（PEEK）是一种新型的半晶态芳香族塑性工程塑料，具有极其出色的物理、力学性能，在许多特殊领域可以替代金属、陶瓷等传统材料，在减轻质量，提高性能方面贡献突出，成为当今最热门的高性能工程塑料之一。 性能优异用途广 PEEK树脂由英国Victrex公司于是1977年开发，至今仍由其独家生产经营，其市场销量连续以每年20%的速度增长。到2003年10月Victrex 公司产能已达到2800吨/年，同时计划在未来34年内再建一套PEEK装置。印度Gharda化学公司与Victrex公司 合作，在孟买建成120吨/年PEEK半工业化装置，并计划建设8001000吨/年工业规模装置。 PEEK耐高温热性能十分突出，可在2