3D打印高性能塑料——PEEK

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PEEK(聚醚醚酮)是一種半晶態(tài)聚合物，綜合性能優(yōu)良的特種工程塑料。具有高熔點(343°C)和優(yōu)異的力學(xué)性能,。PEEK自1978年由ICI公司開發(fā)以來,，一直被作為重要的戰(zhàn)略性國防軍工材料,。近年來,，隨著3D打印技術(shù)的興起與應(yīng)用,，PEEK憑借高溫性能,、機械強度,、生物相容性以及優(yōu)異的耐化學(xué)性，使其成為適用3D打印技術(shù)的可行材料,，亦是目前較為熱門的3D打印材料,。

圖為：PEEK材料

什么是PEEK？

總部位于英國的帝國化學(xué)工業(yè)公司（ICI）在20世紀(jì)80年代推出了聚醚醚酮（PEEK）,。該材料的基本形態(tài)為半結(jié)晶,、高純度聚合物，其包含兩個醚基團和一個酮基的重復(fù)單體,。

PEEK屬于聚酮聚合物（PAEK）家族,，其家族成員還有PEK、PEEKK,、PEKK或PEKEKK等,。由于其優(yōu)異的性能和廣泛的可用性，它的光芒較家族其他成員更勝一籌,，使其成為該特定聚合物群中應(yīng)用最廣泛的一種,。

PEEK優(yōu)異性能

PEEK具有一些格外引人注目的性能，主要表現(xiàn)在：

耐高溫性：PEEK具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg=143℃）和熔點（Tm=334℃）,，其負(fù)載熱變形溫度高達316℃,，長期使用溫度為260℃，瞬時使用溫度可達300℃,。

自潤滑性：PEEK具有良好的滑動特性,，適合于嚴(yán)格要求低摩擦系數(shù)和耐磨耗用途的場合，特別是用碳纖維,、石墨,、PTFE改性的PEEK耐磨性非常優(yōu)越。

耐腐蝕性：除濃硫酸外，PEEK不溶于任何溶劑,，具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性,。

阻燃性：PEEK具有自熄性，即使不加任何阻燃劑,，可達到UL標(biāo)準(zhǔn)的94V-0級,。

易加工性：由于PEEK具有較好的高溫流動性，且熱分解溫度高的特點,，可采用多種加工方式,，比如注塑成型、擠出成型,、模壓成型及熔融紡絲等,。

圖為：PEEK顆粒

機械特性：PEEK具有良好的韌性和剛性，它具備與合金材料媲美的優(yōu)良耐疲勞性,。

電性能：PEEK有較高的體積電阻率和表面電阻率,，在寬廣的溫度范圍及環(huán)境變化下可以承受各種頻率的交流電位場強，保持良好的絕緣性能,。

耐水解性：樹脂及其復(fù)合材料不受水和高壓水蒸氣的化學(xué)影響,，在高溫及高壓蒸汽或水環(huán)境下可以連續(xù)使用而保持良好的機械性能。

耐候性：優(yōu)良的耐候性能,，聚合物可用于制造工作環(huán)境要求嚴(yán)格或需要經(jīng)常耐殺菌處理的組件,。

PEEK的缺點

和其他材料一樣，PEEK也有一些不容忽視的缺點需要注意,。

PEEK的熔點為343°C（649.4°F）,，決定了其必須在非常高的溫度下進行處理，這也會導(dǎo)致變形出現(xiàn),。PEEK是半結(jié)晶聚合物,，即結(jié)晶會導(dǎo)致進一步的收縮，從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,，進而導(dǎo)致變形,。為了避免收縮，材料從熔融狀態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時,，減少部件內(nèi)的殘余應(yīng)力,，擠出機、加熱室的溫度環(huán)境非常重要,。

在耐化學(xué)性方面,，PEEK難以抵抗氯/溴、濃硫酸和硝酸以及酮類和硝基苯,。PEEK也會受到鹵素和鈉的侵蝕,，限制了它在某些工業(yè)領(lǐng)域的使用,。

此外，PEEK對紫外線的抵抗力較低,。這可以通過添加一層由特殊煤煙顆粒組成的顏料層來解決。碳填充等級提供更好的紫外線穩(wěn)定性,，可用于需要更高抗紫外線性質(zhì)的某些應(yīng)用,。

PEEK發(fā)展歷程及性能提升

總體而言，PEEK材料經(jīng)過三個發(fā)展階段,。

1978-1992年,，是PEEK的初始孕育階段，英國ICI開發(fā)研制出PEEK,，申請專利并將其工業(yè)化,。此時，PEEK的主要性能體現(xiàn)在耐高溫性,、自潤滑性,、耐腐蝕性等，主要用于國防軍工領(lǐng)域,。

1993-2004年,，處于PEEK的壟斷發(fā)展及瓦解階段，英國威格斯（Victrex）公司從ICI收購PEEK業(yè)務(wù),，呈現(xiàn)壟斷式發(fā)展態(tài)勢,，并不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模，應(yīng)用領(lǐng)域也從最初的軍用拓展至工業(yè)及生物醫(yī)療等民用領(lǐng)域,。

由于PEEK多應(yīng)用于軍事領(lǐng)域,，威格斯對其進行了技術(shù)封鎖。在我國政策大力扶持下,，吉林大學(xué)吳忠文教授團隊自主研發(fā)出具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的PEEK專利技術(shù),，創(chuàng)建了吉大高新材料有限責(zé)任公司并投產(chǎn)。吉大高新成為第一個打破威格斯壟斷地位的公司,，并進一步提升了PEEK材料的性能,，與碳纖維、玻璃纖維,、晶須等復(fù)合增強,，形成性能更優(yōu)越的復(fù)合材料。PEEK碳纖增強系列,、PEEK玻纖增強系列以及按照客戶要求配方改性PEEK系列,，這些改良后的PEEK力學(xué)性能優(yōu)異，耐磨,、耐輻照,、耐剝離性能更顯著,。

2005年至今，PEEK進入全面發(fā)展階段,，業(yè)內(nèi)收購重組劃分市場,。贏創(chuàng)（Evonik）收購了吉大高新，索爾維（Solvay）收購了印度Garda的PEEK業(yè)務(wù),。2009年,，我國金發(fā)科技股份有限公司、盤錦中潤特塑有限公司等進入該領(lǐng)域,。這一階段PEEK的改性復(fù)合及加工技術(shù)逐步發(fā)展,，PEEK與聚合物如聚四氟乙烯、聚醚砜,、液晶聚合物,、聚醚酰亞胺等共混，還可以填充微米,、納米級無機顆粒,，以改善其摩擦學(xué)性能，同時提高PEEK的剛性,、尺寸穩(wěn)定性及沖擊強性等性能,。

從最初的晶體聚合物，到融入碳纖維,、玻璃纖維形成更優(yōu)越的復(fù)合材料,，再到填充微米、納米級無機顆粒,，PEEK的性能隨著與其他材料的融合進一步提升,，應(yīng)用范圍也在進一步擴大。

PEEK的應(yīng)用領(lǐng)域

瑕不掩瑜,，基于PEEK制造的物體和零部件,，其性能和可塑性早已超過材料本身的局限性，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展,。在許多特殊領(lǐng)域可以替代金屬,、陶瓷等傳統(tǒng)材料，使之成為當(dāng)今最熱門的高性能工程塑料之一,，在航空航天,、汽車工業(yè)、電子電氣和醫(yī)療機械等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用,。

數(shù)顯顯示,，汽車等（包括航空）運輸業(yè)市場約占PEEK樹脂消費量的50%，半導(dǎo)體制造設(shè)備占20%,，壓縮機閥片等一般機械零部件制品占30%,，醫(yī)療器械和分析儀器等其他市場占10%,。

汽車等運輸機械領(lǐng)域

PEEK樹脂在歐洲市場的增長尤以汽車零部件制品市場的增長最為迅速，特別是發(fā)動機周圍零部件,、變速傳動部件,、轉(zhuǎn)向零部件等都選用了PEEK塑料代替一些傳統(tǒng)的高價金屬作為制造材料。隨著汽車行業(yè)適應(yīng)微型化,、輕量化以及降低成本的要求,，PEEK樹脂的需求仍將不斷增長。

PEEK(聚醚醚酮)是一種半晶態(tài)聚合物,，綜合性能優(yōu)良的特種工程塑料。具有高熔點(343°C)和優(yōu)異的力學(xué)性能,。PEEK自1978年由ICI公司開發(fā)以來,，一直被作為重要的戰(zhàn)略性國防軍工材料。近年來,，隨著3D打印技術(shù)的興起與應(yīng)用,，PEEK憑借高溫性能、機械強度,、生物相容性以及優(yōu)異的耐化學(xué)性,，使其成為適用3D打印技術(shù)的可行材料，亦是目前較為熱門的3D打印材料,。

圖為：PEEK材料制造的汽車周邊零部件

半導(dǎo)體制造以及電子電器行業(yè)有望成為PEEK樹脂應(yīng)用的另一個增長點,。在半導(dǎo)體行業(yè)，為了達到高功能化,、低成本,，要求硅片的尺寸更大，制造技術(shù)更先進,，低粉塵,、低氣體放出、低離子溶出,、低吸水性是對半導(dǎo)體制造工藝中各種設(shè)備材質(zhì)的特殊要求,，這將是PEEK樹脂大顯身手的地方。

辦公用機械零部件領(lǐng)域

圖為：peek材料的齒輪

對于復(fù)印機的分離爪,、特殊耐熱軸承,、鏈條、齒輪等,，用PEEK樹脂代替金屬作為它們的材料時,，可以使部件輕量化、耐疲勞,，并能夠做到無油潤滑,。

電線包覆領(lǐng)域

圖為：PEEK材料應(yīng)用于電線包覆

PEEK包覆層有很好的阻燃性,，不加任何阻燃劑，其阻燃級別即可達UL94 V-0級,。PEEK樹脂也具有耐剝離性,、耐輻照性（109拉德）等優(yōu)點，因此用在軍工以及核能等相關(guān)領(lǐng)域的特種電線,。

纖維領(lǐng)域

圖為：PEEK應(yīng)用于工業(yè)濾布

PEEK纖維（包括單絲）可用于工業(yè)濾布,、工業(yè)用刷等制品中。在復(fù)合材料領(lǐng)域,，PEEK纖維的魅力在于其熱塑性且耐高溫,。在工業(yè)濾布和工業(yè)用刷方面除耐熱性外，其魅力還在于它的耐化學(xué)藥品性和耐磨性,。

醫(yī)療分析器械領(lǐng)域

圖為：PEEK應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域

由于PEEK可耐反復(fù)的高壓滅菌,，在醫(yī)療器械中可用于制造內(nèi)窺鏡零件、牙科用的去垢器等,。另外,，由于PEEK的高強度和低溶出性，已用在儀器分析的液相色譜柱,、管,、附件等。而且,，由于PEEK與人體具有很好的相融性,，作為人工骨材料已經(jīng)成功地替代了傳統(tǒng)的鈦金屬。

PEEK材料廠商

作為重要的特種工程塑料,，其對生產(chǎn)過程和材料性能有著嚴(yán)格的要求,。英國威格斯（Victrex）、比利時索爾維(Solvay),、德國贏創(chuàng)(Evonik)是全球三大PEEK生產(chǎn)商,。

英國威格斯（Victrex）

圖為：Victrex品牌標(biāo)識

英國威格斯公司(Victrex plc)，原為英國ICI高級材料公司的分公司,，于1993年被管理層收購并獨立發(fā)展,，如今為全球領(lǐng)先創(chuàng)新型高性能聚芳醚酮材料制造商。威格斯是全世界最早生產(chǎn)PEEK的廠家,，從事PEEK研發(fā)生產(chǎn)銷售30多年,。威格斯公司的材料重點應(yīng)用于國防軍工、汽車運輸,、航空航天,、電子電氣、醫(yī)療設(shè)備,、核能核電等高端領(lǐng)域發(fā)展,。威格斯聚合物事業(yè)部專門從事高性能聚芳醚酮的開發(fā)和生產(chǎn),。

威格斯的PEEK聚合物已經(jīng)在長絲熔融和粉料激光燒結(jié)的3D打印零件中得到應(yīng)用，同時該公司還在積極開發(fā)新的解決方案,。

比利時索爾維(Solvay)

圖為:索爾維(Solvay)品牌標(biāo)識

索爾維是一家總部位于比利時首都布魯塞爾的跨國性化工集團,。索爾維集團的產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)領(lǐng)域，旗下90%的銷售產(chǎn)品位居全球前三甲,。索爾維在稀土,、白炭黑、工程塑料,、聚酰胺和中間體,、香料及功能化學(xué)品、基礎(chǔ)化學(xué)品,、特種化學(xué)品,、特種聚合物、新興生物化學(xué)等業(yè)務(wù)領(lǐng)域占據(jù)重要地位,。

索爾維的PEEK材料用于3D打印已經(jīng)獲得了一系列的成功案例，其中,，傳奇性汽車創(chuàng)新者Matti Holtzberg領(lǐng)導(dǎo)的Polimotor 2項目,，配備了索爾維KetaSpire® 聚醚醚酮增強等級生產(chǎn)的3D打印燃油進氣歧管。

德國贏創(chuàng)(Evonik)

圖為：德國贏創(chuàng)(Evonik)品牌標(biāo)識

贏創(chuàng)在高性能聚合物開發(fā)與生產(chǎn)方面擁有超過40年的豐富經(jīng)驗,。其多元化的產(chǎn)品組合包含幾乎所有工業(yè)應(yīng)用的解決方案,。

憑借極為出色的耐熱性與耐化學(xué)性，贏創(chuàng)VESTAKEEP®特殊聚合物可替代金屬部件,，滿足輕量化結(jié)構(gòu)件應(yīng)用的需求,。VESTAKEEP® Easy Slide I是一款PEEK改性產(chǎn)品，具有優(yōu)越的耐磨性與較低的滑動摩擦,，能夠用于生產(chǎn)體積更小且更為強韌的結(jié)構(gòu)部件,，例如真空泵。而VESTAKEEP® 5000 HCM（熱壓成型）級產(chǎn)品能夠提高定制PEEK密封件的生產(chǎn)效率,，使這些應(yīng)用于石油天然氣行業(yè)的密封件具有出色的機械特性和卓越的表現(xiàn),。

國內(nèi)PEEK主要生產(chǎn)企業(yè)

中研高性能工程塑料有限公司

圖為：中研高性能工程塑料有限公司

吉林中研高性能工程塑料有限公司成立于2006年，公司現(xiàn)有生產(chǎn)能力為年產(chǎn)PEEK樹脂1000噸,，是目前全球范圍內(nèi)第二家采用5000升反應(yīng)釜進行生產(chǎn)的PEEK專利企業(yè),，是集PEEK研發(fā)、生產(chǎn),、銷售為一體的現(xiàn)代化高端的科技企業(yè),。

吉大特塑工程研究有限公司

圖為：吉大特塑工程研究有限公司

長春吉大特塑工程研究有限公司成立于2002年，是一家從事特種工程塑料及高性能改性專用料研發(fā),、生產(chǎn)和銷售及相關(guān)的二次制品生產(chǎn)和銷售的高科技股份制企業(yè),。公司具備年產(chǎn)100噸PEEK,、100噸聚芳砜等專用材料生產(chǎn)及其改性塑料的生產(chǎn)能力，擁有高耐熱等級特種工程塑料,、特種工程塑料基增強材料,、特種工程塑料專用樹脂等4大系列60多個牌號的產(chǎn)品。

盤錦中潤特塑有限公司

圖為：盤錦中潤特塑有限公司

遼寧盤錦中潤特塑有限公司成立于2009年,，擁有4項特種工程塑料合成專利權(quán),，涉及到不同方法生產(chǎn)聚砜、聚醚砜,、聚醚醚砜,、聯(lián)苯聚醚醚砜及共聚醚醚酮的合成技術(shù)。公司一期工程建設(shè)1000噸/年P(guān)EEK的生產(chǎn)裝置,。

金發(fā)科技股份有限公司

圖為：金發(fā)科技股份有限公司

金發(fā)科技股份有限公司是國內(nèi)改性塑料龍頭企業(yè),，采用了獨特的技術(shù)生產(chǎn)PEEK樹脂，牌號為VisPEEK,，目前已建成百噸級中試線,，年產(chǎn)能在300噸左右，在建設(shè)千噸級生產(chǎn)線,。

江蘇君華特種工程塑料制品有限公司

圖為：江蘇君華特種工程塑料制品有限公司產(chǎn)品展示

江蘇君華特種工程塑料制品有限公司是國內(nèi)領(lǐng)先行業(yè)的PEEK型材批量擠出企業(yè),。其從在2007年首次擠出PEEK型材至今，已有12年P(guān)EEK生產(chǎn)及研發(fā)經(jīng)驗,，開發(fā)及和生產(chǎn)的PEEK零件達兩千余種,。

適用PEEK材料的3D打印設(shè)備

343°C的熔點，對于能夠打印PEEK這種超高溫材料的3D打印設(shè)備提出了要求,。業(yè)內(nèi)很多企業(yè)專門針對PEEK材料推出專業(yè)3D打印設(shè)備,，如德國EOS、意大利Roboze,、荷蘭Tractus 3D等企業(yè),。

圖為：EOS公司的P800 3D打印機

EOS公司的P800工業(yè)級3D打印機是基于激光燒結(jié)技術(shù)的快速制造，公司還推出基于聚芳醚酮的PEEK HP3高性能聚合物材料,，利用激光燒結(jié)技術(shù)制造PEEK HP3材料的部件和產(chǎn)品,，提供高效、低成本PEEK復(fù)雜產(chǎn)品制造方案,。EOS P800工業(yè)級3D打印機系統(tǒng)內(nèi)部操作溫度為385攝氏度,，在此溫度下，PEEK HP3材料所成型的部件與產(chǎn)品性能佳,。由于不同的溫度,、新舊粉末混合比例以及冷卻過程都會導(dǎo)致燒結(jié)部件與產(chǎn)品的性能不同。

圖為：oboze One+400 3D打印機

總部設(shè)在意大利Bari的Roboze公司，其Roboze One+400 3D打印機可以支持12種不同的材料,，包括PEEK,、PEI、PC/ABS,、TPU,、碳-PA等。Roboze的機器特點在于耐用,、穩(wěn)定性高,，擠出嘴可達到400℃度的高溫，關(guān)鍵的打印部件是通過機加工來獲得極高的精度的,，棄用皮帶傳輸動力,，Roboze的桌面機X軸和Y軸采用引入調(diào)質(zhì)鋼架和斜齒輪，從而達到25微米的精度,，確保了高速進給所需要的順暢和低摩擦系數(shù),。

圖為：Tractus T3500 3D打印機

Tractus 3D建造了一個高達3.5米的大型3D打印機——T3500，該打印機能夠滿足各個行業(yè)的特定需求,，在改進后,，該打印機的打印溫度可以達到450攝氏度，可以打印PEEK滿足醫(yī)療甚至航空航天領(lǐng)域的要求,。T3500的分辨率可以達到3微米,，而且根據(jù)所打印的材料不同，該3D打印機的速度可以達到最高每秒400毫米,。

圖為:恒通peek 耐高溫3D打印機

在國內(nèi)，陜西恒通智能機器有限公司于2016年推出國內(nèi)首臺PEEK材料耐高溫3D打印機,噴頭溫度可達400℃,使用PEEK材料打印出機械,、核工程和航空等科技領(lǐng)域需要的零部件,。

圖為：FUNMAT HT 3D打印機

FUNMAT HT是遠(yuǎn)鑄智能公司針對PEEK推出的3D打印設(shè)備，F(xiàn)UNMAT HT 3D打印機擁有一個設(shè)備齊全的加熱腔室,，并配置一個超過400度的高溫打印噴嘴,，除PEEK材料外，該機器還可以處理幾乎所有高性能熱塑性材料,，成型尺寸高達260x260x260mm,，可以滿足大部分的產(chǎn)品研發(fā)和小批量生產(chǎn)應(yīng)用需求。

結(jié)束語：PEEK是公認(rèn)的性能最高的熱塑性材料之一,，2018年全球PEEK材料市場規(guī)模突破8億美元,。隨著3D打印技術(shù)的興起及應(yīng)用擴展，作為重要耗材的PEEK,，將會迎來更廣闊的應(yīng)用空間,。

ygcygx

peek在摩擦環(huán)境下容易掉粉,，怎么解決

曉昀

這個文章里的贏創(chuàng)是不是做天然氣提純分離膜的那個“贏創(chuàng)”？

遠(yuǎn)祥

這個需要在材料模塊下動腦筋想辦法解決,！