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PEEK材料的发展及应用概况

2013-02-28    来源:    作者:    点击数:291163
PEEK材料的发展及应用概况
聚醚醚酮的长期使用温度高达250℃,因此曾一度被称为超耐热特种工程塑料。除此以外,还兼具强度高、耐腐蚀、抗辐射、电性能优异、阻燃、可适合各种加工工艺等优异的综合性能。因此,PEEK在国防军工、航空航天、电子信息、能源、汽车、家电、医疗卫生等高新技术领域中得到了广泛应用。
PEEK材料的主要应用领域
从应用领域的分配来说,汽车等(包括航空)运输业市场约占PEEK材料消费量的40%,半导体制造设备占25%,压缩机阀片等一般机械零部件制品占25%,医疗器械和分析仪器等其他市场占10%。
PEEK材料汽车等运输机械领域
近年来,PEEK材料在欧洲市场的增长尤以汽车零部件制品市场的增长最为迅速,特别是发动机周围零部件、变速传动部件、转向零部件等都选用了PEEK塑料代替一些传统的高价金属作为制造材料。今后,随着汽车行业适应微型化、轻量化以及降低成本的要求,PEEK材料的需求仍将不断增长。有资料表明,欧洲某车型有44个零部件采用了PEEK塑料代替传统的金属制品。     
PEEK材料IT制造业领域
半导体制造以及电子电器行业有望成为PEEK材料应用的另一个增长点。在半导体行业,为了达到高功能化、低成本,要求硅片的尺寸更大,制造技术更先进,低粉尘、低气体放出、低离子溶出、低吸水性是对半导体制造工艺中各种设备材质的特殊要求,这将是PEEK材料大显身手的地方。
PEEK材料办公用机械零部件领域
对于复印机的分离爪、特殊耐热轴承、链条、齿轮等,用PEEK材料代替金属作为它们的材料时,可以使部件轻量化、耐疲劳,并能够做到无油润滑。                   
PEEK材料电线包覆领域
PEEK包覆层有很好的阻燃性,不加任何阻燃剂,其阻燃级别即可达UL94 V-0级。PEEK材料也具有耐剥离性、耐辐照性(109拉德)等优点,因此用在军工以及核能等相关领域的特种电线已经广泛采用该材料制作包覆物。由于PEEK材料这些独特的性质,将来有望取代部分一般用途的氟材料。
PEEK材料板材、棒材等领域
PEEK在一些特殊领域应用过程中,经常会遇到数量少、品种多的现象,这时用棒、板等型材进行机械加工制造是十分有利的。 
PEEK材料纤维领域
PEEK纤维(包括单丝)在复合材料、工业滤布、工业用刷等制品中已被广泛采用。在复合材料领域,PEEK纤维的魅力在于其热塑性且耐高温。在工业用滤布和工业用刷方面除耐热性外,其魅力还在于它的耐化学药品性和耐磨性。
PEEK材料医疗分析器械领域
由于PEEK可耐反复的高压灭菌,在医疗器械中可用于制造内窥镜零件、牙科用的去垢器等。另外,由于PEEK的高强度和低溶出性,已用在仪器分析的液相色谱柱、管、附件等。而且,由于PEEK与人体具有很好的相融性,近年来作为人工骨材料已经成功地替代了传统的钛金属。         
我国PEEK材料的研制和应用
1、国内PEEK材料研发的历程
我国从“七·五”计划开始,在国家科技攻关计划和“863”计划中分别设立专项基金进行独立自主的研究开发,吉林大学是承担这些研究计划的唯一单位,最终在“八·五”期间完成了10t/y的扩试。鉴定结果表明,材料主要性能指标达到国外同类产品水平。目前,国内开发的这一产品已取得了几项国家发明专利,拥有了独立自主的知识产权,形成了批量生产能力,不仅满足了发展我国国防军工的需要,也为民用高技术的发展提供了材料来源。
在此基础上,“九·五”科技攻关计划立项50t/y的中试,完成后又被国家发改委在“十·五”期间列为建设500t/y规模产业化示范工程,并于2003年底建成投产,从而使我国成为目前继英国Victrex公司之后第二个能自主生产这种高性能塑料的国家,打破了Victrex公司长达20多年的独家垄断地位。另外,由于此项技术不仅拥有独立自主的知识产权,而且实现了全部生产设备和原料的国产化,因此生产成本低,取得了显著的经济效益。
2、国内PEEK制品开发的现状
与材料生产技术的研发进展相比,国内PEEK材料的制品开发则十分滞后,到目前为止,基本还是停留在某些进口PEEK产品的国产化阶段。下面是几个成功的应用案例。
(1)气体压缩机阀片。这是民用制品中在国内应用开发得最早也是最成功的一个产品。国际上自20世纪90年代,气体压缩机的阀片就已完成了由传统金属向PEEK材质的更新换代。由于其优点是低噪音、长寿命以及?抻腿蠡允突ば幸涤τ玫慕谘顾趸璞付疾捎?/span>PEEK阀片。由于其使用寿命为8000h,使其成为必须进口的零部件,且其售价高达10~12元/g。目前,国产产品几乎全部代替了进口压缩机阀片。据中国石化提供的统计数据表明,如国产压缩机实现10%的更新换代,全国用量将达上百吨。                
(2)磁力泵用各种零部件。化工生产中,输送酸、碱用的磁力泵多采用防腐性能较好的钛金属材料,但钛金属仍会受到盐酸的腐蚀。开始采用PEEK材料代替钛金属试制关键部件隔离套,之后拓展到齿轮、螺丝、螺母、轴、轴套等多种零部件,目前每台泵采用PEEK材质的零部件达20余件。
   (3)深井采油机械零部件。
未来的展望
PEEK材料今后的课题有两个方面,一是开发更高性能的新牌号,二是降低标准牌号材料的成本。在提高性能方面,主要是通过复合化技术迅速开发出适应用户需要的高性能新牌号材料,而成本的降低则要依靠需求增加带来市场规模的扩大来实现。目前国际市场的高价位又限制了PEEK材料应用范围的拓展,这是一个互相制约的结,也是一个供应与需求博弈的过程。
综上所述,PEEK是一种高性能、高附加价值的特种工程塑料。国际上20多年的应用实践表明,这是一种大有发展潜力的材料品种。在PEEK材料的制备方面,我国已经走出了一条独立自主的工业化道路,而且取得了低成本带来的价格优势,这已成为国内外公认的事实。但是与材料的合成相比,国内制品开发与国外仍有很大差距,特别是在国际上的主要应用领域,即汽车行业和IT行业,还没有实现零的突破,远远落后于一些工业发达国家的水平。因此,希望国内有识之士能够利用国产PEEK材料的价格优势,走出一条PEEK中国制品的开发之路。
 
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