3D打印高性能塑料——PEEK

teamway

PEEK(聚醚醚酮)是一種半晶態聚合物，綜合性能優良的特種工程塑料。具有高熔點(343°C)和優異的力學性能。PEEK自1978年由ICI公司開發以來，一直被作為重要的戰略性國防軍工材料。近年來，隨著3D打印技術的興起與應用，PEEK憑借高溫性能、機械強度、生物相容性以及優異的耐化學性，使其成為適用3D打印技術的可行材料，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工業公司（ICI）在20世紀80年代推出了聚醚醚酮（PEEK）。該材料的基本形態為半結晶、高純度聚合物，其包含兩個醚基團和一個酮基的重復單體。

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用最廣泛的一種。

PEEK優異性能

PEEK具有一些格外引人注目的性能，主要表現在：

耐高溫性：PEEK具有較高的玻璃化轉變溫度（Tg=143℃）和熔點（Tm=334℃），其負載熱變形溫度高達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，適合于嚴格要求低摩擦系數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，具有很高的化學穩定性。

阻燃性：PEEK具有自熄性，即使不加任何阻燃劑，可達到UL標準的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：樹脂及其復合材料不受水和高壓水蒸氣的化學影響，在高溫及高壓蒸汽或水環境下可以連續使用而保持良好的機械性能。

耐候性：優良的耐候性能，聚合物可用于制造工作環境要求嚴格或需要經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，這也會導致變形出現。PEEK是半結晶聚合物，即結晶會導致進一步的收縮，從而產生內應力，進而導致變形。為了避免收縮，材料從熔融狀態變為固態時，減少部件內的殘余應力，擠出機、加熱室的溫度環境非常重要。

在耐化學性方面，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領域的使用。

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定性，可用于需要更高抗紫外線性質的某些應用。

PEEK發展歷程及性能提升

總體而言，PEEK材料經過三個發展階段。

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

1993-2004年，處于PEEK的壟斷發展及瓦解階段，英國威格斯（Victrex）公司從ICI收購PEEK業務，呈現壟斷式發展態勢，并不斷擴大生產規模，應用領域也從最初的軍用拓展至工業及生物醫療等民用領域。

由于PEEK多應用于軍事領域，威格斯對其進行了技術封鎖。在我國政策大力扶持下，吉林大學吳忠文教授團隊自主研發出具有獨立知識產權的PEEK專利技術，創建了吉大高新材料有限責任公司并投產。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、晶須等復合增強，形成性能更優越的復合材料。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力學性能優異，耐磨、耐輻照、耐剝離性能更顯著。

2005年至今，PEEK進入全面發展階段，業內收購重組劃分市場。贏創（Evonik）收購了吉大高新，索爾維（Solvay）收購了印度Garda的PEEK業務。2009年，我國金發科技股份有限公司、盤錦中潤特塑有限公司等進入該領域。這一階段PEEK的改性復合及加工技術逐步發展，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，以改善其摩擦學性能，同時提高PEEK的剛性、尺寸穩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、玻璃纖維形成更優越的復合材料，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，應用范圍也在進一步擴大。

PEEK的應用領域

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，應用領域不斷擴展。在許多特殊領域可以替代金屬、陶瓷等傳統材料，使之成為當今最熱門的高性能工程塑料之一，在航空航天、汽車工業、電子電氣和醫療機械等領域有著廣泛應用。

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

汽車等運輸機械領域

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，特別是發動機周圍零部件、變速傳動部件、轉向零部件等都選用了PEEK塑料代替一些傳統的高價金屬作為制造材料。隨著汽車行業適應微型化、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)是一種半晶態聚合物，綜合性能優良的特種工程塑料。具有高熔點(343°C)和優異的力學性能。PEEK自1978年由ICI公司開發以來，一直被作為重要的戰略性國防軍工材料。近年來，隨著3D打印技術的興起與應用，PEEK憑借高溫性能、機械強度、生物相容性以及優異的耐化學性，使其成為適用3D打印技術的可行材料，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

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

辦公用機械零部件領域

圖為：peek材料的齒輪

對于復印機的分離爪、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。

電線包覆領域

圖為：PEEK材料應用于電線包覆

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）等優點，因此用在軍工以及核能等相關領域的特種電線。

纖維領域

圖為：PEEK應用于工業濾布

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

醫療分析器械領域

圖為：PEEK應用于醫療領域

由于PEEK可耐反復的高壓滅菌，在醫療器械中可用于制造內窺鏡零件、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成功地替代了傳統的鈦金屬。

PEEK材料廠商

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

英國威格斯（Victrex）

圖為：Victrex品牌標識

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展，如今為全球領先創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PEEK的廠家，從事PEEK研發生產銷售30多年。威格斯公司的材料重點應用于國防軍工、汽車運輸、航空航天、電子電氣、醫療設備、核能核電等高端領域發展。威格斯聚合物事業部專門從事高性能聚芳醚酮的開發和生產。

威格斯的PEEK聚合物已經在長絲熔融和粉料激光燒結的3D打印零件中得到應用，同時該公司還在積極開發新的解決方案。

比利時索爾維(Solvay)

圖為:索爾維(Solvay)品牌標識

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。索爾維集團的產品被廣泛應用于各行業領域，旗下90%的銷售產品位居全球前三甲。索爾維在稀土、白炭黑、工程塑料、聚酰胺和中間體、香料及功能化學品、基礎化學品、特種化學品、特種聚合物、新興生物化學等業務領域占據重要地位。

索爾維的PEEK材料用于3D打印已經獲得了一系列的成功案例，其中，傳奇性汽車創新者Matti Holtzberg領導的Polimotor 2項目，配備了索爾維KetaSpire® 聚醚醚酮增強等級生產的3D打印燃油進氣歧管。

德國贏創(Evonik)

圖為：德國贏創(Evonik)品牌標識

贏創在高性能聚合物開發與生產方面擁有超過40年的豐富經驗。其多元化的產品組合包含幾乎所有工業應用的解決方案。

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

國內PEEK主要生產企業

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，公司現有生產能力為年產PEEK樹脂1000噸，是目前全球范圍內第二家采用5000升反應釜進行生產的PEEK專利企業，是集PEEK研發、生產、銷售為一體的現代化高端的科技企業。

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、生產和銷售及相關的二次制品生產和銷售的高科技股份制企業。公司具備年產100噸PEEK、100噸聚芳砜等專用材料生產及其改性塑料的生產能力，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，涉及到不同方法生產聚砜、聚醚砜、聚醚醚砜、聯苯聚醚醚砜及共聚醚醚酮的合成技術。公司一期工程建設1000噸/年PEEK的生產裝置。

金發科技股份有限公司

圖為：金發科技股份有限公司

金發科技股份有限公司是國內改性塑料龍頭企業，采用了獨特的技術生產PEEK樹脂，牌號為VisPEEK，目前已建成百噸級中試線，年產能在300噸左右，在建設千噸級生產線。

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品展示

江蘇君華特種工程塑料制品有限公司是國內領先行業的PEEK型材批量擠出企業。其從在2007年首次擠出PEEK型材至今，已有12年PEEK生產及研發經驗，開發及和生產的PEEK零件達兩千余種。

適用PEEK材料的3D打印設備

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

圖為：EOS公司的P800 3D打印機

EOS公司的P800工業級3D打印機是基于激光燒結技術的快速制造，公司還推出基于聚芳醚酮的PEEK HP3高性能聚合物材料，利用激光燒結技術制造PEEK HP3材料的部件和產品，提供高效、低成本PEEK復雜產品制造方案。EOS P800工業級3D打印機系統內部操作溫度為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致燒結部件與產品的性能不同。

圖為：oboze One+400 3D打印機

總部設在意大利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、穩定性高，擠出嘴可達到400℃度的高溫，關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軸采用引入調質鋼架和斜齒輪，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。

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滿足醫療甚至航空航天領域的要求。T3500的分辨率可以達到3微米，而且根據所打印的材料不同，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，陜西恒通智能機器有限公司于2016年推出國內首臺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域需要的零部件。

圖為：FUNMAT HT 3D打印機

FUNMAT HT是遠鑄智能公司針對PEEK推出的3D打印設備，FUNMAT HT 3D打印機擁有一個設備齊全的加熱腔室，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品研發和小批量生產應用需求。

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

ygcygx

peek在摩擦環境下容易掉粉，怎么解決

曉昀

這個文章里的贏創是不是做天然氣提純分離膜的那個“贏創”？

遠祥

這個需要在材料模塊下動腦筋想辦法解決！