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PEEK特种工程塑料的优越性能及发展现状
  一、PEEK聚醚醚酮树脂的优异性能
    聚醚醚酮(英文简称PEEK)树脂是一种具有耐高温、自润滑、易加工和高机械强度等优异性能的特种工程塑料聚醚醚酮树脂与其它特种工程塑料相?#26579;?#26377;如下13项显著特征:?
    耐高温。PEEK树脂具有?#32454;?#30340;玻璃化转变温度(143℃)和熔点(334℃),这是它可在有耐热性要求的用途中可靠应用的理由之一,其负载变型温度高达316℃(30%GF或CF增强牌号)连续使用温度为260℃。
    机械特性。PEEK树脂是韧性和刚性兼备并取得?#33014;?#30340;塑料。特别是它?#36234;?#21464;应力的优良疲劳性是所有塑料中最出众的,可与合金材料媲美。
    自润滑性(耐腐蚀性)。PEEK树脂在所有塑料中具有出众的滑动特性,适合于?#32454;?#35201;求低摩摩?#26009;?#25968;和耐摩耗用途使用。特别是碳纤、石墨,聚四氟乙烯各占10%比例混?#32454;?#24615;的滑动牌号或30%CF增强牌号等均为具有优异滑动特性的牌号。
    耐化学药品性。PEEK树脂具有优异的耐化学药品性,在通常的化学药品中,能溶解或者破坏它的只有浓硫酸,它的耐腐蚀性的镍钢相近。
    阻燃性。PEEK树脂是非常稳定的聚合物,1.45mm厚的样品,不加任何阻?#25216;?#23601;可达到最高阻燃标准。
    耐剥离性。PEEK树脂的耐剥离性很好,因?#19997;?#21046;成包覆很薄的电线或电磁线,并可在苛刻条件下使用。
    耐疲劳性。PEEK树脂在所有树脂中具有最好的耐疲劳性。
    ?#22836;?#29031;性。耐γ幅照能力很强,超过了通用树脂中?#22836;?#29031;性最好的聚苯乙烯。可以作成γ辐?#21344;?#37327;达1100Mrad?#27604;?#33021;保持良好的绝?#30340;?#21147;的高性能电线。
    耐水解性。PEEK树脂及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响,和这种材料作成的制品在高温高压水中连续使用仍可保持优异特性。
    易加工性。PEEK树脂虽然是超耐热性树脂,但由于它具有高温流动性好和热分解温度很好等特点,因?#19997;?#37319;用如下加工方式:1、注射成型2、挤出成型3、模压成型4、吹塑成型5、溶融纺丝6、旋转成型7、粉末喷涂。
    绝缘性稳定性。PEEK具有良好的电绝缘性能、并保持以很高的温度范围。其介电损耗在高频情况下也很小。
    耐磨性。具有相当于聚酰亚胺的良好耐磨性,PEEK纯树脂与H10wheel材质对磨的磨耗量为2.7×(10的-4次方)g,PEEK纯树脂与S17wheel材质对磨的磨耗量为9.7×(10的-4次方)g。
    二、我国聚醚醚酮树脂生产进展情况
    聚醚醚酮树脂是20世纪60年代末由英国ICI公司开发的。在国外已有多年的应用历史。聚醚醚酮树脂自从研制出来。一直被作为一种重要的战略国防军工材料,对许多国家限制出口。
    在此期间,我国只有一些科研机构在办理?#25628;细?#30340;进口申请?#20013;?#21518;,才能少量进口,随着聚醚醚酮树脂在汽车、电子、机械等民用领域的广泛应用,其出口限制开始逐渐放宽。我国聚醚醚酮树脂的研究开发已进行了近20年,在合成工艺方面已取得突破?#36234;?#23637;。为了满足我国国防事业的发展和民用的急需,聚醚醚酮树脂的研制被列入“七五”国家重点科技攻关项目和“863”计划,项目由吉林大学?#26800;!?BR>    “七五”期间,吉林大学特种工程塑料研究中心完成了聚醚醚酮树脂的实验室小试,在全部采用国产原料的情况下,开发出具有自主知识产权的聚醚醚酮树脂合成路线。在此基础上,“?#23435;濉?#26399;间对聚醚醚酮树脂进行了10吨/年规模的放大,实现了小批量生产,满足了国内军工和民用领域的急需。
    考虑到聚醚醚酮树脂产业化的需要,“九五”期间,吉林大学特种工程塑料研究中心?#32440;?#34892;了聚醚醚酮树脂30吨/年规模的中试,并在“九五”末通过鉴定验定收。对产品的检验结果表明,树脂主要性能达到国外同类产品水平,而原料和设备全?#33499;?#36275;于国内,降低了生产成本,使国产主要性能达到国外同类产品水平,而原料和设备全?#33499;?#36275;于国内,降低了生产成本,使国产聚醚醚酮树脂的市场售价可大幅度低于国?#36866;?#22330;现价。
    2001年末,由长春吉大高新材料有限责任公司投资1亿元建设的一期300吨/年聚醚醚酮树脂生产?#23548;?#24050;建成投产,二期500吨/年聚醚醚酮树脂项目已于2001年8月被国家计委批准为“十五”产业化示范工程,现正在实施中,预计2002年底建成投产。届时,长春吉大高新材料有限责任公司将成为继VICTREX?PLC公司之后,最先采用本国专利技术商品化生产聚醚醚酮树脂的公司,我国聚醚醚酮树脂的产业化指日可待。
    三、聚醚醚酮树脂的广泛应用
    聚醚醚酮树脂在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域得到广泛应用。
    1、航空航天领域??聚醚醚酮树脂最早在航空航天领域获得应用。由于聚醚醚酮树脂优异和特殊的性能,所以在?#36866;?#20043;?#37232;?#23427;是被作为一种军工材料应用于航空航天领域,后来才逐渐进入民用领域。聚醚醚酮树脂可以替代铝和其它金属材料制造各种飞机零部件。聚醚醚酮树脂密度小,加工性能好,因?#19997;?#30452;接加工成型要求精细的大型部件。聚醚醚酮树脂还具有良好的耐雨水侵蚀性能,可用于制造飞机外?#33499;?#20214;。聚醚醚酮树脂本身具有优异的阻燃性能,燃烧时的发烟量和有毒气体的散发量也很少,因此该树脂常用来制造飞机内部部件。当飞机发生火灾时,它固有阻燃性能和极少的烟尘和毒气排放量,降低了火灾的危害。
    2、汽车制造业??长期以来,聚醚醚酮树脂一直成功用于汽车制造业。大众、尼桑、通用汽车、克莱斯勒等世界著名的汽车厂商都是VICREXPLC公司的?#31361;А?#32858;醚醚酮树脂具有良好的耐摩擦性能和机械性能,可取代金属作为制造发动机内罩的原材料,用其制造的轴?#23567;?#22443;片、密封件、离合器齿环等各种零部件在汽车的传动、刹车和空调系统中被广泛采用。
    3、电?#26377;?#24687;产业??聚醚醚酮树脂具有优良的电气性能,是理想的电绝缘体,在高温、高压和高湿度等恶性劣的工作条件下,聚醚醚酮树脂的绝缘性仍能有效保留。正是由于这些特性,电?#26377;?#24687;领域才逐渐成为聚醚醚酮树脂第二大应用领域。聚醚醚酮树脂本身纯度很高,机械和化学性能稳定,这使得硅片加工过程中的污染得到降低。由于纯度高,在输送超纯水时,采用聚醚醚酮树脂制作的管道、阀门和泵,可使超纯水输送过程中不会受到污染。聚醚醚酮树脂在很大的温度范围内不变?#21361;?#29992;其制作的零部件可经受热焊处理的高温环?#22330;?#26681;据这一特性,在半导体工业中,聚醚醚酮树脂常用来制造晶圆?#24615;?#36758;、电子绝?#30340;?#29255;以及各种连接器件。
    4、工业领域??聚醚醚酮树脂具有良好的机械性能、耐化学腐蚀和耐高温性能,能够经受高达2.5万Pa的压力和260℃高温,作为一种半结晶的工程塑料,聚醚醚酮不溶于浓硫酸以外的所有溶剂。在化学工业和其他加工业中,聚醚醚酮树脂常用来制作压缩机阀片、活塞环、密封件和各种化工用泵体、阀门部件。用该材料代替不锈?#31181;?#20316;涡流泵的叶轮,可明?#36234;?#20302;磨损程度和噪音级别,具有更长的使用寿命。除此之外,由于聚醚醚酮树脂符合套管组件材料的规格要求,在高温下仍可使用各种粘合剂进行粘接,所以现代连接器将是其另一个潜在的应用市场。
    5、医院领域??聚醚醚酮树脂可在134℃下经受多达3000次的循环高压灭菌,这一特性使其可用于生产灭菌要求高、需反复使用的?#36136;?#21644;牙科设备。聚醚醚酮树脂在热水、蒸汽、溶剂和化学试剂等条件下可表现出?#32454;?#30340;机械强度、良好的抗应力性能和水解稳定性,用它可制造需要高温蒸汽消毒的各种医疗器械,聚醚醚酮树脂不仅具有质量轻、无毒、耐腐蚀等优点,还是与人体骨骼最接近的材料,可与肌体有机结合,所以用聚醚醚酮树脂代替金属制造人体骨骼是其在医疗领域的又一重要应用。
    随着科学技术的发展,许多新技术在汽车制造业,化学工业以及电?#26377;?#24687;产业得到应用,这些新技术的应用,对聚醚醚酮树脂材料提出了更高的要求。
    近年来,伴随着通用塑料的工程化趋势的需求和发展,为了进一步扩展高分子材料的应用领域,对制品的要求在向更高、更新、更实用化的?#36739;?#21457;展。?#33519;?#20197;填充、共混、结晶、交联、接技等手段的材料改性技术为主要方法的聚烯烃的改性已引起了全球范围内的广泛注意和高度重?#21360;?#19990;界各国工业发达国家无不把新材料的研究与开发放在十?#31181;?#35201;的地位。复合材料是新型材料发展的重点,这主要是因为这种复合材料可以取各材料之长、补备材料之短,从而通过不同材料的复合,可以达到提高材料的综合性能和多样化,使复合材料可以具有单一材料不可能兼有的综合性能,以满足各个不同领域的需要,所以在高新技术制品领域被称为“21世纪最有前途的材料?#34180;?#20026;了满足制造高精度、耐热、耐磨损,抗疲劳和抗冲击零部件的要求,对PEEK进行共混、填充、?#23435;?#22797;合等增强改性处理,可以得到性能更加优异的PEEK塑料合金或PEEK复合材料。如:①PEEK与聚醚配共混可得到具有特定熔点和特定玻璃化温度的复合材料,核材料的加工成型性能得到改善:②PEEK与聚醚矾共混后的复合材料,在具有良好力学性能的同时,又使阻燃性能得到了提高;⑧在PEEK中加入专用酚醛树脂制成的材料,具有特殊的抗磨擦性能;④PEEK与聚四氯乙烯共混制成的复合材料,在保持PEEK的高强度、高硬度的同时,还具有突出的耐磨性,可用于制造滑动轴?#23567;?#21160;密封环等机械零部件;⑤PEEK可与碳?#23435;?#21644;玻璃?#23435;?#31561;多种?#23435;?#36827;行改性增强,可制成高性能的复合材料、?#23435;?#22686;强的PEEK复合材料,具有优异的抗蠕变、耐湿热、耐老化和抗冲击性能,在PEEK中加入碳?#23435;?#25110;玻璃?#23435;?#36824;可大幅度提高材料的拉伸和弯曲强度;⑥在PEEK中加入晶须材料,可提高材料的硬度、刚性及尺寸稳定性,用于制造大型石化生产线上的氢气压缩机和石油气压缩机的环状、网状和菌状阀片等。用无机纳米材料增强政性的PEEK复合材料,是集有机树脂的高性能和无机纳粒子的诸多特性于一身的新型复合材料。

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