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PEEK特種工程塑料的優越性能及發展現狀
  一、PEEK聚醚醚酮樹脂的優異性能
    聚醚醚酮(英文簡稱PEEK)樹脂是一種具有耐高溫、自潤滑、易加工和高機械強度等優異性能的特種工程塑料聚醚醚酮樹脂與其它特種工程塑料相比具有如下13項顯著特征:?
    耐高溫。PEEK樹脂具有較高的玻璃化轉變溫度(143℃)和熔點(334℃),這是它可在有耐熱性要求的用途中可靠應用的理由之一,其負載變型溫度高達316℃(30%GF或CF增強牌號)連續使用溫度為260℃。
    機械特性。PEEK樹脂是韌性和剛性兼備并取得平衡的塑料。特別是它對交變應力的優良疲勞性是所有塑料中最出眾的,可與合金材料媲美。
    自潤滑性(耐腐蝕性)。PEEK樹脂在所有塑料中具有出眾的滑動特性,適合于嚴格要求低摩摩擦系數和耐摩耗用途使用。特別是碳纖、石墨,聚四氟乙烯各占10%比例混合改性的滑動牌號或30%CF增強牌號等均為具有優異滑動特性的牌號。
    耐化學藥品性。PEEK樹脂具有優異的耐化學藥品性,在通常的化學藥品中,能溶解或者破壞它的只有濃硫酸,它的耐腐蝕性的鎳鋼相近。
    阻燃性。PEEK樹脂是非常穩定的聚合物,1.45mm厚的樣品,不加任何阻燃劑就可達到最高阻燃標準。
    耐剝離性。PEEK樹脂的耐剝離性很好,因此可制成包覆很薄的電線或電磁線,并可在苛刻條件下使用。
    耐疲勞性。PEEK樹脂在所有樹脂中具有最好的耐疲勞性。
    耐輻照性。耐γ幅照能力很強,超過了通用樹脂中耐輻照性最好的聚苯乙烯??梢宰鞒搔梅占亮看?100Mrad時仍能保持良好的絕緣能力的高性能電線。
    耐水解性。PEEK樹脂及其復合材料不受水和高壓水蒸氣的化學影響,和這種材料作成的制品在高溫高壓水中連續使用仍可保持優異特性。
    易加工性。PEEK樹脂雖然是超耐熱性樹脂,但由于它具有高溫流動性好和熱分解溫度很好等特點,因此可采用如下加工方式:1、注射成型2、擠出成型3、模壓成型4、吹塑成型5、溶融紡絲6、旋轉成型7、粉末噴涂。
    絕緣性穩定性。PEEK具有良好的電絕緣性能、并保持以很高的溫度范圍。其介電損耗在高頻情況下也很小。
    耐磨性。具有相當于聚酰亞胺的良好耐磨性,PEEK純樹脂與H10wheel材質對磨的磨耗量為2.7×(10的-4次方)g,PEEK純樹脂與S17wheel材質對磨的磨耗量為9.7×(10的-4次方)g。
    二、我國聚醚醚酮樹脂生產進展情況
    聚醚醚酮樹脂是20世紀60年代末由英國ICI公司開發的。在國外已有多年的應用歷史。聚醚醚酮樹脂自從研制出來。一直被作為一種重要的戰略國防軍工材料,對許多國家限制出口。
    在此期間,我國只有一些科研機構在辦理了嚴格的進口申請手續后,才能少量進口,隨著聚醚醚酮樹脂在汽車、電子、機械等民用領域的廣泛應用,其出口限制開始逐漸放寬。我國聚醚醚酮樹脂的研究開發已進行了近20年,在合成工藝方面已取得突破性進展。為了滿足我國國防事業的發展和民用的急需,聚醚醚酮樹脂的研制被列入“七五”國家重點科技攻關項目和“863”計劃,項目由吉林大學承擔。
    “七五”期間,吉林大學特種工程塑料研究中心完成了聚醚醚酮樹脂的實驗室小試,在全部采用國產原料的情況下,開發出具有自主知識產權的聚醚醚酮樹脂合成路線。在此基礎上,“八五”期間對聚醚醚酮樹脂進行了10噸/年規模的放大,實現了小批量生產,滿足了國內軍工和民用領域的急需。
    考慮到聚醚醚酮樹脂產業化的需要,“九五”期間,吉林大學特種工程塑料研究中心又進行了聚醚醚酮樹脂30噸/年規模的中試,并在“九五”末通過鑒定驗定收。對產品的檢驗結果表明,樹脂主要性能達到國外同類產品水平,而原料和設備全部立足于國內,降低了生產成本,使國產主要性能達到國外同類產品水平,而原料和設備全部立足于國內,降低了生產成本,使國產聚醚醚酮樹脂的市場售價可大幅度低于國際市場現價。
    2001年末,由長春吉大高新材料有限責任公司投資1億元建設的一期300噸/年聚醚醚酮樹脂生產車間已建成投產,二期500噸/年聚醚醚酮樹脂項目已于2001年8月被國家計委批準為“十五”產業化示范工程,現正在實施中,預計2002年底建成投產。屆時,長春吉大高新材料有限責任公司將成為繼VICTREX?PLC公司之后,最先采用本國專利技術商品化生產聚醚醚酮樹脂的公司,我國聚醚醚酮樹脂的產業化指日可待。
    三、聚醚醚酮樹脂的廣泛應用
    聚醚醚酮樹脂在航空航天、汽車制造、電子電氣、醫療和食品加工等領域得到廣泛應用。
    1、航空航天領域??聚醚醚酮樹脂最早在航空航天領域獲得應用。由于聚醚醚酮樹脂優異和特殊的性能,所以在問世之初,它是被作為一種軍工材料應用于航空航天領域,后來才逐漸進入民用領域。聚醚醚酮樹脂可以替代鋁和其它金屬材料制造各種飛機零部件。聚醚醚酮樹脂密度小,加工性能好,因此可直接加工成型要求精細的大型部件。聚醚醚酮樹脂還具有良好的耐雨水侵蝕性能,可用于制造飛機外部零件。聚醚醚酮樹脂本身具有優異的阻燃性能,燃燒時的發煙量和有毒氣體的散發量也很少,因此該樹脂常用來制造飛機內部部件。當飛機發生火災時,它固有阻燃性能和極少的煙塵和毒氣排放量,降低了火災的危害。
    2、汽車制造業??長期以來,聚醚醚酮樹脂一直成功用于汽車制造業。大眾、尼桑、通用汽車、克萊斯勒等世界著名的汽車廠商都是VICREXPLC公司的客戶。聚醚醚酮樹脂具有良好的耐摩擦性能和機械性能,可取代金屬作為制造發動機內罩的原材料,用其制造的軸承、墊片、密封件、離合器齒環等各種零部件在汽車的傳動、剎車和空調系統中被廣泛采用。
    3、電子信息產業??聚醚醚酮樹脂具有優良的電氣性能,是理想的電絕緣體,在高溫、高壓和高濕度等惡性劣的工作條件下,聚醚醚酮樹脂的絕緣性仍能有效保留。正是由于這些特性,電子信息領域才逐漸成為聚醚醚酮樹脂第二大應用領域。聚醚醚酮樹脂本身純度很高,機械和化學性能穩定,這使得硅片加工過程中的污染得到降低。由于純度高,在輸送超純水時,采用聚醚醚酮樹脂制作的管道、閥門和泵,可使超純水輸送過程中不會受到污染。聚醚醚酮樹脂在很大的溫度范圍內不變形,用其制作的零部件可經受熱焊處理的高溫環境。根據這一特性,在半導體工業中,聚醚醚酮樹脂常用來制造晶圓承載轄、電子絕緣膜片以及各種連接器件。
    4、工業領域??聚醚醚酮樹脂具有良好的機械性能、耐化學腐蝕和耐高溫性能,能夠經受高達2.5萬Pa的壓力和260℃高溫,作為一種半結晶的工程塑料,聚醚醚酮不溶于濃硫酸以外的所有溶劑。在化學工業和其他加工業中,聚醚醚酮樹脂常用來制作壓縮機閥片、活塞環、密封件和各種化工用泵體、閥門部件。用該材料代替不銹鋼制作渦流泵的葉輪,可明顯降低磨損程度和噪音級別,具有更長的使用壽命。除此之外,由于聚醚醚酮樹脂符合套管組件材料的規格要求,在高溫下仍可使用各種粘合劑進行粘接,所以現代連接器將是其另一個潛在的應用市場。
    5、醫院領域??聚醚醚酮樹脂可在134℃下經受多達3000次的循環高壓滅菌,這一特性使其可用于生產滅菌要求高、需反復使用的手術和牙科設備。聚醚醚酮樹脂在熱水、蒸汽、溶劑和化學試劑等條件下可表現出較高的機械強度、良好的抗應力性能和水解穩定性,用它可制造需要高溫蒸汽消毒的各種醫療器械,聚醚醚酮樹脂不僅具有質量輕、無毒、耐腐蝕等優點,還是與人體骨骼最接近的材料,可與肌體有機結合,所以用聚醚醚酮樹脂代替金屬制造人體骨骼是其在醫療領域的又一重要應用。
    隨著科學技術的發展,許多新技術在汽車制造業,化學工業以及電子信息產業得到應用,這些新技術的應用,對聚醚醚酮樹脂材料提出了更高的要求。
    近年來,伴隨著通用塑料的工程化趨勢的需求和發展,為了進一步擴展高分子材料的應用領域,對制品的要求在向更高、更新、更實用化的方向發展。當今以填充、共混、結晶、交聯、接技等手段的材料改性技術為主要方法的聚烯烴的改性已引起了全球范圍內的廣泛注意和高度重視。世界各國工業發達國家無不把新材料的研究與開發放在十分重要的地位。復合材料是新型材料發展的重點,這主要是因為這種復合材料可以取各材料之長、補備材料之短,從而通過不同材料的復合,可以達到提高材料的綜合性能和多樣化,使復合材料可以具有單一材料不可能兼有的綜合性能,以滿足各個不同領域的需要,所以在高新技術制品領域被稱為“21世紀最有前途的材料”。為了滿足制造高精度、耐熱、耐磨損,抗疲勞和抗沖擊零部件的要求,對PEEK進行共混、填充、纖維復合等增強改性處理,可以得到性能更加優異的PEEK塑料合金或PEEK復合材料。如:①PEEK與聚醚配共混可得到具有特定熔點和特定玻璃化溫度的復合材料,核材料的加工成型性能得到改善:②PEEK與聚醚礬共混后的復合材料,在具有良好力學性能的同時,又使阻燃性能得到了提高;⑧在PEEK中加入專用酚醛樹脂制成的材料,具有特殊的抗磨擦性能;④PEEK與聚四氯乙烯共混制成的復合材料,在保持PEEK的高強度、高硬度的同時,還具有突出的耐磨性,可用于制造滑動軸承、動密封環等機械零部件;⑤PEEK可與碳纖維和玻璃纖維等多種纖維進行改性增強,可制成高性能的復合材料、纖維增強的PEEK復合材料,具有優異的抗蠕變、耐濕熱、耐老化和抗沖擊性能,在PEEK中加入碳纖維或玻璃纖維,還可大幅度提高材料的拉伸和彎曲強度;⑥在PEEK中加入晶須材料,可提高材料的硬度、剛性及尺寸穩定性,用于制造大型石化生產線上的氫氣壓縮機和石油氣壓縮機的環狀、網狀和菌狀閥片等。用無機納米材料增強政性的PEEK復合材料,是集有機樹脂的高性能和無機納粒子的諸多特性于一身的新型復合材料。

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