聚醚醚酮(PEEK)是高性能聚芳醚酮 (PAEK)家族的300多个成员之一,是聚合物中的佼佼者。这些PAEK聚合物中,只有少数已经商品化;除了PEEK外,其他成员还包括PEK、PEKK和PEKEKK。在结构上,线性芳香族PEEK聚合物由重复的被芳基分隔的醚、醚和酮键组成,它有多种(聚)醚醚酮排列,成为这些半结晶聚合物的名称来由,其卓越的机械和化学特性意味着它们可独特地支持多种要求的组合。例如,轻质高强度聚醚醚酮(PEEK)聚合物具有很高的耐磨性、耐高温性、耐疲劳性和耐腐蚀性流体/化学品的性能,有助于:提高燃油效率;提高安全性;延长部件寿命;更大的舒适度(运行平稳,噪音更小);更高的设计自由度;高生产成本效率。与金属相比,基于PEEK的材料重量很轻、易成型、耐腐蚀,并且具有很高的比强度(每单位重量强度)。
汽车与航天
今天,包括汽车、航空航天、电子、能源和制造以及医疗行业在内的广泛行业都得益于这种多功能、高性能PEEK热塑性塑料的使用。通过替代金属或其他材料,PEEK通常能够促成客户开发具有竞争力的创新应用。通常在材料的选择方面需要考虑两个关键需求:
在制造和装配、运营和降低总体成本方面具有更高的性价比;提高性能,达到可靠性目标并减少停机时间汽车和航空航天工业:提高效率在汽车领域,“Victrex PEEK”已经在一些要求严苛的应用中发挥了巨大作用,与金属齿轮相比,PEEK齿轮减轻了68%的重量,同时改善了50%(3dB)震动噪音。此外,转动惯量可以减少多达78%。这意味着应用PEEK可改善响应能力,从而降低功耗,有助于降低二氧化碳排放量。
航空航天制造商面临着需要提高新飞机组装速度的挑战,同时不能够影响功能、成本或重量。PAEK处于材料发展的最前沿,应用这种材料可以设计和生产高性能的注塑成型PEEK零件,从而减少飞机部件的数量,同时简化和加快生产流程。最近一个重要的发展是引入新的材料,比如“Victrex AE 250”复合材料,它能够结合共混成型加工技术来开发新部件。这可以实现连续制造工艺,其循环周期只有几分钟,可以替代循环周期为数小时的热固塑料。结构支架一直是一个重要的发展领域,除了能够加速部件的制造和随后的飞机组装以外,新的支架还可以减轻多达60%的重量,同时满足所需的组件强度。
能源行业
与玻璃陶瓷连接器相比,Victrex PEEK材料能够使电连接器的使用寿命增加一倍。与其他PEEK密封系统相比,Victrex PEEK材料则具有高两倍的承载能力,因而“Victrex PEEK”在能源行业得到高度评价。这种高性能聚合物能够满足石油和天然气行业的需求,使得它们可以新的非常规石油储藏中进行更深入的钻探。其承受极高压力、高温、腐蚀性化学品和腐蚀性环境的能力,有助于避免代价高昂的停机时间。
医疗创新
第一个商品化的植入式PEEK级别“PEEK-OPTIMA”是在15年前推出,从那以后,医学领域快速接受使用生物兼容PEEK的假体和植入物来取代金属等同物 ,并且在此过程中为从业人员和患者提供了相当大的优势,使用范围包括脊柱植入物、长骨骨折和其他创伤损伤(人体概览图像)(hero image),以及具备CAD / CAM便利设计和临床准确度优势的假牙。医学专业机构与Invibio Biomaterial Solutions这样的制造商和解决方案提供商合作,证实了这些物料的可行性:全球约有900万例使用Invibio“PEEK-OPTIMA”材料生产的医疗器械,现已使用于人体医学领域快速接受使用生物兼容PEEK的假体和植入物来取代金属等同物,目前欧盟、美国和亚洲监管机构已经准许使用PEEK植入物。这种生物材料适合用作制造医疗植入物,得益于许多因素。PEEK的弹性模量接近于骨,此外,不同的PEEK等级为种植体制造商提供足够好的磨损和耐疲劳性能以及完全生物兼容性的化学惰性,并且避免了将金属引入人体生物环境时可能产生的生化副作用。它还可以安全消毒,能够耐受蒸汽消毒或高剂量伽玛辐射的多次循环。
PEEK医疗应用的一个典型“定制”示例是在未填充的PEEK中添加碳纤维,从而获得生物兼容的碳纤维增强PEEK(CFR-PEEK),其优化的强度和刚度与金属相当,Invibio“PEEK-OPTIMA Ultra-Reinforced”就是如此。在许多情况下,CFR-PEEK的使用还允许开发更薄、更小、更微创的器械设计。在医疗领域,一旦植入到位,不管是否出现破损等并发症,还是脊柱融合的骨生长进展,都必须对其状态进行监测。诸如钛之类的金属由于其射线不透性和产生伪影的可能性,会在使用X射线、MRI和CT成像成为挑战。然而, PEEK植入物的射线可穿透特性已经改变了这种状况。它们易于成像,允许医生监测脊柱融合进展或进行其他诊断性检查。这种能够准确评估治疗进展和患者效果的能力,最终有可能提高患者的生活质量。
制造业进步
最近,PEEK发展覆盖了广泛的应用范围,从新的聚合物牌号到不同产品形态,以及用于特定应用的部件。新开发的形态以单向(UD)卷带、复合材料(“Victrex AE 250”)或薄膜为中心,部件开发包括医疗创伤板、航空航天支架和汽车齿轮。此外,目前正在开发用于3D打印的特定等级PEEK材料,以及其他客户特定的PEEK材料解决方案。
编辑:改性塑料服务平台(engplast-cn)
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