PEEK塑膠入門｜工程性能、製造流程、應用

PEEK是一種高性能特殊工程塑料，被譽為「金字塔頂端」的材料。它具有耐高溫、高強度、輕質和生物相容性等特點，已被廣泛應用於許多行業。本文將探討PEEK的定義、性能、製造方法與應用。

什麼是聚醚醚酮？

聚醚醚酮（PEEK）是一種高性能半結晶芳香族聚合物。其基本化學結構由醚鍵和酮鍵交替構成，主分子鏈中包含苯環。作為聚芳醚酮家族的旗艦材料，PEEK在聚合物性能等級中處於領先地位，常被稱為「樹脂之王」。它是一種理想的金屬替代材料，具有優異的機械性能、穩定的熱化學特性、輕質特性和卓越的生物相容性。

PEEK材料類型

根據其特性和加工方法，PEEK可分為幾個主要類型：

• 高溫PEEK：具有優異的熱穩定性，即使在高溫環境下也能保持優異的機械完整性和化學穩定性。
• 碳纖維增強PEEK：採用碳纖維增強，顯著提升機械強度、剛性和耐磨性。
• 玻璃纖維增強PEEK：採用玻璃纖維增強，以提高機械性能和尺寸穩定性。
• 導電 PEEK：以導電填料（例如奈米碳管或金屬粉末）改性，以賦予所需的導電性。
• 醫用級PEEK：經過特殊處理和純化，符合嚴格的醫療器材要求。醫用級PEEK具有優異的生物相容性和耐腐蝕性，並且通常具有固有的抗菌性能。

PEEK 的特性

PEEK是一種性能均衡的特殊工程塑膠。它具有優異的耐熱性、耐熱水和蒸汽性能、耐溶劑性、卓越的電絕緣性和高疲勞強度。

下表詳細列出了未增強型 PEEK 及其三種主要增強變體的關鍵物理、熱學和電氣性能：

機械性能

PEEK的特點是強度高、模量高。其拉伸強度可超過90 MPa，彎曲強度和模量同樣優異。同時，PEEK也具有良好的韌性和抗衝擊性。這種剛度和柔韌性的結合確保了PEEK部件在複雜的應力環境下能夠抵抗脆性斷裂。

電學特性

PEEK具有優異的電絕緣性能。 PEEK樹脂的體積電阻率通常超過10Ω。¹⁶ Ω·cm。

化學耐受性

PEEK 對幾乎所有化學品都具有良好的耐受性，唯一的例外是濃硫酸。即使在高溫下，它也能保持化學穩定。與其他工程聚合物（如聚碳酸酯、改性聚苯醚和聚砜）相比，PEEK 的抗化學應力開裂性能要優異得多。

然而，當PEEK結晶度不足時，浸入某些化學物質（例如丙酮）中會誘發應力開裂。透過退火處理（例如，在200℃下退火1小時）可以消除這種脆弱性，從而最大限度地提高其結晶度並增強其抗環境應力開裂的能力。

熱阻

PEEK具有優異的熱穩定性，連續使用溫度可達240℃。熱重分析證實了這種穩定性：PEEK在400℃時質量損失為零，在500℃時質量損失僅2.5%。

水解和蒸氣阻力

PEEK耐熱水和耐蒸氣性能是其最顯著的特性之一。即使在80℃的熱水中浸泡800℃，其拉伸強度和延伸率也基本保持不變。即使在200℃的蒸氣中，其拉伸強度、品質和外觀也不會發生顯著變化，因此可以長期用於蒸氣環境。在所有主流工程塑膠中，PEEK具有最高的耐蒸汽性和耐水解性。

PEEK的加工和製造

注射成型

與一般工程塑膠相比，PEEK熔點高，熔體黏度也相對較高，因此需要較高的加工溫度。料筒溫度控制在350℃至400℃之間。成型前，材料必須預先乾燥，通常在150℃下乾燥3小時。

作為一種結晶樹脂，PEEK 在成型過程中必須達到足夠的結晶度才能展現其優異的性能。

• 模具溫度為 150 °C 至 160 °C 時，可得到不透明、高度結晶的零件，但表面層可能保持透明且結晶度較低。
• 使用 180 °C 的模具溫度可得到整體結晶度較高的產品。

如果在初始成型階段無法使用較高的模具溫度，則必須進行後處理（退火）以提高零件的最終結晶度。 PEEK 可以使用標準注塑成型設備進行加工，但對於尺寸較大、壁厚較薄或結構複雜的零件，可能需要使用長徑比高且壓縮段較短的螺桿。

層壓成型

PEEK可用作基體材料，並與玻璃纖維、碳纖維或混合增強材料結合，製成高性能複合材料層壓板。這些複合材料板在300℃以下的寬溫度範圍內，仍能維持較高的彎曲彈性模量保持率。

機械加工和二次加工

PEEK材料具有優異的加工性能，可透過車削、銑削和鑽孔等傳統加工技術製造高精度零件。 精密CNC加工 尺寸公差可小至 0.01 毫米。

二次加工包括機械加工、超音波焊接等。 電鍍以及濺鍍。黏合可採用環氧樹脂、聚氨酯或矽酮等黏合劑。為了增強黏合強度，PEEK表面可能需要預處理，例如用鉻酸蝕刻。

PEEK的應用

作為一種特種工程塑料，PEEK 兼具優異的耐熱性、耐輻射性和耐化學性，以及卓越的機械和電氣性能，使其在多個行業中備受重視。

航空航天

PEEK 具有耐熱性、固有阻燃性、耐燃油性、高強度和剛性等特性，因此廣泛應用於註塑成型製造的眾多飛機零件中。

• PEEK 組件，如雷達零件和雷達罩，具有優異的耐候性。
• 由 PEEK 製成的引擎零件可以承受 200°C 以上的高溫長期使用。
• 它用於飛機上的各種密封材料。
• 碳纖維或玻璃纖維增強的PEEK用於門把手、座艙面板、操縱桿和直升機尾槳。

先進複合材料，例如ICI公司的APC-2（PEEK基體），其韌性比普通環氧樹脂複合材料高出十倍以上。這項特性使得PEEK複合材料能夠取代環氧樹脂，應用於太空站零件、飛機機翼等大型結構以及其他高要求應用領域。一個顯著的成本節約應用是使用玻璃纖維增強PEEK注塑成型火箭點火管，它取代了傳統的金屬部件，同時在嚴苛的點火和起飛應力下仍能保持完整性。

汽車產業

PEEK 在汽車產業主要應用於高應力、高磨損和高溫零件。

• 活塞裙部和活塞環
• 轉子支架和軸承
• 軸承保持架
• 渦輪機葉輪負載
• 墊片和齒輪支撐座
• 輪胎壓力感知器外殼

機械和工業設備

在機械設備和辦公室自動化機械中，PEEK 廣泛用於齒輪、軸承、閥座、活塞環、聯軸器、清洗裝置和影印機分離爪。

軸承和保持架：專用自潤滑 PEEK 等級具有高強度、優異的耐磨性、低摩擦係數和良好的韌性，使其成為製造滾珠軸承保持架和推力軸承的理想材料。

柴油引擎活塞環：由於其優異的熱性能和潤滑性能，PEEK 已取代金屬活塞環用於柴油引擎活塞環。 PEEK 活塞環在 160°C 的油溫下仍能保持性能，具有出色的抗疲勞性能，並且在運行過程中產生的噪音遠低於金屬活塞環。

螺栓和緊固件：PEEK 的高強度、剛度和優異的耐化學性使得 PEEK 螺栓被廣泛用於要求苛刻的機械和化學加工設備中。

管路和接合：PEEK 具有優異的耐水、耐熱水和耐蒸汽性能，以及高強度、良好的抗疲勞性和極少的雜質滲出，因此被廣泛用於流體處理零件。

離心機零件：PEEK 可透過靜電塗層或流體化床浸漬法塗覆到金屬表面，以製造葉輪和其他離心機零件，利用其耐化學性、耐熱性和對金屬的優異附著力。

檢測感測器：注塑成型的PEEK組件用於鍋爐和其他系統的電導率檢測感測器。此應用充分利用了PEEK優異的耐熱水和蒸汽性能、出色的尺寸穩定性和有效的電絕緣性。

關於 Getzshape

Getzshape是一家經驗豐富的CNC塑膠零件製造商。我們生產過大量塑膠加工零件，包括高性能PEEK零件。如果您正在尋找優質的PEEK緊固件、軸承、活塞或其他客製化PEEK加工組件，歡迎隨時與我們聯繫。 聯繫我們.