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說起聚芳醚酮（ PAEK）家族，那是自20世80年代強勢崛起的大家族，家里兄弟眾多，且各個出類拔萃，位于金字塔塔尖，堪稱塑料界的“龍傲天”，在航空航天、汽車、電子通訊、醫(yī)療、工業(yè)等高科技領(lǐng)域頗有建樹。

 

 

從基因?qū)W（化學(xué)結(jié)構(gòu)）的角度來看，聚芳醚酮家族都是芳基上由一個或一個以上醚鍵和一個或一個以上酮鍵連接而成的半晶態(tài)芳香族熱塑性高聚物。聚芳醚酮家族名字簡單好記，按分子鏈中醚鍵、酮鍵與苯環(huán)連接次序和比例的不同，有聚醚醚酮 (PEEK)、聚醚酮 (PEK)， 聚醚酮酮 (PEKK)、 聚醚酮醚酮酮 (PEKEKK)、聚醚醚酮酮PEEKK等。

 

 

由于分子主鏈上含有大量的芳環(huán)及極性酮基 ，其分子鏈呈現(xiàn)出較大的剛性且分子間作用力較強 ，使其具有優(yōu)良的耐熱性 、剛性及力學(xué)強度；另外，主鏈上所含有的相當(dāng)多的醚鍵 ，故又使其表現(xiàn)出一定的韌性 ，且醚鍵含量越高，韌性也越好；聚芳醚酮的耐熱性與分子鏈上的酮基和醚基的比例、芳環(huán)的密度以及基團之間的連接方式等因素有關(guān)。

 

表 聚芳醚酮家族主要成員情況

 

 

圖片注：上表為綜合資料整理，如有錯漏，歡迎文末留言或加入微信群與小編交流。

 

說了這么多，大家肯定更想了解聚芳醚酮家族了，下面我們就一一介紹一下主要成員。

 

一、聚醚醚酮PEEK

 

在聚芳醚酮家族里，最先獲得工業(yè)化生產(chǎn)的就是聚醚醚酮，聚醚醚酮，英文名polyetheretherketone，縮寫PEEK。PEEK分子結(jié)構(gòu)式如下：

 

 

圖  PEEK結(jié)構(gòu)式

 

性格特點

 

PEEK具有良好的機械性能和耐熱性，優(yōu)異的強度和剛度，較高的抗蠕變和抗疲勞性能，不受有機溶劑腐蝕，耐輻射和耐老化性能極好，阻燃性能好，易加工。

 

發(fā)展情況

 

1978年——帝國化學(xué)工業(yè)公司（ICI）對PEEK申請了專利；

1981年——ICI首次實現(xiàn)PEEK商業(yè)化，商品名VICTREX；

20世紀80年代——我國開始PEEK技術(shù)研發(fā)，國內(nèi)PEEK行業(yè)代表性研發(fā)機構(gòu)是吉林大學(xué)，自主研發(fā)PEEK生產(chǎn)工藝技術(shù)；

1993年——威格斯公司從ICI收購PEEK聚合物業(yè)務(wù)。

 

PEEK是聚芳醚酮家族中最有出息的一個，用途廣，用量大，全球整體年產(chǎn)能約有12900噸。PEEK也是我國在特種工程塑料領(lǐng)域少有的在生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)能規(guī)模位居世界前列的產(chǎn)品。目前生產(chǎn)企業(yè)有威格斯、索爾維、贏創(chuàng)、中研高分子、吉大特塑、鵬孚隆、浩然特塑、山東君昊等，此外大連九信、清研高分子也具備相關(guān)技術(shù)。

 

表  全球PEEK生產(chǎn)商產(chǎn)能現(xiàn)狀

 

 

注：表格數(shù)據(jù)由公開信息整理

 

應(yīng)用領(lǐng)域

 

航天航空：天燃料箱、發(fā)動機、機翼等；

汽車：離合器齒輪、密封件、真空泵葉片、高壓氫氣儲罐等；

石油化工：數(shù)字測井、海底集成管束、管道、電連接器、密封件、電線電纜等；

通訊/半導(dǎo)體：晶片夾、支撐線、梳齒、芯片測試插座、柔性覆銅板；

醫(yī)療：醫(yī)療設(shè)備部件、植入骨骼等；

機械工業(yè)：各種閥門、密封件、軸承等；

涂料：產(chǎn)品防護、防腐等。

       

二、聚醚酮PEK

 

聚醚酮，英文名polyetherketone，縮寫PEK，分子結(jié)構(gòu)式如下：

 

 

性格特點

 

PEK在很寬的溫度范圍都保持有很高的拉伸強度和撓曲模量，比PEEK具有更加優(yōu)越的耐熱性和耐化學(xué)性，以及更高的機械性能，良好的抗蠕變性，良好的自潤滑性和耐磨損性能，內(nèi)在的阻燃性，耐高能輻射等，價格也較高。

 

發(fā)展?fàn)顩r

 

1986年，歐洲三家公司BASF、ICI、Hoechst開發(fā)PEK；

1990年BASF推出Ultrapek聚芳醚酮，1995年因效益不佳，停止生產(chǎn)Ultrapek產(chǎn)品；

1999年英國Victrex公司開始在世界市場上出售聚醚酮(PEK)，商品名VICTREX HT PEK；

2009年，Gharda實現(xiàn)PEK商業(yè)化，商品名G-Paek™，后其塑料業(yè)務(wù)被索爾維收購；

依托吉林大學(xué)技術(shù)，吉大特塑擁有500噸聚醚酮( PEK)樹脂生產(chǎn)及改性料的生產(chǎn)能力。

 

由于聚合單體價格昂貴，且產(chǎn)物的后處理凈化困難，從而使PEK的制備成本相對較高，有限的可利用性和較高的價格限制PEK商用。

 

應(yīng)用領(lǐng)域

 

PEK廣泛應(yīng)用在機械、石油化工、核電、軌道交通等領(lǐng)域，如壓縮機閥片、高壓蒸汽球閥座、軸承保持架、化學(xué)泵齒輪、滑動軸承、密封件、活塞環(huán)、滑履等機器零部件，產(chǎn)品質(zhì)量輕、使用壽命長，還能降低機器運轉(zhuǎn)噪音。另外，由于PEK具有很好的電性能，因此可制成傳感器。這種材料預(yù)期可用于汽車和航空、航天領(lǐng)域中要求在高溫下連續(xù)工作的多種不同用途。

 

三、聚醚酮酮PEKK

 

聚醚酮酮，英文名polyetherketoneketone，縮寫PEKK，分子結(jié)構(gòu)式如下：

 

 

性格特點

 

從結(jié)構(gòu)式可以看出其酮基／醚基比高達2，增加了主鏈的剛性，因此PEKK的耐熱性比PEEK有所提高，優(yōu)異的機械性能、耐燃性能、耐化學(xué)性、電氣性能、抗輻射性能以及加工性能等。

 

發(fā)展?fàn)顩r

 

1962年，美國杜邦公司首次實現(xiàn)了 PEKK制備；

1987年，杜邦實現(xiàn)了親電路線合成PEKK的工業(yè)化生產(chǎn)；

2009年，氰特Cytec和印度Rallis合作建設(shè)世界上第一座PEKK商業(yè)化生產(chǎn)裝置。

 

由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜，目前僅阿科瑪、索爾維、rallis、山東凱盛具備生產(chǎn)能力，整體產(chǎn)能較低。

 

應(yīng)用領(lǐng)域

 

航天航空：宇宙飛船、航天飛機等零部件；

軌道交通：列車把手、靠背等部件；

油氣開采：壓縮機閥片、活塞環(huán)、密封件和各種化工用泵、閥門等井下設(shè)備部件。

 

四、聚醚醚酮酮PEEKK

 

聚醚醚酮酮，英文名polyetheretherketoneketone，縮寫PEEKK，分子結(jié)構(gòu)式如下：

 

 

性格特點

 

PEEKK是在PEEK基礎(chǔ)上開發(fā)成功的一種耐熱高分子材料 ，它保持了PEEK的主鏈結(jié)構(gòu)的同時，又引入剛性的酮基，從而增大了酮基和醚鍵之比，使得聚合物鏈的剛性提高，耐熱等級比 PEEK增加20~30℃。一些研究表明酮基的增加，使得PEEKK正交晶系的晶胞參數(shù) b、c軸的尺寸增加，晶胞的體積增大，使得PEEKK的熱性能提高。

 

發(fā)展?fàn)顩r

 

二十世紀90年代，德國Hoechst公司開發(fā)PEEKK，商品名：Hostatec X；

吉林大學(xué)掌握著PEK和PEEKK樹脂產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)，依托吉林大學(xué)技術(shù)，吉大特塑擁有500噸聚醚醚酮酮( PEEKK)樹脂生產(chǎn)及改性料的生產(chǎn)能力。

 

由于PEEKK分子鏈規(guī)整性好，熔融溫度高，加工成型非常困難，且合成成本高，這限制了它的使用。

 

應(yīng)用領(lǐng)域

 

PEEKK主要用于現(xiàn)有樹脂無法滿足要求的高溫、強腐蝕性和高機械強度等高技術(shù)領(lǐng)域。

 

五、聚醚酮醚酮酮PEKEKK

 

聚醚酮醚酮酮，英文名polyetherketoneetherketoneketone，縮寫PEKEKK，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：

       

 

性格特點

 

PEKEKK具有良好的熱性能和機械性能，非常好的耐化學(xué)性，良好的加工性，熱變形溫度高，吸水性很低，良好的尺寸穩(wěn)定性，但由于Tm很高，熔融加工成型非常困難，加工窗口相對狹窄，必須經(jīng)過非常仔細的加工。

 

發(fā)展?fàn)顩r

 

20世紀90年代初，BASF利用對苯二甲酰氯和4-4-二苯氧基二甲酮通過親電取代反應(yīng)合成了對苯基位的PEKEKK；

威格斯開發(fā)有PEKEKK，商品名：VICTREX ST PEKEKK。

 

應(yīng)用領(lǐng)域

 

PEKEKK主要用于機械工程、化學(xué)工藝、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。

 

當(dāng)然，除了以上這些主要成員外，聚芳醚酮家族還有很多成員，如PEDEK、PEDEKK、PEDK等，目前正在科學(xué)家們的照料下努力成長，未來有機會我們再做介紹。

 

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對材料的要求必將越來越高，特別是在能源緊缺的當(dāng)下，減重降本是每個企業(yè)必須考慮的問題，以塑代鋼是未來材料發(fā)展的必然趨勢，聚芳醚酮也將迎來發(fā)展。目前，國內(nèi)聚芳醚酮產(chǎn)品主要性能指標(biāo)均能達到國際先進水平，但由于生產(chǎn)裝和工藝參數(shù)控制差距，使得產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性存在差距，產(chǎn)品多樣化有待提高。