工程塑料“翘楚”聚醚醚酮（PEEK）的身世之谜
聚醚醚酮（PEEK）是由英国帝国化学工业公司（ICI）于1978年开发出来的超高性能特种工程塑料，由于PEEK属于芳香族结晶型热塑性高分子材料，其熔点为334℃，具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照及优良的电性能，在多数情况下可以足以取代金属、合金、陶瓷等材料。虽然它是一种化合材料，但其燃烧时并不产生无毒性气体，所以在倡导绿色环保设计的今天，其应用领域得以迅速扩大。
PEEK的分子结构
二
PEEK的特性
(1) 耐高温性。PEEK具有较高的玻璃化转变温度（Tg=143℃）和熔点（Tm=334℃），其负载热变形温度高达316℃，长期使用温度为260℃，瞬时使用温度可达300℃。
(2) 自润滑性。PEEK具有良好的滑动特性，适合于严格要求低摩擦系数和耐磨耗用途的场合，特别是用碳纤维、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常优越。
(3) 耐腐蚀性。除浓硫酸外，PEEK不溶于任何溶剂，具有很高的化学稳定性。
(4) 阻燃性。PEEK具有自熄性，即使不加任何阻燃剂，可达到UL标准的94V-0级。
(5) 易加工性。由于PEEK具有较好的高温流动性，且热分解温度高的特点，可采用多种加工方式，比如注塑成型、挤出成型、模压成型及熔融纺丝等。
(6) 机械特性。PEEK具有良好的韧性和刚性，它具备与合金材料媲美的优良耐疲劳性。
(7) 电性能。PEEK有高的体积电阻率和表面电阻率，在宽广的温度范围及环境变化下可以承受各种频率的交流电位场强，保持良好的绝缘性能。
(8) 耐水解性。树脂及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响，在高温及高压蒸汽或水环境下可以连续使用而保持良好的机械性能。
(9) 耐候性。优良的耐候性能，聚合物可用于制造工作环境要求严格或需要经常耐杀菌处理的组件。
PEEK与几种典型的耐高温塑料性能比较
三
PEEK的制备
PEEK的合成是以4,4-二氟二苯甲酮、对苯二酚和碳酸钠为原料，以二苯砜为溶剂，在氮气的保护下，在逐渐升温至接近聚合物熔点的温度（320℃）时得到高分子PEEK树脂。其反应式如下：
PEEK合成的反应式
这是由ICI公司开发的一种亲核工艺。这种工艺不使用金属基的催化剂，也不使用稳定剂和添加剂，可以生产出高纯度的PEEK粉末。
PEEK的成本主要取决于高纯度的单体4,4-二氟二苯酮。其合成方法很多，主要有苯系化合物缩合法、卤素交换法、催化淡基化法、二氯乙烯氧化法、付氏烷基化法以及重氮化法6种生产方法，其中前4种方法在不同程度上存在反应收率低、异构体等杂质含量高、精制工艺复杂和生产成本高等缺点。
目前的生产方法主要是付氏烷基化法和重氮化法。付氏烷基化法原料易得，合成路线短，收率较高，生产成本低。其合成反应式如下：
付氏烷基化法合成PEEK反应式
四
PEEK的生产工艺
PEEK的合成路线有亲核取代和亲电取代两种工艺路线。由于亲电取代路线存在产物易支化、催化剂和溶剂用量大且环境不友好等缺点，目前国际上一般采用亲核取代路线。真正拥有PEEK生产工艺的厂家仅有中国、英国两个国家。大部分国外国家制备PEEK树脂原料采用的是英国威格斯的工艺方法，国内则主要采用吉林大学的工艺方法。
五
PEEK的改性
当今社会对材料性能的要求很高，由于单一的PEEK树脂难以满足不同的使用要求，近年来对PEEK的改性成为国内外研究的热点之一，其主要手段有纤维增强PEEK、颗粒填充PEEK、PEEK表面改性、与聚合物共混等，这样不仅可降低制品成本，还能改善PEEK的成型加工性能和使用性能。
PEEK的改性
六
PEEK的应用
由于PEEK具有优良的综合性能，在许多特殊领域可以替代金属、陶瓷等传统材料，使之成为当今最热门的高性能工程塑料之一，目前主要应用于航空航天、汽车工业、电子电气和医疗机械等领域。
汽车
在汽车交通和其他工业方面，“以塑代钢”尤为突出，利用PEEK树脂良好的耐摩擦性能和机械性能，可以作为金属不锈钢和钛的替代品用于制造发动机内罩、汽车轴承、垫片、密封件、离合器齿环、保险杠等各种零部件，另外也可用在汽车的传动、刹车和空调系统中。奥迪、尼桑、NEC、夏普、克莱斯勒、通用已开始大量使用这种材料。汽车座位调节器、变速箱齿轮、发动机配重齿轮、燃油泵、阀体等中都有应用。
航空
PEEK聚合材料因其异常坚固、具有化学惰性和阻燃特性,并容易加工成公差极小的零部件, PEEK的比重轻、防腐性、抗温性等优点,可以成功取代金属、传统复合材料以及其它塑料。
PEEK聚合材料已正式通过多家飞机制造商的资质认可,同时也符合供应军用标准产品要求，PEEK树脂可以制造各种飞机零部件---在航空航天领域应用得以迅速扩展。
飞机
飞机减重是航空领域一个重大课题；PEEK和金属的密度比约是1:7；目前空中客车公司用PEEK复合材料制作飞机电缆夹头和护套,使得航空零件减重50%,可节约成本75%。大大提升了空中客车的续航能力。
机械
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，代替不锈钢制作涡流泵的叶轮。密封垫、密封件、压缩机用、活塞环、阀片等都有应用。
优 点
1、延长部件寿命
2、减少停机次数[30天-10个月提高10倍，减少10次停机更换
3、减轻材料重量
4、降低磨损程度和噪音级别
特 性
1、在120℃的温度下具有突出的耐疲劳性；
2、耐化学腐蚀：不溶于常见的任何溶剂。
3、无润滑条件下的耐磨性
电子
欧盟ROHs指令:焊锡无铅化，要求集成电路板焊接无铅化，为PEEK创造了机会。
2012年：芬兰PEEK应用于软键盘，寿命提高5倍；苏威PEEK复合材料制成膜,苹果公司用于手机、IPAD、笔记本电脑主板，用户反响强烈，深受亲睐，订单1500T。硅晶片托架、超纯系统、晶片棒、多层印刷、路板基材、移动电话零部件
核能行业
耐辐射性是核电行业应用材料的关键性能之一。热塑性材料受到电磁或粒子型电离辐射可能会变脆。由于PEEK具有能量稳定的化学结构，用PEEK制造的部件能够即使受到高剂量电离辐射依然可以正常工作。
PEEK聚合物具有比其它材料更高的耐辐射性能。耐辐射性、高温情况下优异的电性能、出众的机械强度、良好的耐化学腐蚀性、很低的吸湿率和优异的耐水解性，应用于核电行业电缆包覆和电线绝缘系统以及耐高温的连接件等。
医疗领域
人造骨关节材料是从当初的无机物逐渐向有机物演变的。钛钢合金优点：强度大、刚性强等。致命的缺陷:是无机产品，生物相容性不好，常常会引起患者的不适；它的抗腐蚀性和耐磨性也不如有机高分子复合材料，常常在3到10年的期限里发生松动和磨损．必须再次更换，给患者带来了巨大的痛苦。
聚醚醚酮(PEEK)，具有多种优良的综合特性，是最佳的骨关节材料，美国用PEEK开发长期植入人体的骨关节、韧带、肘关节、手指等很多部位，解除患痛,应用效果很好。
PEEK可在134摄氏度下经受多达3000次的循环高压灭菌，这一特性使其用于生产灭菌要求高、需反复使用的手术和牙科设备。
特 点：
1、纯净度高：聚合过程中无副产物、无低分子量、无单体 ；
2、人体相容性好 （碳氢氧有机物质）；
3、X射线可穿透性好：透视病灶清晰；
威格斯：占产能7%，产值占销售额30%；欧洲市场十五年应用历史，医患好评，应用态势迅猛。
韩国美容：美容整形已成产业，所需人造骨PEEK 首选，需求量迅猛增长。
喷涂工业领域
粉末喷涂，就是通过静电喷涂、火焰喷涂等技术，将聚醚醚酮树脂的精细粉末涂覆在基材表面。部件表面的聚醚醚酮树脂涂层可大幅度提高和改善部件耐腐蚀、耐磨损和绝缘等性能。
PEEK树脂的精细粉末涂料覆盖在基材表面，可以得到具有绝缘性好、耐腐蚀性强、耐热、耐水解的PEEK粉体涂装制品，广泛应用于化工防腐、家用电器、电子、食品机械、医疗等领域。