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聚醚醚酮 我有新說法
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聚醚醚酮(PEEK)是在主鏈結構中含有一個酮鍵和兩個醚鍵的重復單元所構成的高聚物,屬特種高分子材料。具有耐高溫、耐化學藥品腐蝕等物理化學性能,是一類半結晶高分子材料,可用作耐高溫結構材料和電絕緣材料,可與玻璃纖維或碳纖維復合制備增強材料。一般采用與芳香族二元酚縮合而得的一類聚芳醚類高聚物。這種材料在航空航天領域、醫療器械領域(作為修復骨缺損)和工業領域有大量的應用。

目錄

聚醚醚酮性質

PEEK(聚醚醚酮)塑膠原料是芳香族結晶型熱塑性高分子材料,具有機械強度高、耐高溫、耐沖擊、阻燃、耐酸堿、耐水解、耐磨、耐疲勞、耐輻照及良好的電性能。
耐高溫性:具有較高的玻璃化轉變溫度(Tg=143℃)和熔點(Tm=343℃),其負載熱變形溫度高達316℃,瞬時使用溫度可達300℃。
機械特性:具有剛性和柔性,特別是對交變應力下的抗疲勞性非常突出,可與合金材料相媲美。
自潤滑性:具有優良的滑動特性,適合于嚴格要求低摩擦系數和耐磨耗用途的場合,特別是用碳纖維、石墨各占一定比例混合改性的PEEK自潤滑性能更佳。
耐腐蝕性:除濃硫酸外,PEEK不溶于任何溶劑和強酸、強堿,而且耐水解,具有很高的化學穩定性。
阻燃性:具有自熄性,即使不加任何阻燃劑,可達到UL標準的94V-0級。
易加工性:具有高溫流動性好,而熱分解溫度又很高的特點,可采用多種加工方式:注射成型、擠出成型、模壓成型及熔融紡絲等。
耐剝離性: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:在所有樹脂中具有耐疲勞性。
耐輻照性:耐高輻照的能力很強,超過了通用樹脂中耐輻照性聚苯乙烯。可以作成γ輻照劑量達1100Mrad時仍能保持良好的絕緣能力的高性能 。
耐水解性:PEEK及其復合材料不受水和高壓水蒸氣的化學影響,用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。
發煙性:在塑料中PEEK具有發煙性。
毒氣逸散性:PEEK與很多有機材料相同,在高溫分解時,PEEK主要產生二氧化碳和一氧化碳,使用英國航行器測試標準BSS 7239可以檢測到極低濃度的毒氣逸散,這種檢測過程需要在1立方米的空間內燃燒100克樣品,然后分析其中所產生的毒氣,毒性指數定義為在正常情況下產生的毒氣濃度綜合與30分鐘可以使人致命的劑量之比,PEEK450G的指數為0.22,且沒有檢測到酸性氣體。
絕緣穩定性:具有良好的電絕緣性能,并保持到很高的溫度范圍。其介電損耗在高頻情況下也很小。
穩定性:具有*的尺寸穩定特性,這對某些應用來說有的很重要。溫度、濕度等環境條件的變化對PEEK零件的尺寸影響不大,可以滿足對尺寸精度要求比較高工況下的使用要求。
(1)PEEK塑膠原料注塑成型收縮率小,這對控制PEEK注塑零件的尺寸公差范圍非常有好處,使PEEK零件的尺寸精度比通用塑料高很多;
(2)熱膨脹系數小,隨著溫度的變化(可由環境溫度的變化或運轉過程中摩擦生熱引起),PEEK零件的尺寸變化很小;
(3)尺寸穩定性好,塑料的尺寸穩定性是指工程塑料制品在使用或存放過程中尺寸穩定的性能,這種尺寸的變化主要是因為聚合物分子的活化能提高后,使鏈段有某種程度的卷曲導致的;
(4)PEEK耐熱水解特性突出,在高溫高濕環境下吸水性很低,不會出現類似尼龍等通用塑料因吸水而使尺寸發生明顯變化的情況。

聚醚醚酮化學性質

簡稱PEEK。一種新型工程塑料,分子主鏈中含有如下鏈節的線性芳香高分子化合物。

聚醚醚酮制備

由4,4'-二氟苯酮、對苯二酚和碳酸鉀為原料,以二苯砜為溶劑合成制得。
聚醚醚酮(PEEK)釆用親核取代法制備。由4,4'-二氟二苯甲酮與對苯二酚在二苯砜溶劑中,在堿金屬碳酸鹽作用下進行縮聚反應制得。反應式如下:
聚醚醚酮
縮聚反應在150℃到340℃溫度下進行。起始反應溫度要低,以免損失對苯二酚,并減少副反應。然后緩慢升溫,聚合物溶解在溶劑中,反應在320℃下進行。
聚合物分子量取決于二氟二苯甲酮和對苯二酚的摩爾比。兩者通常為等摩爾比,若前者稍過量,則聚合物含有氟端基。氟端基比酚端基的熱穩定性更好。
堿金屬碳酸鹽通常為碳酸鉀和碳酸鈉的混合物,用量是1mol對苯二酚至少有2mol(堿金屬碳酸鹽相應于一個輕基至少對應一個堿金屬原子)。若堿金屬碳酸鹽與對苯二酚的比值過低,則聚合物呈脆性;若比值過高,則會引發一系列副反應而影響產品性能。
縮聚反應在帶有攪拌裝置的不銹鋼反應器中進行。將原料二氟二苯甲酮、對苯二酚及溶劑二苯砜(量約為二氟二苯甲酮的2到3倍)加入聚合反應器中,通氮氣并加熱升溫至180℃,加入無水碳酸鉀碳酸鈉的混合物,升溫至200℃保溫1h,然后再升溫至250℃保溫15min,最終升溫至320℃ 保溫2.5h。反應物從反應器中放出,經冷卻后至滯留罐。聚合物與無機鹽、氟化鈉、氟化鉀、二苯砜一起結晶析出。反應中生成的二氧化碳與氮氣經冷凝后放空。
罐中的聚合物粉碎后,用500pm孔徑的細篩篩選,然后送入萃取器,用丙酮萃取,懸浮液經及第二壓濾機壓濾,并用丙酮洗滌沉淀,以除去二苯砜。濾液送至結晶器,回收二苯砜與丙酮,濾餅送至水洗罐,用水洗滌,以除去聚合物中的無機鹽。懸浮液經第三、第四壓濾機壓濾后,濾液送溶劑回收,壓濾后的濾餅送至干燥器經干燥后制得產品。

聚醚醚酮應用

由于聚醚醚酮PEEK具有優良的綜合性能,在許多特殊領域可以替代金屬、陶瓷等傳統材料。該塑料的耐高溫、自潤滑、耐磨損和抗疲勞等特性,使之成為當今的高性能工程塑料之一,它主要應用于航空航天、汽車工業、電子電氣和醫療器械等領域。
1、航空航天領域:可加工成各種高精度的飛機零部件,由于其耐水解、耐腐蝕和阻燃性能好,可加工成飛機的內/外部件及火箭發動機的許多零部件。
2、汽車制造:聚醚醚酮PEEK一直成功地用于汽車制造業,由于它具有良好耐摩擦性能,可以替代金屬(包括不銹鋼、鈦)制造發動機內罩、汽車軸承、密封件和剎車片等。
3、工業領域:由于具有良好機械性能、耐高溫、耐磨耗,并能耐高壓,常用來制造壓縮機閥片、活塞環、密封件等。
4、醫療器械:可在134℃下經受3000次循環高壓滅菌,這一特性能滿足滅菌要求高、需反復使用的手術和牙科設備的制造,加上它的抗蠕變和耐水解性,用它可制造需高溫蒸汽消毒的各種醫療器械。尤為重要的是PEEK無毒、質輕、耐腐蝕,是與人體骨骼的材料,因此可采用PEEK代替金屬制造人體骨骼。
5、絕緣材料:PEEK因具有優良的電氣性能,在高溫、高濕等惡劣條件下,聚醚醚酮的絕緣性能仍能保持,是理想的電絕緣材料,特別是在半導體工業中得到廣泛應用。
6、是一種新型工程塑料,可用作耐高溫結構材料和電絕緣材料,可與玻璃纖維或碳纖維復合制備增強材料。
7、改性聚醚醚酮有黑色碳纖增強導電聚醚醚酮、紅色碳纖增強導電聚醚醚酮、有礦物增強聚醚醚酮、有玻纖增強聚醚醚酮及PEEK樹脂。雖然聚醚醚酮具有許多優良性能,但是價格昂貴,限制了其在一些領域的應用。另外,它的沖擊強度較差,為了進一步提高其性能,以滿足各個領域的綜合性能和多樣化需要,可采用填充、共混、交聯、接枝等方法對其進行改性,以得到性能更加優異的PEEK塑料合金或PEEK復合材料。例如:PEEK與聚醚共混可得到更好的力學性能和阻燃性;PEEK與PTFE共混制成復合材料,具有突出的耐磨性,可用于制造滑動軸承、動密封環等零部件;PEEK用碳纖維等填充改性,制成增強的PEEK復合材料,可大大提高材料的硬度、剛性及尺寸的穩定性等。
參考資料


目錄
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