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聚醚醚酮:战略性军工材料
发布日期:2021-08-03 04:31   来源:未知   阅读:

  聚醚醚酮(PEEK)是一种半结晶态芳香族热塑性工程塑料,被誉为“工程塑料综合性能之王”,自问世起就被称为战略性军工材料。由于PEEK具有极其出色的物理、化学及力学性能,在航空航天、能源电力、电子信息、医疗领域、汽车和其它机械工业领域可以替代金属、陶瓷等传统材料,在减轻质量、提高性能方面贡献突出,成为当今最热门的高性能工程塑料之一。

  PEEK分子链由苯环和相连的酮基、醚基构成,苯环为PEEK材料提供了刚性,醚键提供了韧性,因此PEEK是韧性与刚性兼备的综合性材料。此外,PEEK的耐热性、耐水解性、耐溶剂性、电绝缘性、抗辐射性、抗疲劳性优异,且有一定的生物相容性,氧指数较高,燃烧时产生的烟少且无毒。

  PEEK树脂是由英国帝国化学工业集团(ICI)于20世纪70年代末开发。作为一种战略性军工材料,在其问世之初就被许多国家限制出口。随着PEEK材料在民用领域的应用扩大才逐渐放宽,但是由于其价格昂贵,极大地限制了PEEK的广泛应用。

  为此,我国将PEEK材料的研制列为国家重点科技攻关计划和国家“863”计划,吉林大学特种工程塑料中心开发出具有自主知识产权的PEEK合成路线,实现了PEEK的大批量生产。

  在全球PEEK市场,新的应用和产品等级将在航天和国防等工业领域得到发展。此外,北美用于航空航天和医疗行业PEEK的快速增长将导致未来五年PEEK市场的高速增长。

  由于技术壁垒高,研发投入大,目前掌握PEEK聚合工艺的企业并不多,全球市场属于寡头竞争格局,主要集中在欧洲和中国。其中,国外主要以英国威格斯(Victrex)、比利时索尔维(Solvay)、德国赢创工业(Evonik)为主,国内企业主要有吉林省中研高分子材料股份有限公司(简称中研股份)、盘锦中润特塑有限公司、长春吉大特塑工程研究有限公司和广州金发科技等。

  全球市场以欧洲为主,主要生产企业包括英国威格斯、比利时索尔维和德国赢创。其中威格斯的VICTREXPIPES作为金属材料替代管道系统可减重高达70%,现已进军航空航天市场,被指定用于空客A350XWB的货舱排水系统。

  伴随着全球市场需求的增长,各大企业纷纷投资扩大产能,巩固在PEEK市场的地位。2015年,英国威格斯占PEEK市场最大份额,预计在未来几年将继续占据主导地位。最近,香港六合公开一码,威格斯公司将其PEEK的产能扩大到7150吨/年。2017年4月,威格斯收购了在航天、汽车和工业应用领域广受认可的PEEK纤维全球领先制造商Zyex。

  比利时索尔维占据PEEK市场的第二大市场份额。2017年11月,索尔维推出新的碳纤维增强、可用于植入性器械的射线可穿透聚醚醚酮ZenivaZA-600CF30。该材料具有与皮质骨相近的模量,与植入器械用金属不同的是,它可以通过保持周围骨组织的正常应力,尽可能减少植入器械对骨密度的影响。

  此外,2017年11月,香港六会彩八卦论坛,由德国赢创工业集团和吉林大学共同组建的中外合资高新技术企业吉大赢创高性能聚合物(长春)有限公司飞翔项目二期—聚醚醚酮工艺设备升级项目投产,企业产能增长50%以上,产值将实现翻番。

  由于技术壁垒高,投资风险大,我国能够生产PEEK企业较少,包括中研股份、盘锦中润特塑有限公司、长春吉大特塑工程研究有限公司、广州金发科技等,且相对于威格斯、索尔维等国外PEEK企业,国内企业的生产能力普遍较低。

  中研股份是我国PEEK主要的生产商,其PEEK树脂生产使用的是其自行研发的催化剂体系,采用高温缩聚反应和气流涡旋粉碎工艺,可生产不同目数的PEEK纯树脂超细粉系列产品;运用柱式叠网超微过滤方法还可生产超高纯PEEK纯树脂颗粒;与耐高温结构材料和电绝缘材料进行复合改性,可生产各种牌号的复合改性专用料。2017年2月,中研股份研制出PEEK复丝纤维及PEEK单丝纤维专用料,进一步增强PEEK纤维的综合稳定性,成功将PEEK纤维推向量产化。

  除中研股份外,盘锦中润特塑有限公司的1000吨/年共聚醚醚酮生产装置现已投产和销售,其产能有效地保证了CoPEEK产品质量的稳定性和一致性。

  此外,金发科技作为国内改性塑料的龙头企业,采用了独特的技术生产PEEK树脂,牌号为VisPEEK,已建成百吨级中试线,正在建设千吨级生产线,目前仅供给部分客户。此外,吴忠文为金发科技的首席科学家、广东省特种工程塑料企业重点实验室主任(金发科技所属实验室),可以预见金发科技在PEEK领域具有广阔的发展前景。

  整体来说,我国在发展PEEK材料方面已经突破了一些关键技术,有些制造商已经实现了千吨级产能。我国也有一些企业从事供应聚醚醚酮树脂的专用料及二次制品的研发,其中中研股份研制出PEEK纤维专用料,PEEK纤维量产化指日可待,产业发展前景乐观。针对我国PEEK产业发展现状,未来发展趋势与建议如下:

  第一,发展PEEK/碳纤维复合材料。长期以来,碳纤维增强PEEK复合材料被设计用作航空材料,而随着加工技术的发展,未来在汽车轻量化、医疗植入器械等领域具有较大的发展前景。根据不同制造工业与工作条件,研发不同的PEEK/碳纤维预浸料工艺技术与品种,进一步开发连续碳纤维增强PEEK复合材料,降低成本、开拓市场。

  第二,加快3D打印PEEK材料发展。近年来,随着国内外市场对高分子聚合物3D打印的期望和热情越来越高,PEEK在3D打印领域的发展机会正逐步显现。推动PEEK材料的自主研发与加工工艺的创新,包括长丝熔融和粉料激光烧结及其它解决方案,加快在3D打印PEEK材料在航空航天、医疗等领域应用的步伐。

  第三,推动PEEK纤维向产业化发展。PEEK纤维作为新一代纤维制品,国外已经有成功的案例和成型的应用,威格斯借助规模效益、生产能力和专业技术来加速现有和全新的PEEK纤维市场发展。国内PEEK纤维制品的研发较为落后,必须加快国产纤维级PEEK树脂原料及PEEK纤维制品的研究与开发,并提高纺丝技术与相关设备的制造能力,尽快将PEEK纤维推向产业化。

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