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Peek材料专家交流纪要
魔力股 / 05月20日 08:15 发布
1、PEEK材料特性
优异耐热性：PEEK长期使用温度可达250度（OI指数评价），远超多数热塑性塑料，如聚酰亚胺长期使用温度约200度。虽热固性聚酰亚胺玻璃化温度高时能耐300 - 350度，但热固性材料加工需交联反应固化，加工性能不如PEEK 。 良好耐磨性与润滑性：耐磨性与聚酰亚胺相媲美，且热塑性使其较其他材料更具优势。同时，机械强度出色，普通聚丙烯或尼龙拉伸强度仅70兆帕，未增强的PEEK拉伸强度约96兆帕，短纤维增强可达260兆帕，连续碳纤维增强能超2200兆帕 。 可设计性强：通过纤维增强填充或改性，能达到所需性能，这是金属材料不具备的。例如可根据部件性能需求添加碳纤维等，实现性能“裁剪” 。 生物相容性佳：可替代人工骨，其模量、强度、密度与人骨匹配，适用于人体关节等植入，且耐疲劳性好，相比超高分子量聚乙烯，植入PEEK使用寿命更长 。 耐腐蚀性好：除浓硫酸、浓硝酸等强酸外，与多数溶剂、润滑脂、汽油等接触无影响，同时还具备良好的绝缘性、介电常数及电损耗等优势，且耐核辐照，仅聚丙烯能与其耐辐照剂量相当，但聚丙烯无法在250度高温下使用 。 2、PEEK在机器人上的应用
传动部件：在机器人传动部件如关节、丝杠等应用上，低载荷部分可用PEEK替代。例如戴森吹风机电机旋转轴承从骨架到保持架都用PEEK 。世界知名轴承品牌德国（品牌名遗忘）和日本SKF的保持架也都用PEEK 。但高载荷部分，PEEK作为塑性材料可能形变，需考虑强度是否达标 。 内部结构件：轴套、轴瓦、部分齿轮等内部结构件，因机器人扭矩相对汽车较小，用碳纤维增强的PEEK复合材料制作可行 。 外壳：理论上PEEK可替代机器人外壳，有性能优势，但因价格因素，实际替代可能受限 。 3、PEEK材料价格与性能关系
纯树脂：价格约400元/公斤，最低曾达280元/公斤，拉伸强度相对较低 。 玻纤增强：玻璃纤维短切增强30%后，拉伸强度达160兆帕，价格三百多元/公斤，因玻纤便宜，填充后树脂用量减少，价格相对纯树脂便宜或相当 。 短切碳纤维增强：拉伸强度最高可达260兆帕，价格取决于碳纤维种类，如T300碳纤维增强的价格约380 - 400元/公斤，T700则更高，约450元/公斤 。 长碳纤维增强：拉伸强度至少260兆帕，高的可达300兆帕，制作成本高，价格一公斤至少1200 - 1500元 。 连续碳纤维增强：市场价格约3000元/公斤，强度非常高，但加工复杂，成本昂贵 。 4、PEEK市场情况
全球供需：2023年全球消耗量约5800吨，2024年预计达7000吨左右，若机器人产业发展，2025年预计达8000吨 - 1万吨 。 主要供应商：国外主要有威格斯、苏威、赢创。威格斯产能经扩建国外达7000吨左右，与金城化工合资在国内产能1500吨；苏威产能1500吨，技术用于苹果产品零件；赢创在苏州生产，制品返销欧洲，国内销售少 。国内中研高工发展较好，产能从300吨扩至1000吨，还将建3000吨生产线；浙江鹏翔龙、山东君浩、吉林聚科等也有一定规模，另有一些新建产能尚未建成或推向市场 。 国内需求：中国需求占全球30% - 40%，增长速度快，每年约15% - 20% 。 下游应用：下游应用广泛，航空航天领域用于减重和延长寿命；核电站用于耐核辐射的部件；汽车、轨道列车、化工领域利用其耐腐蚀特性；纺织机械用于避免漏油；医药食品设备因其耐磨、润滑、无毒；医疗领域用于制作关节等植入物，但因价格高且国内未获医疗认证，目前多使用进口半成品加工 。 5、PEEK加工难点
设备要求高：PEEK熔点343度，玻璃化转变温度143度，加工温度高，设备需达450度高温，料筒、螺杆、加热系统等材质要耐高温、耐磨、耐腐蚀 。马达功率至少15千瓦以上，变速箱齿轮需耐抗扭矩和轴向推力 。 模具要求特殊：模具需高温加热，材质至少H13，高端的用耐高温、耐磨模具钢 。注射压力要求达250兆帕，螺杆较细，锁模墙板厚度和刚度要大，拉杆强度和抗载荷能力要强 。浇口和流道要大，否则难以注满 。 6、国内加工能力
国内注塑成型厂家已具备相当实力，部分厂家达到美国水平，虽一些小公司可能经验不足，但加工机器人零部件问题不大。因PEEK作为塑料有收缩变形问题，国内外都可能需机械加工保证精度 。 7、PEEK与尼龙PA66对比
拉伸强度：PEEK拉伸强度90 - 100兆帕，高于尼龙PA66的最高70兆帕 。 润滑性：常温下尼龙PA66润滑性稍好，摩擦系数略低，但高温时PEEK润滑性更佳 。 耐腐蚀性：尼龙PA66易被酸、碱等溶解，PEEK除强酸外，耐腐蚀性强 。 吸水性：尼龙PA66因有酰胺键易吸水，吸水后强度衰减显著，新型尼龙如长碳链尼龙、高温尼龙情况稍好，而PEEK无此问题 。 使用温度：PEEK长期使用温度250度，尼龙66长期使用温度120度左右 。 Q&A Q：机器人的传动部件（如关节）是否有可能出于自润滑或轻量化的原因，把原来的轴承钢换成聚醚醚酮（PEEK），其耐疲劳性和拉伸强度是否可行？
A：以戴森吹风机的电机旋转轴承为例，从外边的骨架到内部的轴承保持架都用了PEEK。对于载荷较大的机器人部件，外壳用PEEK可能强度达不到，一般用金属承载载荷，但内部的保持架用PEEK没问题。世界上最好的德国和日本SKF轴承品牌，其保持架全部用PEEK，国内现在也可以生产。做低载荷的丝杠、齿轮等用PEEK绝对没问题，但高载荷时，PEEK毕竟是塑性的，可能会有形变。若要提高强度可以用连续碳纤维，通过模压或激光辅助烧结成型，且PEEK制成的毛坯件可以用车体磨刀削转或车铣加工，能达到执行精度。
Q：按照现在PEEK改性后的特性，能否在非载荷非承重部件用PEEK替代轴承钢，而运动部件较难被替代？
A：载荷不大、承载载荷不靠该部分的运动部件，用PEEK做轴承、轴套等没问题。
Q：如果螺母、轴承、螺母丝杠和滚柱可以用PEEK材料，为什么现在替代趋势还比较慢？
A：一方面要考虑性能能否达到，另一方面更重要的是制造的可能性。短切纤维增强的PEEK，无论形状多复杂基本都能通过注射成型、模压成型制作出来；但高强度连续碳纤维的PEEK，模压无法解决问题，需要激光成型等，加工成本太高、过程太复杂就不划算。
Q：长碳纤维和连续碳纤维的聚醚醚酮复合材料价格为什么比加了短切碳纤维的贵很多？
A：长碳纤维的聚醚醚酮复合材料，要把聚醚醚酮纺成丝，与碳纤维切成30 - 40毫米长后均匀分散、梳理，通过针刺毡办法做成混合均匀的毡，再热压成型，过程增加了成本。连续碳纤维的聚醚醚酮复合材料，要先做成预浸料，把聚醚醚酮的熔融碳纤维变成纱线，让碳纤维展开，将均匀性熔体通过压力和温度压到碳纤维里形成预浸料，再模压成型，做成棒状制品还需卷绕、激光烧结等，所以价格更高。
Q：纯聚醚醚酮、加了玻纤的聚醚醚酮、加了短切碳纤维的聚醚醚酮、加了长碳纤维的聚醚醚酮、连续碳纤维聚醚醚酮这五种产品的拉伸强度和价格大致范围分别是多少？
A：纯树脂市场价格现在大概400元/公斤，去年最便宜时280元/公斤；30%玻璃纤维短切玻纤增强后拉伸强度约160兆帕，价格三百多块钱一公斤，因玻纤便宜，填充后树脂用量减少，所以价格比纯树脂便宜或相当；碳纤维增强后拉伸强度最高可达260兆帕，价格取决于碳纤维种类，T300增强的强度可能达180 - 200兆帕，价格380 - 400元/公斤，T700增强的价格约450元/公斤；加了T700的长碳纤维聚醚醚酮拉伸强度至少260兆帕，高一点能达到300兆帕，做成复合材料价格一公斤达1200 - 1500元；连续碳纤维市场售价3000元/公斤。
Q：加了T700的长碳纤维聚醚醚酮拉伸强度能到多少兆帕？
A：至少260兆帕，再高一点可能能达到300兆帕，目前更高比较困难。
Q：抛开长碳纤维和连续碳纤维的聚醚醚酮复合材料，短切碳纤维改进后的聚醚醚酮材料（强度300兆帕左右）用在机器人上可以替代哪些部分？
A：可以替代部分丝杠、减速器、轴套轴瓦、轴承、保持架、一些齿轮（机器人用，非汽车大扭矩齿轮）、机器人指关节和手关节、肩胛骨处的配合件等。
Q：国内聚醚醚酮市场的情况，包括主要供应商、产能、需求量和下游需求等
A：2023年全球聚醚醚酮产量约5800吨，消耗量主要在国外。主要供应商国外有威格斯、比利时苏威公司、国际赢创，国内领头的是吉林省中研高工。威格斯国外产能约7000吨，在中国与金城化工合资的PEEK产能是1500吨；苏威公司产能1500吨，其技术主要用于苹果公司产品的一些零件；赢创在中国苏州生产，产品拿到日本、欧洲改进后返销，在国内制品销售较少。国内方面，中研原来产能300吨，现扩建到1000吨，即将试车生产，还计划建3000吨生产线；浙江鹏翔龙有一定代表性；山东君浩有一条300吨的合成线；吉林聚科产能约800吨，但经营不算好；江苏一家公司产能约300吨，产品销售不多；深圳沃特公司有一条一千多吨的生产线，但未大规模推向市场；盘锦中润特塑因老板资金链断裂已停产。还有一些新建的规划产能有1000吨、3000吨、5000吨，但都未建成推向市场。2024年全球聚醚醚酮产量预计达7000吨左右，若2025年机器人产业发展起来，产量至少达到8000吨 - 1万吨。
Q：国内聚醚醚酮的需求在全球需求里占比多少？
A：国内需求在全球需求里占比约30% - 40%，且增长很快，早期国内应用集中在高端领域，民用领域较少，现在随着对聚醚醚酮特点和好处的认识加深，国内需求每年至少以15% - 20%的速度增长。
Q：国内PEEK材料主要有哪些下游市场？
A：国内PEEK材料的下游市场主要包括：1. 航空航天领域：该领域面临减重和延长设备寿命的问题，PEEK性能优异、成型适应性强，用量较大。2. 核电站：用于核反应堆的线圈骨架、电磁线绝缘层、灌封装置等，可替代原来的铅和水泥。3. 汽车、轨道列车及化工领域：在化工领域，PEEK耐腐蚀，适用于高温且需耐腐蚀的环境，如轴套、隔离套、轴瓦、轴承、低载荷的齿轮、螺丝螺母等。4. 机械领域：如纺织机械，用PEEK替代金属部件可避免润滑油泄露污染布料；还有医药食品机器设备，PEEK耐磨润滑、寿命长且无毒，可用于传送带、螺母、水龙头等。5. 医疗领域：目前占比至少15%，国内使用进口半成品板材或棒材机械加工成关节等植入物，但因价格高且未拿到国内认证，应用推广较慢。6. 新兴领域：如飞行汽车、无人机，可实现减重，设备稳定性好。
Q：PEEK材料在注塑层面的加工难点与传统注塑方式相比，有哪些更高的要求？
A：PEEK材料熔点343度，玻璃化转变温度143度，加工温度高，比PPS基本流明高将近100度，要求加工设备至少能达到450度高温。对设备材质要求高，如注射机的料筒、螺杆、加热系统要耐高温、耐磨、耐腐蚀，加热套需用陶瓷或铸铜材质；马达功率至少要达到15千瓦以上，因PEEK粘度大、刚性强，塑化均匀需大的抗剪和熔体粘度；变速箱的齿轮要求耐抗扭矩、轴向推力强；模具需高温加热，让材料充分结晶定型再脱模，模具材质至少要用H13，高端的用耐高温、耐磨模具钢，注塑机参数要达到250兆帕压力，螺杆比一般塑料的细，模具的锁模墙板厚度和刚度要大，锁模拉杆强度和抗载荷能力要强，浇口和流道要大一些。
Q：如果机器人大幅放量运用很多注塑件，国内企业的注塑技术能否达到PEEK材料加工要求，还是国外相关加工技术更高？
A：早期国内PEEK加工件在光洁度和尺寸精度上不如国外，但近年来国内注塑成型厂家已具备相当实力，部分厂家达到美国厂家水平，还承接美国用户委托加工。做机器人零部件国内不会有大问题，因为PEEK作为塑料会有收缩变形问题，很难一次注射成型达到高精度，通常需加工出稍大尺寸毛坯再进行机械加工，国外部分零部件也需如此才能保证使用精度，所以国内下游生产制造商应用PEEK材料应该没问题。
Q：PEEK材料跟尼龙类PA66材料相比如何？
A：在设备设计上，加工聚醚醚酮（PEEK）的设备常按照尼龙PA66的螺杆结构、料筒等原则设计。在性能方面，拉伸强度上，尼龙最高为70兆帕，而PEEK为90 - 100兆帕；润滑性上，常温时尼龙的摩擦系数比PEEK略低，但高温时PEEK的润滑性更好，因为尼龙在高温下变形后分子链开始运动，其耐高温性和耐磨性远不如PEEK；耐腐蚀性上，尼龙易被酸、碱等溶解，而只有浓硫酸等非常强的介质才会对PEEK有影响；吸水性上，尼龙有酰胺键，会吸水，制品因湿气大吸水后强度衰减显著，例如给香港公司做的尼龙66碳纤维增强的纺织机械部件，就因吸水变形、强度下降而无法使用，虽然一些新型尼龙如长碳链尼龙、高温尼龙情况稍好，但尼龙66最怕水和湿气。使用温度上，PEEK密封件长期使用温度可达250度，而尼龙66长期使用温度在120度左右。股市调研
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