工程塑料 · Polyether Ether Ketone
PEEK · 替代金属的塑料
PEEK 是半结晶热塑性塑料的"塑料之王",连续使用温度 250 °C(短期 310 °C),机械性能接近铝合金,化学惰性极强 — 航空、半导体、医疗植入物的金属替代方案。
1.32g/cm³ 密度
100MPa 抗拉
250°C 连续温度
V-0UL94 阻燃
PEEK 是半结晶热塑性塑料的"塑料之王",连续使用温度 250 °C(短期 310 °C),机械性能接近铝合金,化学惰性极强 — 航空、半导体、医疗植入物的金属替代方案。
PEEK 分原料牌号(Victrex 450G / Solvay KT-820 等)与改性(+CF / +GF / +PTFE)。CNC 加工较 POM 困难:刀具磨损快、热膨胀系数高需补偿、内应力大易开裂 — 推荐切前退火。
| 密度 | 1.32 g/cm³ |
|---|---|
| 抗拉强度 | 100 MPa |
| 弯曲强度 | 170 MPa |
| 弯曲模量 | 4100 MPa |
| 延伸率 | 40% |
| 熔点 | 343 °C |
| HDT | 152 °C (1.8 MPa) |
| 连续使用温度 | 250 °C |
| 阻燃 | UL94 V-0 |
| 吸水率 | 0.5 %(24h) |
PEEK 高端场景示例
PEEK(聚醚醚酮 · Polyether Ether Ketone)是半结晶热塑性塑料,分子链由"醚 + 醚 + 酮"三种官能团交替组成,结晶度达 25-35%,玻璃化转变温度 Tg = 143 °C,熔点 343 °C。是当前商业化的耐温最高、综合性能最强的工程塑料之一。
| 主要牌号 | 生产商 | 特点 | 价格倍数 |
|---|---|---|---|
| Victrex 450G | 英国 Victrex | 原料 PEEK 标准牌号 | ×1.0 |
| Victrex 150G | 英国 Victrex | 低粘度 · 易加工注塑 | ×1.05 |
| Solvay KT-820 | 比利时 Solvay | 美洲市场主流 | ×0.95 |
| Evonik VESTAKEEP | 德国 Evonik | 欧洲医疗级 | ×1.1 |
| 中国吉大正元 PEEK | 长春 | 国产替代 | ×0.65 |
| PEEK+CF30 | 多家 | 碳纤 30% 增强 · 强度+50% | ×1.4 |
| PEEK+GF30 | 多家 | 玻纤 30% 增强 · 刚度+60% | ×1.3 |
| PEEK+PTFE+碳 | 多家 | 自润滑 · 摩擦系数 0.05 | ×1.5 |
PEEK 的核心卖点是耐温稳定性。下表为 PEEK 450G 在不同温度下的力学保留率:
| 温度 | 抗拉强度(MPa) | 弹性模量(GPa) | 使用建议 |
|---|---|---|---|
| 23 °C(常温) | 100 | 3.6 | 正常使用 |
| 100 °C | 85 | 3.2 | 正常 |
| 150 °C | 70 | 2.8 | 正常 |
| 200 °C | 52 | 2.0 | 长期可用 |
| 250 °C | 38 | 1.4 | 连续使用上限 |
| 310 °C | 15 | 0.3 | 短期可用 |
| 343 °C | 0(熔融) | — | 熔点 |
对比常见塑料:ABS HDT 95 °C,PC HDT 130 °C,PA66 HDT 100 °C,PI 350 °C — PEEK 是从普通工程塑料跨入高性能聚合物的临界。
PEEK 比 POM、PC、ABS 难加工 3-5 倍。核心问题:
推荐切削参数:面铣 v=80-150 m/min · f=0.05-0.08 mm/tooth · ap=0.5-1.5 mm。 必加工前退火,否则薄壁件加工后会扭曲 0.5-2 mm。
PEEK 是 ISO 10993 通过的 6 大类生物相容性测试(细胞毒性 / 致敏 / 刺激 / 急性毒性 / 亚慢性毒性 / 遗传毒性)的少数高性能塑料。在医疗植入物领域:
PEEK 在半导体行业是金属替代的理想塑料,因为:
典型应用:晶圆夹具、晶圆载具、Wet bench 排架、RF 真空腔阀座、测量探头夹具、过滤器外壳。
PEEK 是最贵的工程塑料之一。2026 年 6 月市场价格:
| 规格 | 价格(¥/kg) | 说明 |
|---|---|---|
| 原料颗粒(Victrex 450G) | ¥800–1200 | 注塑原料 |
| 挤出棒料(φ30 mm) | ¥1500–2000 | CNC 加工用 |
| 挤出板材(12 mm) | ¥1800–2400 | 大块件 |
| PEEK+CF30 棒料 | ¥2200–2800 | 碳纤增强 |
| 国产 PEEK 棒(吉大正元) | ¥550–800 | 性价比方案 |
| 3D 打印 PEEK 粉末 | ¥3500–5000 | FDM/SLS |
对比:6061 铝合金 ¥25/kg、PA66 ¥45/kg、POM ¥80/kg、PEEK ¥1800/kg — PEEK 是 ABS 价格的 60 倍。这就是为什么"用 PEEK 替代金属"在大多数民用场景不经济,只在高端工程领域才合算。
| 性能 | PEEK | PEI (Ultem) | PI (聚酰亚胺) | PPS |
|---|---|---|---|---|
| HDT (1.8 MPa) | 152 °C | 200 °C | 320 °C | 200 °C |
| 连续使用温度 | 250 °C | 170 °C | 300 °C | 220 °C |
| 抗拉强度 | 100 MPa | 105 MPa | 85 MPa | 90 MPa |
| 价格(¥/kg) | ¥1800 | ¥600 | ¥3500 | ¥350 |
| 加工性 | 中 | 易 | 极难 | 易 |
| 生物相容 | A+ ISO 10993 | A FDA | — | — |
选型决策:民用耐温件 → PEI(便宜 3 倍);极端耐温 → PI(贵 2 倍但耐温更高);化工耐蚀 → PPS;医疗植入 → PEEK 不二之选。
Q: PEEK 是否能 3D 打印?
A: 可以。需要 240 °C 热床 + 加热腔 90 °C 的高端 FDM,或 SLS 粉末烧结。打印后强度比注塑件低 15-20%,推荐退火后处理。
Q: 国产 PEEK 性能差距多大?
A: 吉大正元等国产牌号机械性能接近 Victrex 90-95%,价格只 1/3。但医疗 / 航空 / 半导体高端场景仍以 Victrex 为主(供应链稳定性 + 行业认证)。
Q: PEEK 能粘接 / 焊接吗?
A: 化学胶粘极难(PEEK 表面能极低)。可用红外焊 / 超声焊 / 振动焊机械结合。最可靠:螺钉机械连接。
Q: 加工时为什么必须退火?
A: 挤出棒料含 30-50 MPa 残余应力,CNC 切削去除材料后应力释放导致变形。加工前 200 °C × 24h 退火可消除 80% 应力,加工后再退火 1 次进一步稳定尺寸。