聚醚醚酮复合材料的性能及在通用机械中的应用

赵德启++赵东晓

摘 要：聚醚醚酮为分子主链中含有链节线性芳香族高分子化合物，构成单位是氧-对亚苯基-氧-羰-对亚苯基，属于半结晶性、热塑性塑料。聚醚醚酮树脂性能优异，多用于特种构成中，可耐260 ℃高温，其机械性能优异，具有良好的自润滑性，此材料是20世纪80年代被开发的，可用于航天航空、汽车、船舶、矿山、医疗等诸多领域中，不过此材料的耐磨性能仍满足不了抗疲劳、抗冲击零部件的要求。该文探讨了聚醚醚酮复合材料的性能及在通用机械中的应用，并提出了实用性应用策略，为聚醚醚酮复合材料在通用机械中的应用提供参考依据。

关键词：聚醚醚酮 复合材料 性能 通用机械

中图分类号：TH145.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（a）-0077-02

随着现代社会经济的飞速发展，推动了现代工业的进一步发展，人们对现代工业产品提出了更高的要求，比如高速、高效、节能环保等。西方国家对高性能工程复合材料研发较早，并将相关材料逐渐应用于通用机械、密封件、垫片、阀片、阀座、轴承等配件中，可确保各种配件均符合耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐老化等高标准，并以此替代贵重金属材料。因此，探讨聚醚醚酮复合材料的性能及在通用机械中的应用，对聚醚醚酮复合材料应用于通用机械中有着极大现实意义。

1 聚醚醚酮复合材料性能

1.1 聚醚醚酮复合材料

聚醚醚酮为半结晶性芳香族线性热塑性工程塑料，此种材料具有芳香族热固性塑料耐热性和化学稳定性、热塑性塑料易加工性的特点，其无毒、重量轻、拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度，这些综合性能造就了聚醚醚酮复合材料的优良特点。高性能聚醚醚酮复合材料研制时要注重补强填料选择，严格处理其表面，以适宜的配合技术与加工设备、工艺进行共同研发。新型复合材料性能有：高温性能。密封垫圈于通用机械中的应用，要全面分析鉴定高分子材料试样测定压缩变形相关方式，通常要鉴定聚醚醚酮复合材料高温性能，恒定负荷下要检验复合材料垫圈于高温下变形性能及其不同安装方式对变形的影响，聚醚醚酮复合材料可于260 ℃高温下正常工作；低温性能。聚醚醚酮复合材料垫圈加载1 MPa压力，再置于-40 ℃冷冻室内3 h之后将其取出，之后便卸载压力，于50倍放大镜下详细观察未发现垫圈表面有裂纹、压痕等不良问题，通常聚醚醚酮复合材料垫圈可于-40 ℃低温下保持正常性能。

1.2 聚醚醚酮复合材料新的应用

聚醚醚酮复合材料可用作生物假体材料，聚醚醚酮极具摩擦性及生物相容性，其优势是其他聚化合物无法比拟的。早期医用人造骨关节均是以钛钢合金为主，此合金强度大、刚性强，但其生物相容性低，极易导致患者出现不适感与骨质疏松，且容易出现磨碎、松动等情况，患者就需要再次更换，给患者带来二次伤痛；质子交换膜材料。质子交换膜燃料电池中均是以全氟磺酸质子交换膜实现，但其制备工艺非常复杂，所需费用高，燃料渗透率高，应用温度偏低，这则制约了PEMFC技术的进一步发展，至此便出现了质子交换膜材料，对SPEEK进行了复合改性，以便提高其质子交换能力及燃料阻隔性能，复合膜于基体SPEEK DS低时，吸水率及质子传导率可有效提高，于基体SPEEK DS高时，吸水率降低，而质子传导率变小。

2 通用机械中聚醚醚酮复合材料的应用

聚醚醚酮复合材料配制务必科学合理，所得密封件应具备高强度、耐高温、耐磨损等性能，复合材料制品可于压力容器、压缩机、水泵、阀门等通用机械中应用，该文对此进行了下述几方面分析。

2.1 压力容器中应用

聚醚醚酮复合材料生产压力容器用垫片，其温度要保持在80 ℃，压力要控制在40 MPa，相应的工作频率要不定期操作，保证材料的使用寿命及其应用效果。以聚醚醚酮复合材料制作的压力容器对接管口的密封圈，于160 ℃过热水中应用效果良好。

2.2 压缩机中应用

聚醚醚酮复合材料制作的阀片、活塞环，用于1.25系列无油润滑油压缩机中，其工作性能稳定、无噪声，产品具有良好的耐磨性，应用时间长，且不易变形。以聚醚醚酮复合材料制作的三瓣密封环，并将此密封环用于氢气压缩机中，此种压缩机工作环境十分恶劣，压力通常是60 MPa，工作温度均在260 ℃下，具有催化剂硬质颗粒等类杂质。此种复合材料三瓣密封环充分满足了进口产品运行寿命及其密封性能。

2.3 水泵中应用

聚醚醚酮复合材料制作的水泵轴承与隔板、径向轴承、推力盘等类产品可用于舰船、矿山水泵中。舰船、矿山水泵工作环境非常恶劣，其偏摆大极易导致轴承径向力大，介质泥沙含量偏大，传统运用的衬胶、聚四氟乙烯复合材料制品不耐磨，从而导致水泵应用时间短，后期维修工作非常复杂。以聚醚醚酮复合材料制作的产品，极具耐磨性，产品使用时间增长了大约5倍，聚醚醚酮复合材料可制作耐化学介质腐蚀泵体与叶轮等类零部件。

2.4 阀门中应用

以聚醚醚酮复合材料制作的阀门可生产阀座与密封圈等类产品，于热电工业应用中极具耐高温性，耐腐蚀性与耐磨损性亦高，使用时间长。

2.5 医学中应用

聚醚醚酮生物复合材料极具机械性能及生物活性，可用于骨缺损修复与创伤修复、口腔固定修复、种植等领域。聚醚醚酮弹性模量极其接近人体皮质骨，并有着良好的塑性能力及射线半透射性，临床检查及诊断时无需拆除。于20世纪90年代发展为金属植入物替代品，聚醚醚酮复合材料被逐渐用于骨科及创伤等医学领域中。1992年，医学家将聚醚醚酮用于牙科，以此制造正畸咬合棒与种植体临时基台及愈合帽。比如Gabeiel等学者对制备体积分数为0%～50%HA晶须增强HA/PEEK复合材料施以严格的纹理分析，并进行详细的拉伸测试之后可见，HA晶须与PEEK基体之間存在良好的界面连接，而10%、20%HA晶须增强了PEEK复合材料，其抗拉强度为90 MPa与75 MPa，而此抗拉强度和人皮质骨纵向拉伸强度十分接近，具有良好的力学性能与生物活性，是效果优良的骨科植入材料。

3 结语

随着现代工业的飞速发展，人们对现代工业产品提出了更高的要求，聚醚醚酮复合材料亦应时而生，此材料可用于航天航空、汽车、船舶、矿山、医疗等诸多领域中，聚醚醚酮复合材料重量轻、强度高，具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨损性能，于汽车零部件、通用机械与工程机械等行业的应用极具潜力，现已是诸多高强度、低磨损与长寿命零部件等产品的替代材料。尽管我国聚醚醚酮复合材料发展飞速，但关于其性能及于通用机械中的应用仍存在诸多不足之处，因此，探讨聚醚醚酮复合材料的性能及其在通用机械中的应用，对聚醚醚酮复合材料应用于通用机械中有着极大现实意义。该文简述了聚醚醚酮复合材料性能，探讨了聚醚醚酮符合材料于通用机械中应用，以此为聚醚醚酮复合材料在通用机械中的应用提供参考依据。

参考文献

[1] 刘学勇，邓纯博，刘吉泉，等.聚醚醚酮-羟基磷灰石-碳纤维复合材料的体外细胞相容性研究[J].生物医学工程学杂志，2012，28（6）：1159-1164.

[2] 周聪颖，李启期，魏杰，等.纳米氟磷灰石-聚醚醚酮种植体骨整合效能研究[J].实用口腔医学杂志，2013，29（1）：20-24.

[3] 戴春霞，李洁，粟洋，等.四针状氧化锌晶须增强聚醚醚酮复合材料的正交试验研究[J].润滑与密封，2011，36（2）：

35-39.

[4] 钟莹洁，谢光有，孙兆松，等.水润滑条件下氧化锆颗粒及碳纤维共混增强PEEK复合材料的摩擦性能研究[J].材料研究学报，2010，24（6）：625-630.

[5] 李鹏，卢敏，张安慧，等.填料对聚脲弹性体防滑耐磨性能的影响[J].玻璃钢/复合材料，2010（2）：31-35.