聚醚醚酮（PEEK）的基本性能与应用！半导体晶圆载具优选PEAK（聚芳醚酮）
思瀚产业研究院    2025-12-02

一、基本信息

中文名：聚醚醚酮

外文名：poly(ether-ether-ketone)

简称：PEEK

长期使用温度：260℃

二、聚醚醚酮的结构

聚醚醚酮是一种芳香族半结晶线性热塑性聚合物，其分子链上含有苯环、醚键和羰基，对亚苯基通过氧桥（醚和酮）连接。这种特殊的化学结构使得PEEK具有稳定的理化性质，从而表现出耐热、耐辐射、耐化学药品、机械强度高等优良特性。

三、聚醚醚酮的合成方法

合成聚醚醚酮的关键在于单体4，4-二氟二苯甲酮的制备，合成4，4-二氟二苯甲酮的方法包括苯系化合物缩合法、卤素交换法、催化羰基化法、二氯乙烯氧化法、付氏烷基化法以及重氮化法6种生产方法，其中最常用的方法是付氏烷基化法和重氮化法，下面的合成反应式采用的是付氏烷基化法：

PEEK树脂主要是以4,4-二氟二苯甲酮与对苯二酚钠盐为原料,以二苯砜为溶剂进行缩聚反应得到的聚合物，合成反应式如下：

以此种方法制备的聚醚醚酮热性能非常稳定。

四、性能特点

• 耐热特性：PEEK树脂是半结晶型聚合物。其玻璃化转变温度Tg=143℃,熔点 Tm=334℃。虽然纯树脂的热变形温度只有152℃，但用 30%的玻纤（GF）或碳纤（CF）增强后热变形温度可达300℃。
• 机械特性：表现出高强度、高模量的特点，拉伸强度可达100MPa以上，弯曲强度和模量出色，同时具备良好的韧性和抗冲击性能，在高温下仍能保持较高强度，其综合机械性能高于其他热塑性树脂。
• 阻燃性：PEEK具有自熄性，不添加阻燃剂的0.8~ 1.6 mm厚的PEEK的阻燃性达UL94V~O级。强制燃烧下它的发烟量也非常小，并且不含有毒气体。
• 耐热水性：耐热水和耐蒸汽是PEEK最主要的特征之一。在80℃热水中浸泡800h, 其抗拉强度和断裂伸长率基本上没有变化。200℃蒸汽中，其抗拉强度及外观未发生显著变化，因此可在蒸汽中长期使用。在所有的工程塑料中，PEEK耐蒸汽性能最高。
• 电性能：PEEK树脂的体积电阻率达1016Ω.cm, 在高频下介电损耗角正切值较小。在高温、高压和高湿度等恶劣环境下仍能保持良好的电气绝缘性。
• 耐辐射性：PEEK具有很强的耐辐射性能。它对Y射线的抵抗能力在整个工程塑料中是最好的。PEEK吸收剂量为(1.0~1.2)×107Gy的Y射线后开始变脆；(0.l~12)×106Gy的β射线对其无影响。
• 自润滑性：PEEK具有非常高的自润滑性，适合于严格要求低摩擦系数和耐摩耗用途。特别是用碳纤维、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常优越。
• 生物相容性：PEEK本性无毒安全不过敏，生理相容性好。植入级PEEK在国外独立测试机构严格按照ISO10993的要求，进行了完整的生物相容性测试。结果表明，植入级PEEK具有优异的生物相容性，且没有任何副作用。
• 易加工性：具有高温流动性好和热分解温度很高等特点，可采用注射成型、挤出成型、模压成型、吹塑成型、熔融纺丝、旋转成型、粉末喷涂等多种加工方式，用于生产具有复杂几何形状的部件。
• 易加工性：具有高温流动性好和热分解温度很高等特点，可采用注射成型、挤出成型、模压成型、吹塑成型、熔融纺丝、旋转成型、粉末喷涂等多种加工方式，用于生产具有复杂几何形状的部件。

五、成型加工

PEEK通常以颗粒、粉末、细粉三种形式应用于成型加工，注塑成型制件和挤出成型单丝及电线包覆、型材等一般使用颗粒状PEEK，粉末则用于增强、填充等复合挤出造粒，模压成型常以细粉状PEEK为原料。

▶ 注射成型

注射成型是一种常用的PEEK聚醚醚酮成型加工方式，注射成型是将PEEK聚醚醚酮粉末或颗粒状材料加热熔融后，通过注射机将熔融的材料注入模具中进行成型，注射成型可以制造各种形状的产品，如零件、管道、板材等。

▶ 挤出成型

挤出成型是将PEEK聚醚醚酮材料加热熔融后，通过挤出机将熔融的材料挤出成型，形成各种形状的材料，如板材、棒材、管材等，挤出成型适用于大批量生产相同形状大型、复杂的零部件。

未拉伸的 PEEK 薄膜结晶度偏低，而在经过拉伸与热处理后，其熔点显著上升，机械强度也大幅提高，性能处于 PET 薄膜和聚酰亚胺薄膜 Kapton 之间，被归类为 C 级绝缘材料。PEEK 薄膜具有良好的透明度，据日本住友化学工业公司所制的 PEEK 薄膜数据显示，其光线透过率可达约 85%。

▶ 压制成型

压制成型是将PEEK聚醚醚酮粉末或颗粒状材料放入模具中，通过高温高压的方式使其热熔融并压制成型，压制成型适用于制造复杂形状的零件或小批量生产。

▶ 挤出成型

喷涂成型是将PEEK颗粒加热熔融，通过喷涂设备将其喷涂在基材上，形成涂层，喷涂成型是将PEEK聚醚醚酮溶液喷涂在模具表面上，经过烘干后形成一层薄膜，然后将其热压成型，喷涂成型适用于制造复杂形状的零件或薄壁结构、表面涂层、薄膜等产品。

六、改性和新型PEEK

PEEK的最关键的改良类型是添加玻璃纤维和碳纤维的增强型产品。通过玻璃纤维或碳纤维的增强作用，PEEK的机械强度、刚性和耐温性能得到了显著提升。下面介绍近年来开发成功的新型 PEEK 品级及PEEK合金材料。

▶ 导电PEEK

近年来，半导体、液晶显示器玻璃基板和集成电路晶片支架等制造领域所使用的材料，不仅需要具备高韧性、尺寸稳定以及质量轻便，还必须能在高温加工过程中具出防静电特性。为了满足这些严格的要求，日本三井东压化学公司成功研发出了一种名为KNE5010的新型导电PEEK材料。这种材料不仅显著地将PEEK的表面电阻率从1016Ω降低到108~1010Ω，同时保留了PEEK原有的众多卓越性能。

▶ 高强度PEEK

1994年，日本三井东压化学公司开发成功了高强度PEEK新品级PKU- CF30。它是PEEK和经过特殊处理的碳纤维经混合增强而制得的新材料，具有极为优异的机械强度和模量。抗拉强度高达284MPa, 仅略低于铝合金；而比强度高达206MPa,则远高于铝合金。

高强度PEEK PKU-CF30与其他材料的性能比较

以PKU-CF30为原料，通过注射成形制造的汽车透平机加载叶轮，比采用铝合金制造的质量可减轻一半，而且制品强度高，耐热性和耐疲劳性也极好，是一种性能极为优异而价格适中的注射制品，现已用于日产汽车的主力透平车上。

▶ PEEK合金

PEEK树脂价格较高，作为耐热性聚合物，它的玻璃化转变温度(143~)稍偏低。当超过玻璃化转变温度时，它的强度和模量快速下降，通常采用玻璃纤维增强或合金化等方法加以改进。PEEK可以与PSF、PEI(聚醚酰亚胺）、PES等非结晶性高玻璃化转变温度的树脂共混，制成有较高玻璃化转变温度的合金。例如，PEEK与PEI按50/50(质量比）共混制得的 聚合物合金，玻璃化转变温度达180℃，比PEEK高37℃。此时PEEK的绝对结晶度和结晶速度降低，但结晶未消失。对PEI来说，PEEK 的加入可提高其耐溶剂性。

PEEK与PPS共混，不仅可提高PEEK熔体的流动性，提高玻璃化转变温度，而且可降低成本。

聚芳醚酮不同品种之间也可以相互混合形成聚合物合金，如PEEK和PEK等，可根据它们分子结构中的醚、酮的不同比例，通过共混来调整熔点和玻璃化转变温度。PEEK与LCP(液晶聚合物）形成的聚合物合金，可明显抑制在PEEK玻璃化转变温度以上强度和模量的降低。与PEEK相比，PEEK/LCP合金的螺旋线流动长度增大，成形加工性能得到改善。

六、聚醚醚酮产业链

PEI 加工确实面临诸多挑战。尽管塑料的独特性质赋予了其某些优势，但这些特性也带来了一些需要解决的考虑因素，以确保获得最佳结果。

七、应用领域

▶ 航天航空领域

• 运用场景：飞机发动机部件、机翼结构件、卫星零部件等。
• 作用：PEEK材料因其卓越的耐候性和耐高温特性，被广泛应用于飞机雷达零件、天线罩以及发动机部件，确保在极端气候和高温环境下的可靠性。同时，碳纤维或玻璃纤维增强的PEEK也用于制造飞机和飞船的门把手、机舱面板、操纵杆以及直升机尾翼，显著提升了这些关键部件的强度和耐久性。

英国ICI公司利用PEEK制造的APC-2复合材料在韧性上远超过传统环氧树脂复合材料，其韧性高出10倍以上。这种材料的应用范围广泛，包括宇宙空间站、飞机机翼等大型构件以及其他制品，可以替代环氧树脂。此外，ICI公司还采用玻璃纤维增强PEEK，通过注射成形工艺制造火箭点火器管，这种新材料不仅降低了成本，还特别适用于火箭剧烈点火升空的环境，取代了以往的金属材料。

▶ 医疗器械领域

• 运用场景：制造人工关节、脊柱植入物、牙科修复材料等
• 作用：PEEK材料具有良好的生物相容性，不会引起人体的免疫反应。与传统的金属植入材料相比，PEEK材料具有更低的弹性模量，更接近人体骨骼的力学性能，能够减少应力屏蔽效应，促进骨组织的生长和愈合。

作为最大的PEEK材料制造商，威格斯公司自1989年起就开始了PEEK医用植入材料的研发，并拥有相关专利[DE69032928D1]。随着时间的发展，全球多家公司也投入到PEEK生物医用材料的研究中，如今已有多种PEEK生物医用材料在市场上得到应用。以下是一些主要的PEEK生物医用材料及其特点：

• Victrex公司的PEEK-OPTIMA®系列材料：这是由Victrex公司的子公司Invibio生产的，该系列材料以其优异的生物相容性和机械性能，在医疗领域得到广泛应用。
• 索尔维的Solviva系列生物材料：索尔维推出了Solviva系列，其中包括Zeniva材料，这种材料具有高强度、刚度、韧度、耐疲劳性及生物稳定性，满足ASTMF2026-07标准对外科植入物的PEEK的要求。
• 赢创公司的VESTAKEEP®植入级PEEK：赢创公司的VESTAKEEP®植入级PEEK在国内外测试中显示出优异的生物相容性，且无副作用，是另一种在医疗领域得到应用的PEEK材料。

▶ 汽车制造领域

• 运用场景：发动机内罩、轴承、垫片、密封件、离合器齿环等汽车零部件。
• 作用：利用PEEK良好的耐摩擦性能和机械性能，可以替代金属作为制造汽车零部件的材料。

▶ 电子电器领域

• 运用场景：电线被覆、磁导线被覆以及用作高温接线柱、电机绝缘材料、集成电路晶片支架等：①电线被覆；②磁导线被覆；③高温接线柱；④电机绝缘材料；⑤集成电路晶片支架。
• 作用：PEEK具有优异的尺寸稳定性、高纯度、高机械性能和优良的电气性能，在电子电气领域中用于制造各种高性能零部件。

▶ 能源领域

• 运用场景：核工业零部件、石油和天然气开采设备等。
• 作用：PEEK材料能够满足这些领域对高性能材料的要求，如耐辐射性、高温情况下优异的电性能和出众的机械强度等。

▶ 半导体工业

• 运用场景：CMP保持环、晶圆承载器、晶片夹等高性能塑料零件。
• 作用：PEEK能够耐受高达260℃的高温和各类化学品的腐蚀，从而减少晶圆冷却时间，提高生产效率，并提升晶圆良品率。

八、发展趋势

全球PEEK市场规模预计将从2022年的49亿元增长至2027年的84亿元，年均复合增速达到11.38%。在中国，预计到2027年PEEK市场需求将超过5000吨，市场规模将达到28.38亿元（市场规模增长）。国家政策对新材料产业的支持力度不断加大，如2024年6月召开的全国原材料工业座谈会提出构建新材料等新的增长引擎，PEEK材料作为重要的新材料，有望受益于相关政策红利，获得更多的研发和产业化支持（政策支持）。随着PEEK材料在新兴领域如人形机器人中的应用不断拓展，其市场需求将进一步增长。人形机器人对材料的轻量化、高强度、高精度等要求与PEEK材料的性能高度契合，国内已有厂家将PEEK材料应用于人形机器人的关节、轴承、齿轮等部件，形成配套生产链（新兴领域扩展）。