聚醚醚酮(PEEK)：從‘以塑代鋼’到‘輕量化革命’，材料界的顛覆者

導(dǎo)讀：

本期文章從基本概述、產(chǎn)業(yè)鏈及工藝技術(shù)三方剖析了聚醚醚酮（PEEK）?；靖攀鲋校U述了 PEEK 的定義、組成以及因其特殊分子結(jié)構(gòu)而具備的優(yōu)異性能，如高抗拉強(qiáng)度、**的耐熱性等，還與其他塑料及金屬材料進(jìn)行了對比，突出其全面優(yōu)于普通金屬的特點(diǎn)。產(chǎn)業(yè)鏈部分，分析了 PEEK 行業(yè)的上中下游情況，上游包括氟酮等關(guān)鍵原材料供應(yīng)商，中游是 PEEK 生產(chǎn)廠商，下游則是將 PEEK 產(chǎn)品應(yīng)用于航空航天、汽車、電子、醫(yī)療器械等多個(gè)領(lǐng)域的企業(yè)。

工藝技術(shù)方面，聚焦于 PEEK 樹脂的生產(chǎn)合成過程，包括其復(fù)雜的化學(xué)合成工藝、親核取代的工藝路線等，同時(shí)探討了生產(chǎn)過程中如聚合工藝、純度和性能要求、工藝參數(shù)優(yōu)化等技術(shù)難點(diǎn)，以及目前全球僅少數(shù)企業(yè)能使用大型反應(yīng)釜進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的現(xiàn)狀。

聚醚醚酮（PEEK）是一種半結(jié)晶態(tài)的芳香族高性能特種工程塑料，屬于聚芳醚酮（PAKE）聚合物類別，由苯并二噁烷酮（bisphenol-A）和對苯二甲酸交聯(lián)聚合而成，分子結(jié)構(gòu)中包含酮鍵、醚鍵和剛性苯環(huán)。

PEEK的分子結(jié)構(gòu)

因其特殊的分子結(jié)構(gòu)，PEEK具有優(yōu)異的機(jī)械性能，如高抗拉強(qiáng)度（最高可達(dá)65.1MPa）和高楊氏模量（可達(dá)1.8GPa），以及**的耐熱性，熔點(diǎn)約340℃，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約140℃，可在高達(dá)250°C的溫度下長期使用。此外，PEEK還具備良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐輻射性、耐摩擦性、易加工性、生物相容性和阻燃性等特性。這些獨(dú)特的性能使PEEK在航空航天、汽車工業(yè)、電子電器、醫(yī)療器械、能源等多個(gè)重要領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，作為基體材料用來制造純聚合物、混合為以及各類纖維復(fù)合材料，替代金屬、陶瓷等傳統(tǒng)材料。

常用塑料示意圖

PEEK具有機(jī)械特性好、耐熱等級高、耐腐蝕等特點(diǎn)，具體如下：

PEEK材料性能

除上述物理特性外，PEEK還具有易于注塑成型、擠出成型和切削加工等優(yōu)異的加工特性。

（1）與其他塑料對比

PEEK與主要工程塑料、特種工程塑料性能對比情況

注：PTFE聚四氟乙烯、PI聚酰亞胺、PPS聚苯硫醚、PPSU聚亞苯基砜、POM聚甲醛、PA66聚酰胺66

資料來源：恩欣格（Ensinger）產(chǎn)品手冊、跨駿（Quadrant）工程塑料產(chǎn)品手冊

PEEK與主要工程塑料、特種工程塑料指標(biāo)對比圖

資料來源：中研股份招股說明書

從PEEK與主要工程塑料、特種工程塑料的對比情況可以看出，PEEK性能全面，在剛性方面優(yōu)于絕大多數(shù)特種工程塑料的同時(shí)，也兼具韌性，展現(xiàn)了全面的機(jī)械性能，此外在耐熱、耐磨、耐腐蝕等方面均表現(xiàn)優(yōu)異。因此，PEEK是公認(rèn)的全球性能**的熱塑性材料之一。

（2）與通用金屬材料對比

PEEK作為一種高分子新材料，其主要用于替代金屬材料，在“以塑代鋼”、“輕量化”的大背景下，PEEK以其優(yōu)異的性能在中高端領(lǐng)域逐步替換金屬材料的使用。

PEEK與通用金屬性能指標(biāo)對比

資料來源：GB/T20878-2007不銹鋼和耐熱鋼、GB24511-2009承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶、鋁合金及其加工手冊

從上表中可以看出，PEEK性能全面優(yōu)于普通金屬。PEEK比強(qiáng)度大，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，可以大幅度減小材料本身的自重，成為實(shí)現(xiàn)“輕量化”的解決方案。此外PEEK在絕緣性、耐化學(xué)性方面均優(yōu)于普通金屬。

（3）與醫(yī)用金屬材料對比

由于PEEK在密度、彈性模量方面與人體骨骼十分接近，正在快速替代部分醫(yī)用金屬。

PEEK與醫(yī)用金屬性能對比

資料來源：倍德恩（杭州）醫(yī)療產(chǎn)品有限公司產(chǎn)品手冊

從上表中可以看出，PEEK特性相對于鋯、鈦合金，更適合作為醫(yī)用植入式材料，其密度、彈性均非常接近人體骨骼水平，且不易導(dǎo)熱，增加了植入后的舒適性，并且PEEK作為非金屬材料，可被X射線穿透和實(shí)現(xiàn)CT掃描，方便患者進(jìn)行醫(yī)療檢查。

PEEK行業(yè)主流的分類標(biāo)準(zhǔn)主要包括應(yīng)用領(lǐng)域、級別和質(zhì)量規(guī)格、以及耐熱等級。

根據(jù)不同行業(yè)對材料性能的需求，PEEK可廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域、電子領(lǐng)域、醫(yī)療器械領(lǐng)域和化工領(lǐng)域等。

根據(jù)不同行業(yè)對材料性能的需求，制造工藝和質(zhì)量控制可以劃分為不同級別，主要包括標(biāo)準(zhǔn)級別和高性能級別，不同級別的PEEK在材料性能、耐久性、加工難度等方面可能存在差異，如高性能級別的PEEK一般具有更優(yōu)異的耐熱性和機(jī)械性能，但也會相應(yīng)增加成本。

根據(jù)耐熱級別可分為耐熱級別和高耐熱級別。不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)EEK的性能需求各有不同，因此根據(jù)不同領(lǐng)域的要求，選擇合適的級別和耐熱等級的PEEK材料是非常重要的。同時(shí)，根據(jù)不同級別和耐熱等級，PEEK的成本和加工難度也會有所不同。

聚醚醚酮的分類

資料來源：新材料縱橫

1、全球

全球PEEK發(fā)展歷程

PEEK行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈可以分為上游原材料供應(yīng)商、中游生產(chǎn)加工企業(yè)以及下游應(yīng)用領(lǐng)域三個(gè)環(huán)節(jié)。上游主要包括上游原材料供應(yīng)商，其中關(guān)鍵的原材料包括氟酮、對苯二酚、二苯砜和碳酸鈉。中游企業(yè)主要是PEEK生產(chǎn)廠商，負(fù)責(zé)將上游原材料進(jìn)行合成和加工，生產(chǎn)出PEEK成品。下游企業(yè)主要是將PEEK產(chǎn)品應(yīng)用于不同領(lǐng)域，如航空航天、汽車、電子、醫(yī)療器械等。

隨著科技的進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)將不斷進(jìn)行技術(shù)升級與創(chuàng)新，以提高PEEK的生產(chǎn)工藝和質(zhì)量。新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用將推動整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。同時(shí)隨著PEEK性能的不斷優(yōu)化，其在更多領(lǐng)域?qū)⒌玫綉?yīng)用，如能源、環(huán)保和人工智能等新興領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)將尋求拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域，以擴(kuò)大市場份額和提高盈利能力。

PEEK產(chǎn)業(yè)鏈

聚醚醚酮（PEEK）的上游原材料主要包括氟酮、對苯二酚、二苯砜和碳酸鈉等。其中，氟酮作為PEEK的關(guān)鍵原材料，其市場供應(yīng)和質(zhì)量對整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的穩(wěn)定性和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。因此，供應(yīng)商的市場地位和質(zhì)量水平直接影響著PEEK產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。根據(jù)一般化學(xué)反應(yīng)原理和行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算，每生產(chǎn)1噸PEEK約需要消耗0.7-0.8噸氟酮單體。

中國聚醚醚酮（PEEK）行業(yè)上游市場相對集中，由少數(shù)供應(yīng)商主導(dǎo)，其中新瀚新材、營口興福和中欣氟材是氟酮市場的主要參與者。全球氟酮行業(yè)的供給格局相對集中，除了威格斯自產(chǎn)的部分產(chǎn)能外，其余主要集中在中國市場，主要由新瀚新材、營口興福和中欣氟材這三家企業(yè)主導(dǎo)。其中，營口興福的DFBP產(chǎn)能大約在2,000噸，主要供應(yīng)給威格斯（VICTREX）。而新瀚新材每年的DFBP產(chǎn)量約為820噸，中欣氟材產(chǎn)能尚未投放，5,000噸DFBP產(chǎn)能仍處于分期建設(shè)階段。

聚醚醚酮最初主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，因其耐化學(xué)性、耐磨損、耐腐蝕和可透射性等特性，被廣泛用于牙科和骨科的正畸與缺陷修復(fù)。在電子領(lǐng)域，它作為電纜插頭、接線盒、電池外殼和IC封裝材料。此外，聚醚醚酮還被用作汽車、石化、石油和天然氣等行業(yè)金屬部件上的涂層材料，以增強(qiáng)耐磨性、摩擦系數(shù)和抗侵蝕性。在航空航天領(lǐng)域，聚醚醚酮因其優(yōu)異性能被用于制造隔熱罩、衛(wèi)星結(jié)構(gòu)和天線等部件，滿足行業(yè)高標(biāo)準(zhǔn)要求。未來有望成為人形機(jī)器人減重的重要替換材料。

PEEK材料應(yīng)用場景

1、汽車零部件

PEEK具有良好的耐摩擦性能、綜合力學(xué)性能、自潤滑性以及更長的使用壽命，且對汽車的輕量化也有積極作用，使其能在關(guān)鍵零部件方面替代金屬材料。PEEK材料在傳統(tǒng)燃料汽車領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在軸承及密封件，在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用除軸承、密封件外還主要包括轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的齒輪、電磁閥等。

隨著應(yīng)用場景的逐步開發(fā)，PEEK在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷拓展，在齒輪、墊片、懸掛系統(tǒng)關(guān)節(jié)、真空泵葉片、ABS閥芯、座椅蝸桿等各類零部件的應(yīng)用都將得到拓展，使用量逐漸上升。在對其他特種工程塑料的替代方面，能同時(shí)滿足耐磨和自潤滑性能的特種工程塑料只有PEEK和POM，而PEEK的剛性遠(yuǎn)高于POM，因此PEEK逐步替代POM用于汽車主動力軸承；能滿足變速箱密封環(huán)耐磨性的材料只有PEEK和PPS，而PEEK可耐250℃的高溫，跟PPS相比更適合變速箱密封環(huán)的工作環(huán)境。

使用PEEK材料制造的汽車用齒輪、鋼背軸承

2、高壓電機(jī)漆包線

PEEK是電機(jī)漆包線的理想材料，隨著新能源汽車800V高壓快充的發(fā)展，電機(jī)電壓從400V升級到800V，對電機(jī)扁線的絕緣性能要求提高，PEEK扁線方案成為解決方案之一。PEEK可彎折、耐水解，優(yōu)于傳統(tǒng)材料，是電機(jī)漆包線的理想選擇。預(yù)計(jì)到2027年，800V電機(jī)在新能源汽車領(lǐng)域的滲透率將達(dá)40%，PEEK漆包線的普及率將超厚漆皮PI線。按滲透率50%、每臺車使用PEEK約470g、2027年新能源汽車銷量1399萬輛估算，2027年國內(nèi)800V電機(jī)漆包線對PEEK的需求量可達(dá)1315噸。

資料來源：NE時(shí)代，上海有色網(wǎng)，沙利文

華為DriveONE 800V碳化硅黃金動力平臺&PEEK漆包線在電機(jī)中的應(yīng)用

資料來源：智界汽車官網(wǎng)，佳騰電業(yè)官網(wǎng)

800V路徑下PEEK線及厚漆膜漆包線對比

3、醫(yī)療級PEEK

PEEK相比鈦合金更適合用作醫(yī)用植入式材料，隨著我國老齡化程度加深和人均收入提高，PEEK產(chǎn)品對合金及其他材料產(chǎn)品的替代加速，市場需求增速較快。PEEK材料模量與人體骨骼接近，關(guān)節(jié)中不容易磨損人骨，顱骨修補(bǔ)時(shí)導(dǎo)熱與人骨近似，且X射線可穿透，方便后續(xù)檢查，即使價(jià)格高昂，其市場需求量的年復(fù)合增長率仍達(dá)20%-30%，遠(yuǎn)超鈦合金的2%-4%。然而，作為生物惰性材料，PEEK缺乏生物活性，在骨修復(fù)、骨整合時(shí)難以與人體骨骼形成骨融合，限制了其在醫(yī)用領(lǐng)域的使用，需添加生物相容性材料提高生物活性。此外，醫(yī)療級PEEK材料標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)苛，產(chǎn)品附加值遠(yuǎn)高于普通PEEK材料，其生物相容性材料的配方和工藝被國外企業(yè)壟斷，生產(chǎn)廠房需通過更嚴(yán)苛的GMP檢測，導(dǎo)致國內(nèi)廠商在該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展較慢，產(chǎn)品售價(jià)居高不下。

中研股份已經(jīng)完成生產(chǎn)車間GMP認(rèn)證。公司與西安康拓醫(yī)療技術(shù)股份有限公司合作，醫(yī)療植入級PEEK（材料牌號為：ZR3G）醫(yī)療器械首次獲得國家藥品監(jiān)督管理局注冊。

使用PEEK材料制造的醫(yī)療器械

4、半導(dǎo)體

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，PEEK制成的化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）保持環(huán)因更強(qiáng)的耐磨性和耐化學(xué)性，使用壽命延長一倍，減少產(chǎn)線停產(chǎn)。PEEK耐受260℃高溫和化學(xué)品腐蝕，減少晶圓冷卻時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。其顆粒產(chǎn)生率低、純度高，降低靜電擊穿晶圓概率，提升晶圓良品率。因此，PEEK及其復(fù)合增強(qiáng)樹脂加工的晶片夾、自潤滑耐磨軸套、滾輪、CMP保持環(huán)等高性能塑料零件，可替代銅合金、不銹鋼、PTFE、PPS等傳統(tǒng)材料。

5、終端電子

在終端電子產(chǎn)品領(lǐng)域，PEEK憑借優(yōu)秀的化學(xué)、物理和加工性能，可用于制造鋁電容器外殼，實(shí)現(xiàn)電子元器件的無鉛化焊接。它還用于薄膜天線、背壓調(diào)節(jié)器膜襯、薄膜開關(guān)面板、感應(yīng)器和手機(jī)麥克風(fēng)隔片等電子元件的制造。此外，PEEK薄膜因其優(yōu)異的音效和耐久性，被廣泛用于高性能音響和智能手機(jī)的揚(yáng)聲器膜片。

6、航天航空零部件

在航空航天領(lǐng)域，PEEK憑借耐惡劣環(huán)境、輕質(zhì)、化學(xué)惰性、阻燃等特性，成為理想的輕量化材料，其密度僅為鋁合金的一半，且加工性能遠(yuǎn)優(yōu)于金屬材料，可用于制造整流罩、飛機(jī)內(nèi)部零件、火箭用電池槽、螺栓、螺母及火箭發(fā)動機(jī)零部件等?？湛秃筒ㄒ艄驹谧钚乱淮蜋C(jī)中已應(yīng)用了大量復(fù)合材料，PEEK純樹脂及改性增強(qiáng)樹脂在其中發(fā)揮了重要作用。

未來，航空航天領(lǐng)域?qū)EEK主結(jié)構(gòu)件的需求將增加，連續(xù)碳纖維復(fù)合增強(qiáng)PEEK（CF/PEEK）材料因其超高力學(xué)強(qiáng)度和優(yōu)異疲勞性能，可顯著減輕飛機(jī)機(jī)身主結(jié)構(gòu)件重量并降低設(shè)計(jì)成本，市場需求有望逐步增長。此外，PEEK雖價(jià)格高于傳統(tǒng)金屬材料，但因其能延長零部件壽命、降低能耗和維護(hù)成本，在全生命周期成本核算中綜合優(yōu)勢明顯。

目前，PEEK已在空客、波音等主流飛機(jī)機(jī)型中廣泛應(yīng)用，并獲得相關(guān)認(rèn)證。同時(shí)，PEEK也已應(yīng)用于中國商用飛機(jī)有限公司的C919型干線客機(jī)，主要用于高壓電纜導(dǎo)管以替代金屬導(dǎo)管。PEEK還應(yīng)用于F22主起落架艙門，直升機(jī)旋翼槳轂中央件等關(guān)鍵部位。隨著全球商用飛機(jī)數(shù)量的增長和新材料的應(yīng)用，航空領(lǐng)域?qū)EEK的需求有望快速增長。

7、人形機(jī)器人

在人形機(jī)器人領(lǐng)域，輕量化是提升負(fù)載與續(xù)航的關(guān)鍵，連續(xù)碳纖維增強(qiáng)PEEK材料強(qiáng)度更高、密度更低，有望替代鋁合金用于骨架材料。2023年10月，工信部發(fā)布《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》，推動人形機(jī)器人技術(shù)發(fā)展。特斯拉第二代人形機(jī)器人使用PEEK等輕量化材料減重10公斤。PEEK自潤滑性使其成為關(guān)節(jié)、軸承的理想材料，可減少摩擦和磨損，延長使用壽命。

據(jù)高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）預(yù)測，2025-2030年中國人形機(jī)器人銷量有望達(dá)8597/19023/37304/75450/138805/271214臺。據(jù)人形機(jī)器人聯(lián)盟信息，特斯拉、優(yōu)必選、智元等機(jī)器人平均重量約在58kg，其中齒輪和關(guān)節(jié)用1kg的純PEEK材料，肢體中用8kg的CF/PEEK材料，預(yù)計(jì)單臺機(jī)器人對PEEK的消耗量為6.6kg，據(jù)此反推單臺機(jī)器人對碳纖維的消耗量為2.4kg。結(jié)合以上信息，開源證券測算若2030年中國人形機(jī)器人銷量達(dá)到27.1萬臺，單年約拉動651噸的碳纖維需求、1790噸的PEEK需求。

連續(xù)CF/PEEK復(fù)合與碳纖粉改性PEEK、鋁合金性能對比

• 基本概述：聚醚醚酮（PEEK）是一種半結(jié)晶態(tài)的芳香族高性能特種工程塑料，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性等特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、電子電器、醫(yī)療器械等多個(gè)重要領(lǐng)域。

  
  

• 產(chǎn)業(yè)鏈：PEEK行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈分為上游原材料供應(yīng)商、中游生產(chǎn)加工企業(yè)和下游應(yīng)用領(lǐng)域三個(gè)環(huán)節(jié)。上游主要提供氟酮等關(guān)鍵原材料，中游企業(yè)負(fù)責(zé)合成和加工PEEK成品，下游企業(yè)則將PEEK產(chǎn)品應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

  
  

• 工藝技術(shù)：PEEK樹脂的生產(chǎn)涉及復(fù)雜的化學(xué)合成過程，技術(shù)難點(diǎn)包括高溫聚合工藝的控制、產(chǎn)品的純度和性能要求以及大量工藝參數(shù)的優(yōu)化。目前，全球僅少數(shù)企業(yè)能夠使用大型反應(yīng)釜進(jìn)行PEEK聚合的連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。