Ueda等人通過鎳催化偶聯聚合制備了可溶性無定形預聚物,該預聚物在甲苯的存在下通過TFMSA處理從而進一步水解,得到ηinh約為0.52 dL/g的PEEK。
綜上所述,PEEK的合成路線有很多種,其中應用最廣泛的是DFPB與HQ的親核取代路線。但是從應用角度方面來看,目前還需要開發可溶于普通溶劑的PEEK,以便于后續進行溶液改性,從而優化其性能。

PEEK的性能
- 基礎特性:聚醚醚酮是一種新型的特種熱塑性工程塑料。它的熔點334 - 343℃,玻璃化轉變溫度為143℃,其瞬時使用溫度可達300℃。它的分子鏈結構使其具有優異的生物、機械和化學性能。
- 生物性能:生物相容性醫用 PEEK 植入物的生物學特性包括生物相容性、生物活性和生物穩定性。可以在材料的生物界面處引起特殊的生理反應,使材料與組織之間能夠有效地相互作用。
- 力學性能和摩擦磨損性能:皮質骨彈性模量的范圍約為7 - 30 GPa,泊松比約為0.2 - 0.5。松質骨的彈性模量的范圍約為0.01 - 10 GPa,泊松比約為0.01 - 0.35。PEEK具有類似于骨骼的彈性模量,約為2 - 6GPa、高屈服強度和抗疲勞性并具有優良的摩擦和抗磨損性能。
- 化學性能:金屬材料在含有大量電解質和各種復雜有機化合物的環境下,發生化學侵蝕是不可避免的,這種腐蝕過程是電化學變化的過程。PEEK 具有優異的耐腐蝕性,這是優于金屬的主要優點之一。
- 滅菌性能:PEEK材料具有良好的化學穩定性和抗輻射性,可以使用多種方式進行消毒,包括熱蒸汽、環氧乙烷和γ射線。

PEEK的加工工藝
盡管 PEEK 聚合物具有卓越的性能,但這些材料是通過傳統的塑料加工方法加工的,PEEK也可以使用增材制造進行加工。PEEK材料的熔化溫度約為340℃,可以在360℃和 400℃之間與大多數傳統工藝設備一起使用。
- 注塑成型:為聚合物用作軸承元件提供了有利的優勢。一方面,通過注塑成型可以顯著降低生產成本,從而減少后加工步驟和加工時間。另一方面,聚合物將表現出更高水平的固有阻尼和更低的密度,從而降低在使用過程中產生的噪音,這使得這一成型技術對輕量化零件的設計更具吸引力。隨著具有優異機械和耐化學性的高溫工程聚合物的出現,在模具制造過程中的應用需要驗證。Berer等人研究了PEEK作為軸承零件使用時出現的點蝕現象,發現這種現象只發生在潤滑劑存在的情況下,這是因為在注塑過程中產生了小而不可見的表面裂紋,因此后續還需要對著以工藝進行優化。
- 替代加工方法:隨著用于加工聚合物的新策略和技術的開發,提出了一種使用聚合物嵌件代替直接加工的金屬型芯或型腔的替代方法,作為一種潛在的原型制作工藝。
- 熔融擠出:是生產長形坯料的制造工藝,例如棒材、片材和單絲纖維。加工工藝與注塑成型相似,首先將PEEK粒料倒入料斗中,該料斗將粒料送到加熱的螺桿組件中進行熔化并加壓熔融聚合物,然后將熔融聚合物擠出并緩慢冷卻至室溫。
- 壓縮成型:PEEK的成型需要熱壓機、烘箱和模具,由于所涉及的應力、剪切和力的水平,這些模具通常為低級鋼或金屬。優選細粉級的PEEK聚合物用于壓縮成型,以避免成型部件中出現顆粒狀邊界部分。盡管可以將纖維或填料混合到 PEEK中進行壓縮成型,但由于難以確保均勻的纖維分布和最終組件性能的各向同性,這種做法很少實施。與注塑成型相比,它是一種相對便宜的工藝,但周期長,因此不適合大批量生產。
- 薄膜生產:PEEK 薄膜的薄片是通過使用合適的模具和牽引設備擠出聚合物來生產的,這些設備可控制地處理和儲存薄膜以進行二次操作。通過控制牽引設備中流延鼓的溫度,可以生產結晶或無定形的PEEK薄膜。然而,隨著薄膜厚度的增加,全非晶 PEEK 薄膜的生產變得更具挑戰性。
- 纖維生產:PEEK材料經擠出后進行拉伸來生產纖維。拉伸聚合物在熱定形之前在纖維內提供定向。所得單絲堅韌、高度定向,并具有可控的直徑,在材料的玻璃化轉變溫度以上將保持其凝固形態。
- 3D打印:為了制造具有復雜宏觀或微觀結構的PEEK零部件,人們采用新型的3D打印技術對這種材料進行加工,考慮到這種材料的熔體加工特性,通常采用SLS和FDM這兩種3D打印技術進行PEEK零件的生產制造,但是SLS打印機設備昂貴、加工過程較復雜,并且伴有材料的回收,因此,人們傾向于使用FDM打印PEEK零部件,采用這一技術為實現輕質高強零件的制造帶來了可能性,為了達到所需零件的物理和機械性能,必須考慮PEEK材料的結晶動力學和流變特性以及打印參數等。Tseng等人通過FDM打印的PEEK零件的抗拉強度和楊氏模量接近注塑成型的PEEK,其值分別為98.5MPa和2.55GPa。Wang等人通過FDM打印的PEEK零件的抗壓強度為126.4MPa。因此,采用FDM可以開發復雜結構的窺視植入物、功能部件以及工具組件等,從而使得PEEK廣泛應用于航空航天、醫療器械以及汽車制造等領域。

PEEK的改性
- 磺化改性:PEEK不溶于普通有機溶劑,聚合后PEEK的改性主要限于PEEK的磺化,這種改性方法目前已被廣泛采用。它可以使用硫酸、硫酸和甲烷磺酸的混合物、硫酸和發煙硫酸的混合物、三氧化硫 - 磷酸三乙酯絡合物和氯磺酸進行,通過磺化改變化學結構,從而降低結晶度,同時提高了溶解度。
- 其他改性:研究人員還進行了PEEK的硝化和胺化,據報道,羥基化、胺化、氟化、羧化等表面改性的 PEEK可作為哺乳動物細胞培養的底物,已被報道為醫學工程領域的生物相容、無毒和生物惰性材料,并且CF增強的PEEK復合材料表現出與骨組織的出色相容性。
- 復合材料構建:雖然PEEK具有優異的性能,但仍不能滿足現代工業在機械、熱和摩擦性能等方面提出的較高要求。因此,在PEEK中填充纖維、無機和有機納米粒子構建復合材料已經成為一種趨勢,常用的纖維包括玻璃纖維、碳纖維、鋼纖維和聚四氟乙烯纖維等,此外還有氧化鋁晶須和氧化鋅晶須等;納米顆粒包括二氧化硅、二氧化鋯、氮化硅和氧化鋁等。這些填料的加入顯著提高了PEEK的摩擦磨損性能,目前PEEK基復合材料已經用于制造高速轉子、活塞、齒輪和O型環等。Zalaznik通過熱壓的方法研究了加工溫度對PEEK性能的影響。
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