聚醚醚酮（PEEK)

聚醚醚酮(PEEK)是一種新型熱塑性工程塑料，具有非常優秀的物理、力學性能。自1978年由英國ICI公司開發以來，PEEK就受到了廣泛的關注。

國內雖然已有PEEK合成的自主研發技術，并且一定程度上解決了PEEK原料成本過高的問題。

但是我國的PEEK產業鏈發展較發達國家還有很大差距，尤其在高附加價值下游應用的拓展方面，受整體工業制造能力的限制，難以占據優勢。

為整體了解近年來聚醚醚酮復合材料的發展現狀及工藝技術，本文梳理了近年來國內外聚醚醚酮(PEEK)復合材料的性能研究現狀和應用方面的研究工作，并對聚醚醚酮復合材料性能的未來發展提出了展望。

PEEK是一種半結晶性、熱塑性芳香族高分子材料，分子主鏈呈線型，含有鏈節，是聚芳醚酮系列聚合物中最主要的品種。

盡管PEEK材料性能優異，但其依然存在一定的使用局限性，遠遠不能應用于對摩擦磨損、耐沖擊性能和耐腐蝕級別要求較高的領域，例如純PEEK樹脂具有脆性大、剪切性能差、使用溫度相對較低，且價格昂貴等缺點。

國內外材料工作者紛紛對PEEK進行改性，使其PEEK具有價格低廉、相容性和絕緣性好、沖擊性能和壓縮性能高等優點。

如與聚苯硫醚(PPS)共混得到的復合材料，具有特定的熔點和玻璃化溫度，且該材料具有更加優異的成型性能。

PPS與PEEK的共混物還有良好的耐磨性，Panin等專門對基于聚醚醚酮和聚苯硫醚的優化耐磨的熱塑性復合材料的設計方法進行了優化，認為該方法能夠設計出能夠在金屬-聚合物和陶瓷-聚合物摩擦單元中高效工作的高強度耐磨復合材料。

PEEK與聚醚砜(PES)共混后得到的復合材料，具有良好的力學和熱穩定性能。Haragirimana等將磺化聚芳醚砜(SPAES)與磺化聚醚醚酮(SPEEK)按質量比1∶1混合，通過簡單的三組分共混體系制備了SPEEK/SPAES共混膜。

Lin等以不使用流體潤滑劑的潤滑鋼/鋼接觸為目標，系統地研究了干滑動條件下鋼/鋼摩擦系統內PEEK/PTFE共混物的潤滑性能。

結果表明，當預備速率在3~5ng/(mm2·rev)之間經過過渡區后，鋼/鋼接觸處的摩擦系數大幅下降，達到0.3左右的恒定水平。

石墨

結果表明，石墨和PTFE填料的引入明顯降低了復合涂層的磨損率和摩擦系數。因為石墨具有良好的承載能力，PTFE潤滑劑賦予復合涂層較低的摩擦系數，兩者協同作用提高了涂層的耐磨性。

膜是提高燃料電池功率密度的關鍵。蒲陽陽等制備了基于磺化聚醚醚酮(SPEEK)/部分氟化磺化聚芳醚砜(SPFAES)的共混交聯型質子交換膜(CMB)用于氫氧單電池研究，大大增強了功率密度，CMB4膜的**功率密度達到530.5mW/cm2(80℃)。

CFs增強PEEK/PEI具有最低孔隙率，CFs在PEEK/PEI共混基體中分散良好。該材料同時也具有最高的楊氏模量13GPa。用此配比開發的共混物材料有助于熔絲制造高力學性能、耐高溫復合材料。

樹脂填充改性就是將填料與樹脂復合，可以改善樹脂的性能，如剛性、耐熱性、成型加工性等，以提高制品及部件尺寸的穩定性。常見填充增強體有纖維、納米粒子、石墨烯等。   

PEEK改性當前最普遍的方法是進行纖維增強，大量研究發現，利用玻璃纖維(GF)、碳纖維(CF)增強的PEEK材料，具有較高的熱變形溫度和較低的收縮率，在航空航天等高科技領域具有廣闊的應用前景。   

碳纖維具有高比強度、比模量，還具有耐腐蝕、抗氧化、耐水、耐油等優異的化學性能

大量的學者研究了利用纖維增強改性PEEK材料，如姚晨熙等等研究了剪切載荷下CF/PEEK復合材料強化行為，發現溫度和應變率對CF/PEEK復合材料的屈服應力有著較大的影響。

Pan等制成TC4/PEEK/CF(Ti-6Al-4V合金基碳纖維增強聚醚醚酮復合材料)層合板，研究了在不同質量沖擊下的沖擊響應和損傷模式，發現TC4/PEEK/CF層合板的主要損傷模式為層間復合材料分層、金屬板塑性變形和剪切斷裂。

Qiu等采用含氧聚苯硫醚作為上漿劑，制成的CF/PEEK復合材料表現出明顯的高拉伸強度、較低的平均摩擦系數和磨損率。碳纖維增強的PEEK復合材料用作骨科植入物和口腔種植體時均取得滿意效果，對植入物的遠期成活較有利。

GF的引入對復合材料的熔點、玻璃化轉變溫度、結晶度、儲能模量等產生不同影響。Shu等研究GF化學接枝改性，引入胺化聚醚醚酮和酰化碳納米管的雙重相容劑，發現改性GF增強聚醚醚酮復合材料的層間剪切強度、抗拉強度和模量，他們分別提高了75%(~35MPa)、23%(~338MPa)和12%(~18GPa)，顯示出較大潛力。

聚醚醚酮(PEEK)因其與人骨彈性模量相近而被認為是一種優良的骨科植入材料，其具有良好的生物相容性、較高的機械強度，但具有生物惰性。

Lv等將納米羥基磷灰石(HAP)和二氧化鋯(ZrO2)復合到聚醚醚酮(PEEK)中，制備HAP/ZrO2/PEEK生物復合材料。

PEEK人工膝關節 圖源：索爾維

在此復合材料表面進行激光表面處理以構建出具有不同直徑的凹坑結構，發現此多孔陣列明顯促進了小鼠胚胎成骨細胞前體細胞的黏附和增殖，同時此材料還具有良好的力學性能和熱穩定性。   

石墨烯是單層二維蜂窩狀晶格結構，具有優異的光學、電學、力學特性。石墨烯和PEEK制成的復合材料交換膜可用于燃料電池。

Suhaimin等將富氧官能團的少層氧化石墨烯摻入磺化聚醚醚酮(SPEEK)基體中，發現提高了離子交換容量，其可作為一種很好的質子交換膜(PEMs)。

PEEK是碳纖維層合板中替代環氧樹脂用于高性能航空應用的優良候選材料。

Araceli等研究石墨烯在聚醚醚酮/碳纖維層合板中的增強作用，發現對于5wt%的石墨烯，PEEK層表現出明顯的模量提高(≈30%)，為促進界面相互作用的層間力學改善提供了可行的途徑。   

聚醚醚酮(PEEK)長絲   圖源：贏創

研究結果表明：采用熔融擠出工藝制備的PEEK-Gnps納米復合長絲在30℃下的儲能模量(61%)有極好的提高，當Gnps含量為1.0wt%時,其拉伸強度(34%)、楊氏模量(25%)和斷裂伸長率(37%)顯著提高。

而且，PEEK之外的Gnps增強了聚合物基體的熱穩定性。所制備的PEEK-Gnps納米復合材料可應用于航空航天、汽車零部件3D打印、仿人機器人結構件和生物醫療設備等高要求工程領域。   

填充改性是目前研究人員研究較多的領域，因為其具有成本較低、性能優良、簡單高效的特點，可以利用多種材料的復合效應改善原材料的缺陷。但填充改性時也要考慮到填料與基體相容性問題，改善界面結合力，提高材料的綜合性能。

激光處理可以使PEEK表面變得粗糙，有利于制品膠接。李衛杰等制成三種材料的3D打印制件，分別為聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚醚酮 (PEEK)和聚醚醚酮/碳纖維(PEEK/CF)。

激光處理PEEK在低功率密度下摩擦的減少原因主要為處理過程中發生了氧化，PEEK表面吸附了水分子和陽離子，表面粗糙度沒有明顯變化。

對于激光功率密度較高的PEEK處理，表面發生了碳化，表面粗糙度明顯增加，表面更加疏水，并產生固體潤滑使磨損降低。

將不同性能的樹脂材料與PEEK共混，能有效改善成型性能、熱穩定性、耐磨性等。將纖維、納米材料、石墨烯等無機物填充進PEEK基體，可改善PEEK材料的綜合性能，可應用于航空航天、汽車交通、燃料電池等領域。

通過等離子體、濕化學法、輻射處理法表面改性方法，PEEK制品表面得到人們想要的性能。