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PEKK 3D打印材料在航天航空的應(yīng)用

2020-11-06

美國牛津高性能材料公司（Oxford Performance Materials，OPM）從2000年開始研究PEKK，已經(jīng)開發(fā)出相關(guān)的材料和應(yīng)用技術(shù)。

OPM公司采用低溫合成技術(shù)開發(fā)的PEKK產(chǎn)品OXPEKK -LTS具有兩大優(yōu)點：過程可控和直接產(chǎn)出球形粉末。因為，再研磨過程中會碰到鋸齒狀聚合物，在后續(xù)的涂覆和預(yù)浸帶制備過程中很難實現(xiàn)均勻的堆疊。而球形的OXPEKK-LTS可以使預(yù)浸帶的制備精度更高?，F(xiàn)在我們能夠提高預(yù)浸帶的性能，同時通過原位聚合（ISC）實現(xiàn)真正的非熱壓罐（OOA）制造，這在原來的帶材尺寸精度下是不可能實現(xiàn)的。

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PEKK的性能依所用單體酰氯的不同而有所差異。以對苯二甲酰氯為原料合成的PEKK在聚芳醚酮主要品種中具有最高玻璃化溫度和熔點。以間苯二甲酰氯為原料合成的PEKK熔點和玻璃化溫度有所降低。在實際生產(chǎn)中大多以對苯二甲酰氯和間苯二甲酰氯的混合物為原料生產(chǎn)PEKK。

1.航空航天

我們知道，在航空航天及其高性能應(yīng)用方面，允許熱塑性復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)材料。聚苯硫醚（PPS）和聚醚醚酮（PEEK）證實它們的性能與成本不同.PPS的優(yōu)點是成本低，但其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度為90℃，韌性低。PEEK的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度為143℃，且有優(yōu)異的外觀性能，然而成本過高，應(yīng)用范圍受到限制，為進(jìn)一步應(yīng)用帶來困難。聚醚酮酮PEKK，其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度為156℃，是一種半結(jié)晶聚合物。它可以用碳纖維和玻璃纖維單向帶和織物做為增強材料，加工制造連續(xù)增強復(fù)合材料。PEKK復(fù)合材料性能優(yōu)于PPS復(fù)合材料，吸濕性低，在濕熱條件下，Tg降低很小，而且的典型的太空環(huán)境下，性能受影響最小。

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瑞典Automated Dynamics公司總裁Robert Langone則表示：“我們對包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）、PEEK和PEKK在內(nèi)的幾乎所有熱塑性樹脂都進(jìn)行了研究，某種程度上講，PEKK的晶化速度比PEEK更慢，因此可加工性更強?！蹦鞘遣皇钦f晶化速度更慢會使過程更可控、工藝窗口更寬松呢？Langone補充道：“我認(rèn)為其較低的熔體粘度是加工性更強的原因。但即使是具有快速晶化能力的最新一代PEKK，與PEEK相比，晶化也不那么容易。”

2. 3D打印

SmarTech在2017年出版的一份《聚合物及塑料3D打印》十年預(yù)測報告中稱：PEEK/PEKK成最賺錢3D打印材料。

SmarTech這份關(guān)于聚合物的報告還詳細(xì)分析了PEEK和PEKK將逐漸和部分替代ULTEM材料的趨勢：目前，ULTEM材料占據(jù)了3D打印先進(jìn)熱塑性材料的大部分市場份額，但是本身價格相對較高；而另一方面，Stratasys等一些廠商材料擠出設(shè)備的成熟和商業(yè)化，有利于增加PEEK/PEKK材料的使用，擴大這些材料的應(yīng)用范圍。

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Stratasys公司的Scott Sevcik認(rèn)為，PEKK的韌性、強度、更高的溫度和更好的疲勞壽命特性使其非常適合用于飛機上。

Sevcik說："使用ULTEM，強度會有一點提高，但對燃料、液壓油和碳?xì)浠衔锏母玫哪突瘜W(xué)性是PEKK優(yōu)于PEI的地方。循環(huán)環(huán)境下的疲勞性能和更好的伸長率是關(guān)鍵品質(zhì)，ULTEM是飛機機艙內(nèi)和機艙外的理想材料。"

波音公司從內(nèi)飾部件開始，朝著內(nèi)部機艙部件發(fā)展。有了這項認(rèn)證，航空航天領(lǐng)導(dǎo)者現(xiàn)在將能夠使用高溫Antero材料為其航空領(lǐng)域生產(chǎn)飛行零件。

Antero是一種基于PEKK的聚合物，該材料已作為其BMS8-444規(guī)范的一部分添加到波音的合格產(chǎn)品列表中。它已成為波音公司認(rèn)證的材料，可用于阻燃性能、耐化學(xué)性或疲勞性要求高的應(yīng)用中。

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Stratasys航空航天副總裁ScottSevcik表示：“波音公司已經(jīng)意識到Antero能夠滿足以前無法進(jìn)行3D打印的應(yīng)用程序的巨大用途?！?“增材制造在簡化原始測試件和MRO中的航空供應(yīng)鏈方面具有巨大優(yōu)勢，材料認(rèn)證與性能是用于滿足挑戰(zhàn)性飛行要求的前提，現(xiàn)在做到了。”

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