PEKK 3D列印材料在航天航空的應用

2020-11-09 非凡士3D印表機

美國牛津高性能材料公司（Oxford Performance Materials，OPM）從2000年開始研究PEKK，已經開發出相關的材料和應用技術。

OPM公司採用低溫合成技術開發的PEKK產品OXPEKK -LTS具有兩大優點：過程可控和直接產出球形粉末。因為，在研磨過程中會碰到鋸齒狀聚合物，在後續的塗覆和預浸帶製備過程中很難實現均勻的堆疊。而球形的OXPEKK-LTS可以使預浸帶的製備精度更高。現在我們能夠提高預浸帶的性能，同時通過原位聚合（ISC）實現真正的非熱壓罐（OOA）製造，這在原來的帶材尺寸精度下是不可能實現的。

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

1.航空航天

我們知道，在航空航天及其高性能應用方面，允許熱塑性複合材料作為結構材料。聚苯硫醚 （PPS）和聚 醚 醚 酮（PEEK）證實它們的性能與成本不同.PPS的優點是成本低，但其玻璃 態轉化溫度為90℃，韌性低。PEEK的玻璃態轉化溫度為143℃，且有優異的外觀性能，然而成本過高，應用範圍受到限制，為進一步應用帶來困難。聚醚酮酮PEKK，其玻璃態轉化溫度為156℃，是一種半結晶聚合物。它可以用碳纖維和玻璃纖維單向帶和織物作為增強材料，加工製造連續增強複合材料。PEKK複合材料性能優於PPS複合材料，吸溼性低，在溼熱條件下，Tg降低很小，而且在典型的太空環境下，性能受影響最小。

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）、聚醯胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）、PEEK和PEKK在內的幾乎所有熱塑性樹脂都進行了研究，某種程度上講，PEKK的晶化速度比PEEK更慢，因此可加工性更強。"那是不是說晶化速度更慢會使過程更可控、工藝窗口更寬鬆呢？Langone補充道："我認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，晶化也不那麼容易。"

2. 3D列印

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

SmarTech這份關於聚合物的報告還詳細分析了PEEK和PEKK將逐漸和部分替代ULTEM材料的趨勢：目前，ULTEM材料佔據了3D列印先進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備的成熟和商業化，有利於增加PEEK/PEKK材料的使用，擴大這些材料的應用範圍。

Stratasys公司的Scott Sevcik認為，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於飛機上。

Sevcik說："使用ULTEM，強度會有一點提高，但對燃料、液壓油和碳氫化合物的更好的耐化學性是PEKK優於PEI的地方。循環環境下的疲勞性能和更好的伸長率是關鍵品質，ULTEM是飛機機艙內和機艙外的理想材料。"

波音公司從內飾部件開始，朝著內部機艙部件發展。有了這項認證，航空航天領導者現在將能夠使用高溫Antero材料為其航空領域生產飛行零件。

Antero是一種基於PEKK的聚合物，該材料已作為其BMS8-444規範的一部分添加到波音的合格產品列表中。它已成為波音公司認證的材料，可用於阻燃性能、耐化學性或疲勞性要求高的應用中。

Stratasys航空航天副總裁ScottSevcik表示："波音公司已經意識到Antero能夠滿足以前無法進行3D列印的應用程式的巨大用途。" "增材製造在簡化原始測試件和MRO中的航空供應鏈方面具有巨大優勢，材料認證與性能是用於滿足挑戰性飛行要求的前提，現在做到了。"

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