我们知道，在航空航天及其高性能应用方面，允许热塑性复合材料作为结构材料。今天就对两种名字十分相似的材料进行比较，他们就是，聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK），看看究竟哪一个更适合以热塑性带材形式经原位固化批量化生产航空结构件？

PEEK

该聚合物的化学名称为“聚醚醚酮”，实际上是PAEK家族的一部分，显然是1980年代英国Victrex发明的。它具有强大的耐用性，因此成为最受欢迎的高温3D打印材料之一，因此通常用于高应力应用。

聚醚醚酮（PEEK）具有以下方面的特性

耐高温性：PEEK具有较高的玻璃化转变温度（Tg=143℃）和熔点（Tm=334℃），其负载热变形温度高达316℃，长期使用温度为260℃，瞬时使用温度可达300℃。

自润滑性：PEEK具有良好的滑动特性，适合于严格要求低摩擦系数和耐磨耗用途的场合，特别是用碳纤维、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常优越。

耐腐蚀性：除浓硫酸外，PEEK不溶于任何溶剂，具有很高的化学稳定性。

阻燃性：PEEK具有自熄性，即使不加任何阻燃剂，可达到UL标准的94V-0级。

易加工性：由于PEEK具有较好的高温流动性，且热分解温度高的特点，可采用多种加工方式，比如注塑成型、挤出成型、模压成型及熔融纺丝等。

机械特性：PEEK具有良好的韧性和刚性，它具备与合金材料媲美的优良耐疲劳性。

电性能：PEEK有高的体积电阻率和表面电阻率，在宽广的温度范围及环境变化下可以承受各种频率的交流电位场强，保持良好的绝缘性能。

耐水解性：树脂及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响，在高温及高压蒸汽或水环境下可以连续使用而保持良好的机械性能。

耐候性：优良的耐候性能，聚合物可用于制造工作环境要求严格或需要经常耐杀菌处理的组件。

PEKK

化学名称“聚醚酮酮”，这种新兴的3D打印材料正变得越来越流行。PEKK与PEEK的不同之处不仅在于其名称，还因为它们具有许多共同的特性。但是，PEKK能够承受更大的压缩力,耐热性也往往比PEEK高。

聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK）有何不同之处？究竟哪一个更适合以热塑性带材形式经原位固化批量化生产航空结构件？

结晶工艺温度不同

PEEK的玻璃态转化温度为143℃，且有优异的外观性能，然而成本过高，应用范围受到限制，为进一步应用带来困难。聚醚酮酮PEKK，其玻璃态转化温度为156℃，是一种半结晶聚合物。它可以用碳纤维和玻璃纤维单向带和织物作为增强材料，加工制造连续增强复合材料。PEKK复合材料性能优于PPS复合材料，吸湿性低，在湿热条件下，Tg降低很小，而且在典型的太空环境下，性能受影响最小。

荷兰航空航天中心（NLR）结构技术部高级复合材料科学家Henri de Vries介绍：“PEKK与PEEK外观很相似，结晶行为也类似，但二者的工艺温度不同，PEKK为375°C，而PEEK为385°C。”

瑞典Automated Dynamics公司总裁Robert Langone则表示："我们对包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）、PEEK和PEKK在内的几乎所有热塑性树脂都进行了研究，某种程度上讲，PEKK的晶化速度比PEEK更慢，因此可加工性更强。"那是不是说晶化速度更慢会使过程更可控、工艺窗口更宽松呢？Langone补充道："我认为其较低的熔体粘度是加工性更强的原因。但即使是具有快速晶化能力的最新一代PEKK，与PEEK相比，晶化也不那么容易。"

NLR与GKN航空公司旗下Fokker技术公司在“热塑性塑料经济可承受飞机主承力结构（TAPAS）”项目的第一和第二阶段所开发的热塑性复合材料（TPC）技术开发方面颇有建树，成功研制出了跨度12m的抗扭箱，并于近期采用自动纤维铺放技术（AFP）和热压罐固化技术制成了6m长、28mm厚的碳纤维增强PEEK发动机挂架上梁。

De Vries发现由于PEKK的工艺窗口更宽，因此更适合AFP工艺。与之相比，PEEK的工艺窗口在385-390°C范围内，工艺要求相对苛刻，360°C的工艺条件显然是不够理想的。而对PEKK来讲，355°C也是不错的加工温度。因此，不仅仅是工艺窗口的温度下限更低，其处于液态的时间也会略长，固化效果也更好。

De Vries补充说，与真空袋热压罐成型工艺相比，压力成型是一种更快的两步法固化工艺。而对于压力成型来说，PEKK是一种有趣的材料。PEKK旧的规格体系对压力成型来讲工作节拍太慢，而新规格的PEKK比PEEK性能更好、也更便宜。

瑞典Automated Dynamics公司总裁Robert Langone则表示：“我们对包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）、PEEK和PEKK在内的几乎所有热塑性树脂都进行了研究，某种程度上讲，PEKK的晶化速度比PEEK更慢，因此可加工性更强。”那是不是说晶化速度更慢会使过程更可控、工艺窗口更宽松呢？

Langone补充道：“我认为其较低的熔体粘度是加工性更强的原因。但即使是具有快速晶化能力的最新一代PEKK，与PEEK相比，晶化也不那么容易。”

GKN航空公司旗下Fokker技术公司航空结构研发部主任Arnt Offringa也表示：“对于压力成型来讲，PEEK和PEKK都相当出色。而对于热压罐工艺，PEKK由于具有更低的熔点，使工艺过程更加稳定。”

3D打印结构抗菌性能不同

SmarTech在2017年出版的一份《聚合物及塑料3D打印》十年预测报告中称：PEEK/PEKK成最赚钱3D打印材料。

SmarTech这份关于聚合物的报告还详细分析了PEEK和PEKK将逐渐和部分替代ULTEM材料的趋势：目前，ULTEM材料占据了3D打印先进热塑性材料的大部分市场份额，但是本身价格相对较高；而另一方面，Stratasys等一些厂商材料挤出设备的成熟和商业化，有利于增加PEEK/PEKK材料的使用，扩大这些材料的应用范围。

在矫形应用方面，使用其PEKK材料制成的3D打印结构比用传统的PEEK（聚醚醚酮）打印的结构具有更好的抗菌性能。“在这项研究中，在聚醚酮酮（PEKK）上制造纳米结构表面，这是一种新的骨科植入物化学，由具有随机间距的纳米柱组成。具体而言，5天后，与骨科行业标准聚醚醚酮（PEEK）相比，在PEKK表面上发现少于37％的表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）。与PEEK相比，培养一天后，铜绿假单胞菌附着和生长也降低了28％，培养5天后降低了约50％。这种细菌功能的下降是在不使用抗生素的情况下实现的。”

2019年3月15日，总部位于英国的Victrex宣布对Bond高性能3D技术进行数百万欧元的投资。这项技术是由荷兰公司开发了一种差异化的3D打印机械和软件组合，据报道可以用现有等级的高性能热塑性塑料生产高强度零件。该合作旨在为客户提供3D打印聚芳醚酮零件。

“我们发现市场需要由高性能聚合物制成的强大功能部件，不仅可用于原型设计，还可用于生产，”Bond高性能3D技术首席执行官GeraldHoltvlüwer说。

文章来源： 非凡士3D打印机，3D科学谷，链塑网