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PEKK 3D打印材料在航天航空的应用

2020-11-06


美国牛津高性能材料公司(Oxford Performance Materials,OPM)从2000年开始研究PEKK,已经开发出相关的材料和应用技术。

OPM公司采用低温合成技术开发的PEKK产品OXPEKK -LTS具有两大优点:过程可控和直接产出球形粉末。因为,再研磨过程中会碰到锯齿状聚合物,在后续的涂覆和预浸带制备过程中很难实现均匀的堆叠。而球形的OXPEKK-LTS可以使预浸带的制备精度更高。现在我们能够提高预浸带的性能,同时通过原位聚合(ISC)实现真正的非热压罐(OOA)制造,这在原来的带材尺寸精度下是不可能实现的。

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PEKK的性能依所用单体酰氯的不同而有所差异。以对苯二甲酰氯为原料合成的PEKK在聚芳醚酮主要品种中具有最高玻璃化温度和熔点。以间苯二甲酰氯为原料合成的PEKK熔点和玻璃化温度有所降低。在实际生产中大多以对苯二甲酰氯和间苯二甲酰氯的混合物为原料生产PEKK。

1.航空航天

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。聚苯硫醚 (PPS)和聚 醚 醚 酮(PEEK)证实它们的性能与成本不同.PPS的优点是成本低,但其玻璃 态转化温度为90℃,韧性低。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做为增强材料,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,而且的典型的太空环境下,性能受影响最小。

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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。”

2. 3D打印

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。

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Stratasys公司的Scott Sevcik认为,PEKK的韧性、强度、更高的温度和更好的疲劳寿命特性使其非常适合用于飞机上。

Sevcik说:"使用ULTEM,强度会有一点提高,但对燃料、液压油和碳氢化合物的更好的耐化学性是PEKK优于PEI的地方。循环环境下的疲劳性能和更好的伸长率是关键品质,ULTEM是飞机机舱内和机舱外的理想材料。"

波音公司从内饰部件开始,朝着内部机舱部件发展。有了这项认证,航空航天领导者现在将能够使用高温Antero材料为其航空领域生产飞行零件。

Antero是一种基于PEKK的聚合物,该材料已作为其BMS8-444规范的一部分添加到波音的合格产品列表中。它已成为波音公司认证的材料,可用于阻燃性能、耐化学性或疲劳性要求高的应用中。

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Stratasys航空航天副总裁ScottSevcik表示:“波音公司已经意识到Antero能够满足以前无法进行3D打印的应用程序的巨大用途。” “增材制造在简化原始测试件和MRO中的航空供应链方面具有巨大优势,材料认证与性能是用于满足挑战性飞行要求的前提,现在做到了。”


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