聚醚醚酮PEEK材料：人形機(jī)器人核心輕量化材料

PEEK材料已在交通運輸、航空航天、電子信息、能源及工業(yè)、醫(yī)療健康等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，未尤其是近期在作為人形機(jī)器人減重的重要替換材料。

本文將從以下4個部分去解讀PEEK材料：

1.peek材料介紹以及市場情況

2.peek的優(yōu)點

3.peek的應(yīng)用場景

4.peek相關(guān)的標(biāo)的公司

PEEK，化學(xué)名稱為聚醚醚酮，是一種芳香族半結(jié)晶的線性熱塑性聚合物，屬于特種工程塑料。從分子結(jié)構(gòu)來看，其分子鏈由通過醚鍵（-O-）和酮鍵（-CO-）連接的苯環(huán)構(gòu)成 ，這種獨特的結(jié)構(gòu)賦了 PEEK 高度的化學(xué)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性。

在塑料材料的金字塔中，特種工程塑料位于頂端，而 PEEK 又是其中的佼佼者，具有普通塑料和一般工程塑料無法比擬的優(yōu)異性能。

1978 年，英國帝國化學(xué)工業(yè)公司（ICI）開發(fā)出 PEEK，最初它主要應(yīng)用于國防軍工領(lǐng)域，憑借其出色的綜合性能，逐漸在高端制造領(lǐng)域嶄露頭角。

隨后，1981 年英國威格斯（Victrex）公司從 ICI 收購了 PEEK 業(yè)務(wù)，并將其商業(yè)化，以 Victrex 的牌號進(jìn)行銷售，推動 PEEK 在民用高科技領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展。在此之后，越來越多的企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)開始對 PEEK 進(jìn)行研究和開發(fā)，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

盡管目前 PEEK 市場在整個塑料市場中占比較小，但憑借其獨特的性能優(yōu)勢，正逐漸在高端制造領(lǐng)域嶄露頭角，展現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。

據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院、Emergen Research 和沙利文預(yù)測，2024 年全球 PEEK 市場規(guī)模為 61 億元，預(yù)計到 2027 年將達(dá) 85.4 億元，2024 - 2027 年期間的年復(fù)合增長率（CAGR）為 12% 。這樣的增長速度反映出 PEEK 材料在全球尤其是中國市場的強(qiáng)勁需求和廣闊的發(fā)展空間。  

在全球 PEEK 市場中，呈現(xiàn)出海外巨頭主導(dǎo)的競爭格局。自 1978 年 PEEK 樹脂首次商業(yè)化生產(chǎn)以來，掌握大規(guī)模工業(yè)穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)屈指可數(shù)。

英國威格斯（Victrex）、比利時索爾維（Solvay）和德國贏創(chuàng)（Evonik）三家公司幾乎壟斷了全球絕大部分市場份額，2021 年這三家企業(yè)的全球銷量占比高達(dá) 84%，其中威格斯更是獨占鰲頭，占比 54% 。

這些海外企業(yè)憑借其先發(fā)優(yōu)勢，在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量和市場份額方面都具有顯著優(yōu)勢，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各個高端領(lǐng)域，在航空航天、汽車、電子等行業(yè)擁有長期穩(wěn)定的客戶群體。

1.耐高溫性能：輕松應(yīng)對極端高溫

PEEK 材料具有出色的耐高溫性能，堪稱材料中的 “高溫勇士”。其熔點高達(dá) 343℃ ，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為 143℃ ，長期使用溫度可達(dá) 260℃ ，瞬時使用溫度更是能達(dá)到 300℃。

這一特性使其在眾多需要承受高溫的應(yīng)用場景中表現(xiàn)出色，成為航空航天、汽車制造等高溫環(huán)境下的理想選擇。

在航空發(fā)動機(jī)部件中，PEEK 材料能夠在高溫、高壓和高機(jī)械負(fù)荷的極端條件下保持穩(wěn)定的性能。發(fā)動機(jī)在運行過程中，內(nèi)部溫度極高，普通材料很難承受這樣的高溫考驗，而 PEEK 材料卻能輕松應(yīng)對，確保部件的正常運行，提高發(fā)動機(jī)的效率和可靠性。

在汽車的發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)中，高溫尾氣不斷排出，PEEK 材料制成的零部件能夠耐受高溫尾氣的沖刷，不易變形或損壞，有效延長了排氣系統(tǒng)的使用壽命。

2.機(jī)械性能：強(qiáng)度與韌性的完美結(jié)合

PEEK 材料的機(jī)械性能十分優(yōu)異，拉伸強(qiáng)度可達(dá) 100MPa 以上，屈服強(qiáng)度可達(dá) 130MPa ，彈性拉伸模量為 4300MPa ，洛氏硬度高達(dá) 126 ，夏比沖擊（無切口）測試中未發(fā)生斷裂 。

這些數(shù)據(jù)表明 PEEK 材料具有高強(qiáng)度、高剛度和良好的抗沖擊性能，能夠承受較大的機(jī)械負(fù)荷而不易變形或損壞。

與金屬材料相比，PEEK 材料在某些方面具有獨特的優(yōu)勢。雖然金屬材料通常具有較高的強(qiáng)度和剛度，但 PEEK 材料的比強(qiáng)度（拉伸強(qiáng)度與密度的比值）表現(xiàn)出色，其比強(qiáng)度是鋼的 21 倍、鋁合金的 8 倍，這意味著在相同重量的情況下，PEEK 材料能夠承受更大的拉力。

在航空航天領(lǐng)域，減輕部件重量對于提高飛行器的性能至關(guān)重要，PEEK 材料的輕量化特性和優(yōu)異的機(jī)械性能使其成為替代金屬材料的理想選擇。

在汽車發(fā)動機(jī)零件中，PEEK 材料的高強(qiáng)度和耐磨性使其能夠承受發(fā)動機(jī)內(nèi)部的高溫、高壓和高速摩擦，有效延長零件的使用壽命。發(fā)動機(jī)的活塞環(huán)、氣門座等部件，在工作過程中需要承受巨大的壓力和摩擦力，PEEK 材料的出色機(jī)械性能能夠確保這些部件在惡劣的工作條件下穩(wěn)定運行，提高發(fā)動機(jī)的性能和可靠性。   

3.化學(xué)穩(wěn)定性：腐蝕環(huán)境中的 “不倒翁”

PEEK 材料具有**的化學(xué)穩(wěn)定性，幾乎能抵抗所有化學(xué)試劑的侵蝕，除了濃硫酸外，它不溶于任何溶劑和強(qiáng)酸、強(qiáng)堿 。

在化工、制藥、食品加工等行業(yè)中，許多生產(chǎn)過程都涉及到各種化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)對材料的腐蝕性很強(qiáng)，而 PEEK 材料的化學(xué)穩(wěn)定性使其成為這些行業(yè)中應(yīng)用的理想材料。

在化工管道中，PEEK 材料能夠抵抗各種化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，確保管道的安全運行，減少泄漏和維修成本。

在反應(yīng)釜內(nèi)襯中，PEEK 材料能夠承受高溫、高壓和化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，保證反應(yīng)釜的正常工作，提高生產(chǎn)效率。

4.自潤滑與耐磨：減少摩擦，延長壽命

PEEK 材料具有良好的自潤滑性能，其摩擦系數(shù)低，在較高負(fù)載反復(fù)作用下都能保持較低的摩擦因數(shù)和磨損量。

這一特性使其在軸承、齒輪等機(jī)械部件中得到廣泛應(yīng)用，能夠減少部件之間的摩擦和磨損，延長部件的使用壽命。

在軸承應(yīng)用中，PEEK 材料的自潤滑性能使其無需添加潤滑油，避免了潤滑油泄漏和污染的問題，同時也減少了維護(hù)成本。與傳統(tǒng)的潤滑材料相比，PEEK 材料的自潤滑性能更加持久穩(wěn)定，能夠在惡劣的工作環(huán)境下保持良好的潤滑效果。

在齒輪傳動系統(tǒng)中，PEEK 材料的耐磨性能夠有效減少齒輪的磨損，提高傳動效率，降低噪音和振動。

1.航空航天：助力飛行器輕量化與高性能

在航空航天領(lǐng)域，PEEK 材料憑借其出色的性能成為了眾多關(guān)鍵部件的理想選擇 。它被廣泛應(yīng)用于制造飛機(jī)發(fā)動機(jī)零部件、機(jī)翼結(jié)構(gòu)件、內(nèi)飾件等。

在飛機(jī)發(fā)動機(jī)中，PEEK 材料制成的密封件能夠在高溫、高壓的極端環(huán)境下保持良好的密封性能，有效防止氣體泄漏，提高發(fā)動機(jī)的工作效率；其制造的軸承具有良好的耐磨性和自潤滑性，能夠減少部件之間的摩擦，降低能耗，延長發(fā)動機(jī)的使用壽命。

在機(jī)翼結(jié)構(gòu)件中，PEEK 材料的高強(qiáng)度和輕量化特性使其能夠減輕機(jī)翼的重量，提高飛機(jī)的燃油效率和飛行性能 。

在飛機(jī)內(nèi)飾件方面，PEEK 材料的阻燃性和低煙無毒特性，為乘客提供了更加安全舒適的乘坐環(huán)境。   

空客和波音等**飛機(jī)制造商都在其飛機(jī)制造中應(yīng)用了 PEEK 材料?？湛?A320 系列飛機(jī)的發(fā)動機(jī)艙部件就采用了 PEEK 材料，有效減輕了部件重量，提高了發(fā)動機(jī)的性能；

波音 787 夢想客機(jī)也在多個部位使用了 PEEK 材料，如內(nèi)飾板、座椅框架等，不僅實現(xiàn)了飛機(jī)的輕量化，還提升了飛機(jī)的整體性能和舒適性 。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，使用 PEEK 材料替代傳統(tǒng)金屬材料，可使飛機(jī)部件重量減輕 30% - 60% ，同時提高部件的使用壽命和可靠性。

2.汽車工業(yè)：推動汽車升級的新動力

在汽車工業(yè)中，PEEK 材料的應(yīng)用十分廣泛，涵蓋了發(fā)動機(jī)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、內(nèi)飾等多個關(guān)鍵部件。

發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣濾清器外殼使用 PEEK 材料，能夠承受高溫和振動，保證空氣的過濾效果，提高發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣效率；

排氣系統(tǒng)中的排氣管和消聲器部件采用 PEEK 材料，不僅能夠減輕重量，還能提高耐腐蝕性和耐高溫性能，延長排氣系統(tǒng)的使用壽命；

渦輪增壓器部件使用 PEEK 材料，能夠在高溫、高壓的環(huán)境下穩(wěn)定工作，提高渦輪增壓器的效率和可靠性。

在傳動系統(tǒng)中，PEEK 材料可用于制造變速器的齒輪、軸承、密封件等部件 。PEEK 材料制成的齒輪具有良好的耐磨性和自潤滑性，能夠減少齒輪之間的摩擦和磨損，降低噪音，提高傳動效率；

軸承使用 PEEK 材料，能夠承受較大的載荷，具有良好的抗疲勞性能，延長傳動系統(tǒng)的使用壽命；密封件采用 PEEK 材料，能夠有效防止?jié)櫥托孤?，保證傳動系統(tǒng)的正常運行。

3.機(jī)器人：滿足輕量化需求

以特斯拉為例，特斯拉二代機(jī)器人不但減重10kg，而且平衡能力顯著提升，相關(guān)人士認(rèn)為塑料替代高密度金屬或有不可或缺的貢獻(xiàn)。

產(chǎn)業(yè)動態(tài)信息層面上，近日中研股份在投資者問答平臺稱，“PEEK材料有應(yīng)用到機(jī)器人相關(guān)部件，目前公司下游客戶有機(jī)器人方面的應(yīng)用”。

從材料的角度出發(fā)，人形機(jī)器人是否用PEEK核心是看材料性能，同時考慮成本。

POM（聚甲醛）、尼龍工程塑料、UHMWPE（超高分子量聚乙烯）、PEKK（聚醚酮酮）是業(yè)內(nèi)關(guān)注度較高的幾種工程塑料，或為PEEK的競品材料。但尼龍工程塑料易溶脹、水解，POM亦有水解擔(dān)憂，POM和UHMWPE熔點都太低，且?guī)追N競品材料除PEKK外機(jī)械性能均較PEEK表現(xiàn)不佳，或不太適用人形機(jī)器人的性能需求。

4.能源工業(yè)：在能源領(lǐng)域大顯身手

在能源工業(yè)中，PEEK 材料以其優(yōu)異的性能在石油開采、核電、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

在石油開采領(lǐng)域，PEEK 材料可用于制造鉆井設(shè)備的密封件、閥座、抽油桿等部件 。石油開采環(huán)境惡劣，需要材料具備良好的耐腐蝕性、耐磨性和耐高溫性能，PEEK 材料能夠滿足這些要求。

在深海石油開采中，鉆井設(shè)備需要承受高壓、低溫和腐蝕性介質(zhì)的侵蝕，PEEK 材料制成的密封件能夠有效防止泄漏，保證設(shè)備的安全運行；閥座使用 PEEK 材料，能夠提高閥門的密封性和耐磨性，延長閥門的使用壽命；抽油桿采用 PEEK 材料，能夠減輕重量，降低能耗，提高抽油效率。中石油、中石化等企業(yè)在石油開采中應(yīng)用了 PEEK 材料，有效提高了開采效率和設(shè)備的可靠性。

在核電領(lǐng)域，PEEK 材料可用于制造核反應(yīng)堆的密封件、絕緣材料、管道等部件。核反應(yīng)堆運行環(huán)境極端，需要材料具備耐輻照、耐高溫、耐腐蝕等性能，PEEK 材料能夠滿足這些嚴(yán)格要求。在核反應(yīng)堆中，密封件需要防止放射性物質(zhì)泄漏，PEEK 材料的化學(xué)穩(wěn)定性和密封性使其成為理想選擇；絕緣材料使用 PEEK 材料，能夠在高溫和強(qiáng)輻射環(huán)境下保持良好的絕緣性能，保證設(shè)備的安全運行。

在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，PEEK 材料可用于制造風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片、軸承、齒輪箱等部件。風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜，需要材料具備高強(qiáng)度、耐疲勞、耐腐蝕等性能，PEEK 材料能夠滿足這些要求。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片需要承受巨大的風(fēng)力和振動，PEEK 材料制成的葉片具有良好的強(qiáng)度和韌性，能夠提高葉片的使用壽命和發(fā)電效率。  

總結(jié)：

1.在人形機(jī)器人領(lǐng)域，PEEK 材料的輕量化和優(yōu)異物理性能使其成為實現(xiàn)機(jī)器人減重的重要選擇。

2.PEEK 材料的比強(qiáng)度是鋁合金的 8 倍，密度僅為鋁合金的 1/2 ，用其替代鋁合金可使人形機(jī)器人骨架重量減輕 40%，同時保持高剛性和抗彎強(qiáng)度。PEEK 的自潤滑性可減少關(guān)節(jié)與齒輪磨損，延長使用壽命；其耐磨性和耐高溫性確保軸承與傳動系統(tǒng)在頻繁運動中的穩(wěn)定性，支持精準(zhǔn)操作。   

3.新能源汽車行業(yè)對輕量化材料的需求也為 PEEK 材料提供了廣闊的應(yīng)用空間。PEEK 材料因其高強(qiáng)度、高剛性、低重量的特點，被廣泛應(yīng)用于新能源汽車的電池包、電機(jī)、電控系統(tǒng)等關(guān)鍵部件中，為新機(jī)器人的輕量化和性能提升做出了重要貢獻(xiàn)。