PEEK與PEKK：應該選擇哪種高性能材料？

魔猴君  知識堂   134天前

增材制造材料是該工藝的關鍵組成部分，賦予最終部件自己的化學特性和機械特性。當今的市場受益于多種材料的選擇，從聚合物到金屬，包括陶瓷和有機油墨。如果我們看一下塑料，就會發現它們的數量非常多，并且打印起來或多或少具有技術性。無論是長絲、樹脂還是粉末，每種都有其特殊性。今天我們將重點關注高性能聚合物類別，特別是聚芳醚酮(PAEK)系列。制造商越來越多地使用兩種材料：PEEK和PEKK。

PEEK和PEKK通常用于所謂的傳統制造業（塑料注射、機械加工等），它們都具有有趣的熱特性，并以其強度而聞名。通常與金屬相比，它們多年來一直與某些增材制造工藝兼容，特別是材料擠出(FDM)和粉末燒結。但這兩種高性能熱塑性塑料有什么區別呢？應該優先選擇哪一個？魔猴網將為您解釋一切！

PEEK和PEKK是高性能材料

成分及特點

在比較兩種高性能聚合物時，重要的是從它們的成分和性能開始，以便了解它們在制造過程中的表現，這對您的選擇具有決定性作用。因此，這兩種材料屬于PAEK系列，是一組高性能半結晶和無定形熱塑性塑料。在這個家族中，最常用的聚合物是PEEK，它由1個酮和2個醚的分子結構組成。另一方面，PEKK具有相反的分子結構：它有2個酮和1個醚。酮鍵更軟，這增加了聚合物的柔韌性。這意味著對苯二甲酸和間苯二甲酸單體比例較高的半結晶PEKK的玻璃化轉變溫度（聚合物開始軟化的溫度）和熔融溫度較高。

發展

在這兩種材料的主要特性中，我們發現它們具有高機械強度、耐高溫、耐疲勞性和低可燃性。就PEKK而言，這種熱塑性塑料更耐化學液體，具有良好的介電穩定性，并且不會釋放有毒煙霧。另一方面，PEEK具有優異的機械性能，并具有良好的強度/重量比，這使其能夠替代某些金屬。兩種聚合物都可以滅菌，從而促進它們在醫療保健應用中的使用。

使用PEKK 3D打印的零件（照片來源：miniFactory）

因此，PEEK和PEKK具有共同的特性，屬于同一聚合物家族；然而，它們的一些特性因其成分而有所不同。這兩種材料之間的主要區別在于它們的結晶度和結晶速度。這個概念是指聚合物中存在的晶體區域的總數，并以百分比表示。在這種情況下，我們正在比較兩種半結晶元素，但它們的結晶度取決于它們的加工方式并根據它們的加工方式而變化。一般來說，當我們談論3D打印工藝時，PEEK可以達到很高的結晶水平，而PEKK的晶體結構要低得多。結晶度會影響最終部件的性能，而結晶率和流變性會影響打印的難易程度。

易于打印

在這一部分中，我們將主要關注熔融材料沉積（FDM）。在處理高性能聚合物時，必須擁有先進的知識，以避免在打印時出錯，主要是為了避免浪費這些昂貴的材料。您還需要擁有一臺滿足特定溫度要求的3D打印機。使用PEEK進行3D打印時，您需要一臺配備可達到400°C擠出機的機器，以及加熱至120°C的腔室和可高達400°C 230°C的壓板。這些層可以粘附在其上并毫無問題地將其去除。對于無定形PEKK，要求非常相似，但沒有那么嚴格。擠出溫度通常在340至360°C之間，還需要加熱壓板和加熱封閉外殼。

采用PEEK的3D打印冷卻系統（照片來源：Apium）

用技術術語來說，當擠出的長絲固化時，聚合物分子鏈會發生部分排列。基于結晶核，分子鏈折疊并形成有序區域。因此，聚合物中結晶核的百分比越低，冷卻過程就越快，因此層與層之間的粘合力越好。這有助于避免變形現象。換句話說，如果冷卻和凝固過程太快，分子鏈將無法適當彎曲，這將直接影響零件對打印床的附著力以及其最終的機械性能。

如上所述，PEKK的結晶度比PEEK低。這意味著3D打印零件后，它將受到冷卻過程的影響較小。因此，就3D打印的易用性而言，PEEK的使用將更加復雜和技術性更高，因為它需要特定的知識來允許用戶控制擠出過程以及冷卻階段。另一方面，當我們談論選擇性激光燒結(SLS)技術時，聚合物的行為會根據我們想要制造的零件的尺寸而有所不同。這意味著在小模型的情況下，由翹曲效應引起的變形會小得多，甚至不存在；另一方面，要創建的零件越大，控制打印參數就越困難。

PEEK和PEKK的后處理

PEEK和PEKK的后處理并不是最簡單的。在FDM中，使用支撐件來設計更復雜的零件幾乎變得至關重要。然而，與這兩種熱塑性塑料兼容的打印支撐物很少：大多數解決方案都不那么耐熱，因此無法使用。

不過，也有一些廠商專門針對這些高性能材料開發了3D打印支撐件：3DGence和AquaSys就是這種情況。但請注意，它們仍然比傳統支持更昂貴。

3DGence打印支持與高性能材料兼容（照片來源：3DGence）

如果您使用燒結工藝，打印支撐的概念就會消失，但您仍然需要評估每公斤粉末的價格-我們稍后會再討論這一點。

如果我們現在對此類后處理方法感興趣，請知道可以使用PEEK或PEKK對3D打印零件進行退火，以改善各層的融合并賦予最終零件特性更高的機械值。一些3D打印機將此退火步驟直接集成到其機器中，例如miniFactory Ultra。

此外，使用PEEK的3D打印零件可以通過鉆孔或車削等方法進行加工。如有必要，您還可以對零件進行金屬化。

應用領域

關于PEEK和PEKK的用途，我們可以找到類似的應用領域。由于具有上述先進特性，例如機械和耐高壓性、輕質性、剛性等，最常采用這些高性能材料的行業是航空航天、汽車和航空。由于具有生物相容性，它們經常用于醫療領域。請注意，PEEK具有促進骨整合的特性，也就是說，在功能負荷下，骨骼與植入物表面之間存在直接的結構和功能連接。另一方面，PEKK對化學流體有更好的抵抗力，這就是為什么它會更多地用于石油和天然氣行業。它還可以通過鐵路部門的防火/煙霧認證。

PEKK將更多地用于石油和天然氣領域（圖片來源：Kimya）

編譯整理：3dnatives