隨著新型PAEK（聚芳醚酮）的推出，如VICTREX AE™250單向帶，用于航空航天復合材料的突破性性能，以及最近在增材制造中重新定義Z方向強度的VICTREX AM™200細絲，我經常被問到，“那是PEEK嗎？”和“PEEK和PAEK之間有什么區別？”是時候解釋了！

 

最簡單的方法是將“PAEK”一詞視為一個家族名稱——正如我在之前的博客中提到的，它描述了至少由芳基、醚和酮構建基組成的聚合物的一般家族。

你可能會驚訝地聽到，迄今為止，有超過340種不同的PAEK被報道，但其中大多數是無定形的，幾乎沒有工業意義。

PAEK家族：文獻中報道約340種已知的聚芳醚酮。

 

在Victrex，我們更喜歡專注于半結晶材料，因為這確保了聚合物具有良好的耐化學性、疲勞性、蠕變和磨損性能，正如我之前所討論的那樣。

 

最著名的PAEK是PEEK，其重復單元如下所示：

Victrex生產的其他PAEK包括Victrex HT™,即PEK：

以及VICTREX ST™，即PEKEKK：

隨著酮與醚的比例增加，玻璃化轉變溫度（Tg）和熔點（Tm）也增加。

對于在更高溫度下需要更高剛度和強度的應用來說，更高的Tg是合乎需要的，因為在該溫度以上，聚合物從剛度和玻璃態變為更軟和更有彈性。

然而，這里有一個折衷方案，因為更高的Tm意味著聚合物必須在更高的溫度下處理，這可能具有挑戰性。通常，PAEK在高于其Tm的30–60°C的溫度下進行處理，而實際上，處理遠高于430°C的熱塑性塑料可能會變得棘手。

 

看看上面的表格，有一些非常有趣的事情正在發生：我包括了在絕對或開爾文溫標K上測量的Tg和Tm（如果你想知道的話，K=°C+273.15）。當我們根據開爾文標度觀察Tm與Tg的比值時，我們可以看到它們之間有一個1.5∶1的常數比，這是我們所說的半結晶全對位PAEK中的一種“不成文規則”。

 

重新發明規則

在Victrex，我們問自己，“如果我們能打破這一規則，那不是很好嗎？然后我們可以在不降低Tg的情況下降低Tm，為我們的客戶提供更低的加工溫度，同時保持高溫性能。”

 

這一想法最終導致了我們稱之為LMPAEK的PAEK，用于VICTREX AE™250 UD膠帶和VICTREX AM™200細絲。這些聚合物的Tm:Tg比通常較低，為1.35，這意味著Tm和加工溫度降低了約40°C，但Tg至少與PEEK一樣好。

 

在LMPAEK™的解釋中以及為什么它適用于復合材料和增材制造中，我們將探索這些獨特的VICTREX-LMPAEK共聚物的一些附加功能和優點，這使它們非常適合復合材料、混合成型和增材生產。

2024.2.2

吉爾·拉洛克（Gilles Larroque-航空航天戰略營銷經理）、瑞安·赫爾曼（Ryan Hermann-航空航天營銷傳播經理）

航空航天工業一直處于技術進步的前沿，不斷突破設計、材料和制造工藝的界限。最近在航空航天市場上獲得重大關注的材料是LMPAEK™聚合物。這些高性能聚合物有助于徹底改變行業，實現與熱固性材料相比具有更快加工能力的輕質、堅固飛機零件。

 

發明和早期發展：

 

LMPAEK™聚合物由Victrex（威格斯）公司在十多年前發明。它是一種用于工程熱塑性塑料的聚芳醚酮高性能聚合物，具有PEEK的許多性能屬性，但具有較低的熔融性能，在305°C下熔融，比PEEK低40°C。Victrex認識到這種聚合物的潛力，以及它是如何提供高強度、優異的機械性能、優異的耐化學品性和優異的阻燃性等優異性能組合的。

 

LMPAEK™聚合物在航空航天市場獲得吸引力的主要原因之一是其重量輕、易于加工，最終降低了生產成本。重量減輕是航空航天工業的一個關鍵因素，因為它直接影響燃料效率，從而影響運營成本。與傳統金屬材料相比，LMPAEK™聚合物具有顯著更高的強度重量比。這允許在不損害結構完整性和安全性的情況下創建輕質組件。

 

此外，LMPAEK™聚合物作為高性能航空航天聚合物，具有優異的耐熱性和耐化學性。這使它們成為航空航天應用的理想選擇，因為航空航天應用中的部件會受到高溫、高壓環境和各種化學物質的影響。鋁和鋼等傳統材料往往難以承受這種組合條件，使LMPAEK™聚合物成為可靠的選擇。

市場采用和未來影響：

LMPAEK™聚合物的多功能性也為設計和制造開辟了新的途徑，尤其是具有連續碳纖維的單向膠帶（UDT-Unidirectional tape ）。這些聚合物以UDT形式提供時，可以很容易地加工成復雜的形狀和復雜的幾何形狀，從而實現傳統材料和制造方法難以實現的創新設計。

LMPAEK聚合物

此外，LMPAEK™聚合物可以使用增材制造等技術進行加工，使其與現有制造工藝兼容。

 

幾家領先的航空航天公司已開始將LMPAEK™聚合物UDT、薄膜、細絲和化合物納入其飛機和航天器設計中。這些聚合物被用于結構部件、內部面板甚至關鍵發動機部件等應用。LMPAEK™聚合物的采用不僅有助于減輕重量和提高燃油效率，還增強了更快地處理膠帶、獲得優質零件和降低成本的能力。

應用的時間表和加速使用

2020年，LMPAEK™材料的演示和發表論文顯著增加，突顯了它們在行業中日益重要的地位。在此期間，Victrex與客戶合作，創造了新的記錄，并進一步展示了產品潛力：復合PAEK膠帶|熱塑性膠帶-Victrex

• 2019年與東麗和JEC的Cleansky項目合作2019年，與東麗就與空中客車公司的“明日飛機”Cleansky計劃達成合作，這是一個重要的里程碑。其目的是利用LMPAEK™材料的獨特特性，推動航空航天領域的創新和進步。

 

LMPAEK™材料的一個轉折點出現在2019年JEC上，在那里的演示和演示展示了通過自動纖維放置（AFP）處理的LMPAEK™單向膠帶的量化價值主張（QVP-Quantified Value Proposition）。與科里奧利的合作證明了通過這一過程獲得的高速度、高質量和卓越的機械強度。Victrex和Coriolis復合材料，釋放熱塑性復合材料零件的效率潛力。

• 2020 Electroimpact實現了每分鐘4000英寸的熱固性生產速度，強調了LMPAEK™材料的效率和生產力。在CAMX 2021上，它獲得了材料工藝創新獎。Victrex UD膠帶有助于Electroimpact提高熱固性疊層速度。
• 2020年，法國飛機制造商和設備供應商Daher將生產一種特殊的176層層壓結構飛機面板，厚度為32毫米，為翼肋等厚結構部件開辟了機會。Victrex和Daher：用于飛機結構部件的下一代熱塑性復合材料的突破
• 2021多功能機身演示器（MFFD）項目首次公開宣布。MFFD的上半部分由DLR（德國）開發，下半部分由NLR（荷蘭）開發。該項目展示了LMPAEK™材料用于多功能航空航天部件的多功能性和潛力。制造MFFD熱塑性復合材料機身。
• 2022年，在各種會議和展覽上，主要客戶展示了他們的演示者，并展示了LMPAEK™材料如何影響制造業的可能性。
• 2023年，JEC 2023展示了更大尺寸的零件和結構，公司展示了完全由LMPAEK™基材制成的零件，首次在復合材料行業獲JEC 2023復合材料創新獎 。

圖1. JEC展示的復合材料門蒙皮

圖2. 用熱塑性材料生產的機身示例

 

支持航空航天可持續發展目標

此外，LMPAEK™聚合物的使用符合行業對可持續性的日益關注。這些聚合物是可回收的，這是減少廢物和環境影響的關鍵因素。此外，LMPAEK™聚合物的輕質特性有助于降低燃料消耗和碳排放，使其成為航空航天制造商更環保的選擇。

 

實現下一代航空航天進步

航空航天行業越來越多地采用LMPAEK™材料，標志著尋求更先進、更高效的飛機部件的一個重要里程碑。憑借顯著的成就和持續的合作，LMPAEK™材料的未來看起來很有希望。隨著該行業繼續采用LMPAEK™聚合物，它無疑將為下一代航空航天進步做出貢獻，塑造航空的未來。

 

注：資料來源互聯網。

楊超凡2024.5.12