聚醚醚酮PEEK﹝poly(ether-ether-ketone)﹞的诞生源于实验室的偶然好奇,由英国ICI公司在上世纪80年代初成功研制并商品化,已是业界公认的处于塑料产品体系金字塔尖的先进品种。这是一种在主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的高聚物,属特种高分子材料,具有耐高温、耐化学药品腐蚀等物理化学性能,可用作耐高温结构材料和电绝缘材料,也可与玻璃纤维或碳纤维复合制备增强材料,在航空航天、汽车、电子电气、运输、机械、医疗器械等领域应用广泛,其中航空和汽车工业是PEEK应用的主要驱动力。
PEEK最初产量不大,年产量总和约为200-300吨,但此后迅速提升。据相关报道,当前全球对PEEK的年需求量约4000吨,而全球年产量约5000吨,预计其用量在未来数年将有突破性增长。全球PEEK树脂年消费主要集中在欧洲和美国,生产也较为集中,主要有英国威格斯(Victrex)、比利时索尔维(Solvay)、德国赢创工业(Evonik),以及中国盘锦中润特塑等公司。
威格斯:最大生产商 航空公司认可
威格斯公司是迄今最大的PEEK生产商,拥有35年开发制造经验,总部及其生产设施均位于英国兰开夏郡。
鉴于日益增加的需求,威格斯正投资扩大其产能,以确保可靠、长期的供应。威格斯计划在兰开夏郡的Hillhouse投资9000万英镑建设第三座聚芳醚酮PAEK(含PEEK)工厂,到2015年使其产能超过7000吨,目前其土方工程已完成。与威格斯现有每年4250吨的产能相比,将有约70%的增长。而从威格斯2013年半年报来看,威格斯聚合物解决方案部门(VPS)销售量达1392吨,同比增加1%,收入增加3%达8220万英镑,主要得益于基于其PEEK生产的Aptiv薄膜业务的拉动。
从材料应用角度来看,威格斯PEEK聚合物的应用也不断拓展和深入,更获得了空中客车公司和波音公司等制造商、系统供货商以及国内和国际监管机构的资格认定和批准,得以替代一些金属部件。威格斯(展台号05A23)的这一新应用将在今年10月即将于德国举办的全球第一大橡塑盛会—K 2013上展示。最近通过了空中客车公司认可的VICTREX PEEK 90HMF40与铝相比重量可减轻多达40%,而且,与在相同条件下使用的铝7075-T6相比,这种高强度聚合物疲劳强度可高达100倍,强度系数和刚度会高出20%,广泛应用这种高性能聚合物势必会减轻重量、耗油量和排放。
届时,威格斯还将展示在汽车、石油及天然气生产安全等方面的新应用成果,具体为:在汽车制造领域,采用防滑/摩擦性能的VICTREX WG聚合物材料制成的组件,包括电动泵,可延长使用寿命,提高效率。与其他高性能塑料相比,威格斯聚合物材料的摩擦系数可根据要求做到更低,并在产品的整个生命周期保持稳定。这对于汽车制造商是个好消息,因为它不仅能够延长质保期,并能够实现最近制订的欧盟二氧化碳减排的新目标。
石油和天然气生产故障可能是灾难性的。威格斯高性能聚合物材料提供安全、延长使用寿命的解决方案已经超过30年之久,可以节省数百万美元的昂贵停机和维护费用。不同于其他的高性能聚合物材料,VICTREX PEEK在压力和温度升高的环境下可增加1倍以上的压力应对能力、3倍以上的抗蠕变性、12倍压缩强度。VICTREX PEEK符合高压高温的需求,其创新材料能够承受高达30,000磅(约2000巴)的压力, -60℃到260℃的温度,并可暴露在腐蚀性强的化学品环境下。
在食品接触材料应用领域,威格斯也取得新进展,最新的玻璃纤维增强产品VICTREX PEEK 90GL30BLK符合美国和欧洲监管当局的要求—欧盟委员会法规10/2011(塑料实施办法-PIM)。该法规将于2015年年底前全面实施,在欧盟销售的生产设备和组件,无论其原产国或原产地,都必须遵守这一法规。
索尔维积极扩能与布局
比利时索尔维公司于2006年底完成了对印度Gharda化学公司聚合物分部的收购,从而提高了其高功能聚合物包括PEEK的地位。Gharda是世界上少数几家PEEK生产商之一,其聚合物分部拥有一个研发中心以及一个位于古吉拉特邦Panoli的生产基地。
索尔维于2008年4月底宣布,公司在印度古吉拉特邦Panoli生产PEEK的第一套商业化装置投产,年产500吨。2012年7月,索尔维又宣布将印度生产点PEEK和PAEK聚合物的产量增加70%,以满足交通及石油天然气等市场领域的需求,当年完成了50%的扩能,剩余部分计划2013年第二季度完成。与此同时,索尔维在印度古吉拉特邦的Savli设立了一个重要研发中心。在中国,其KetaSpire PEEK和AvaSpire PAEK混合物已经开始在常熟生产基地生产,投资2100万欧元,今后还将进一步扩大产品范围。
除扩能外,索尔维还忙于为这些产品开发更快捷的供应链。在亚洲,索尔维已在新加坡、中国、日本、南韩建立了新的配送中心。在美国,KetaSpire、AvaSpire及Torlon超高性能聚合物由于索尔维在得克萨斯州墨西哥湾沿岸地区的全球仓储网络而获益。这一地区对此类产品需求集中,因为此处聚集了大量石油、天然气开发和生产企业。
索尔维PEEK业务归属其旗下的索尔维特种聚合物公司,主要品牌有Spire超高性能聚合物旗下的KetaSpire PEEK,据称这是当今最高性能半结晶性热塑性材料之一,有未填充以及玻纤或碳纤填充、耐磨损等牌号,使其能在一些最恶劣的使用环境中代替金属。KetaSpire PEEK还是业内耐化学性最强的塑料之一,并具有优异的强度、卓越的耐疲劳性及高达 240℃ 的连续使用温度。另一类产品AvaSpire PAEK树脂,这是聚芳醚酮的一个通用型系列,拥有AV-600和AV-700两个系类,前者可提供各种独特的性能属性,其中某些牌号在价格上比 PEEK 更具有吸引力;后者具有与 PEEK 相当的性能,而成本却低了多达 30%。
此外,索尔维还推出一种名为Solviva的适用于植入式医疗器械的生物材料系列,提供与人体中的体液和组织长期接触及永久接触的产品,包括四类聚合物,其中Zeniva PEEK是生物稳定性最强的塑料之一,具有高的强度和刚度及优异的韧度和耐疲劳性,满足 ASTM F2026-07 标准的对用于外科植入物的PEEK的要求。
赢创:PEEK合作专家
赢创于2004年底收购中国PEEK和聚醚砜(PES)生产商长春吉大高功能材料公司80%股份,成立吉大赢创高性能聚合物(长春)有限公司,致力于为电子与工程学、汽车与航空航天及医疗技术工业提供PEEK等化学产品。吉大公司原由长春天孚工业集团和吉林大学共同创建,生产装置位于长春经济技术开发区,PEEK年生产能力约500吨。
赢创于2010年5月向市场推出了新开发的高性能聚合物VESTAKEEP PEEK产品。目前,赢创已成为PEEK业务领域的合作专家。除了VESTAKEEP粉末和颗粒形状产品,公司还与拥有多年PEEK产品加工经验的合作伙伴共同生产销售基于VESTAKEEP加工成型的单丝、薄膜和型材,尤其是在型材加工领域。如韩国Innodis公司已将VESTAKEEP 4000G(黑色)运用到5种型号的半导体中。
在欧盟,非增强以及玻纤增强VESTAKEEP复合材料获准可以与食品直接接触,因为这些产品所基于的单体和添加剂符合2002/72/EC指令及其更新版本的要求。在美国,美国食品药品监督管理局法规、美国联邦法规第21条§177.2415一节中列出了可与食品接触的塑料。由于这些塑料符合相关规定,因此基于这些塑料的非增强以及玻纤增强VESTAKEEP复合物可以按照§177.1415(针对重复使用的物品)的要求,在美国用于食品接触应用领域。另外,赢创针对医疗应用提供几个规格的产品。
国产化功臣吉林大学 助力千吨级装置投产
PEEK等关系国计民生的特种工程塑料一直受到国家层面的关注,国家最新“十二五”规划已将特种工程塑料的合成发展作为重点开发项目之一。
中国于20世纪80年代开始PEEK技术的研发,并在90年代初投入小批量商品化生产。早在“863”计划重点攻关课题中就明确列出了共聚醚醚酮合成专利技术,并由吉林大学独立承担,2003年建成投产一个年产500吨的产业化示范装置,使中国成为第二个能用本国专利技术生产PEEK的国家。尽管该装置后来被之前提到的赢创以合资形式控股,但是,盘锦中润化工有限公司、长春吉大高科技股份有限公司、长春博文特塑技术咨询服务有限责任公司又合资组建了辽宁盘锦中润特塑有限公司,于2008年合作进行千吨级PEEK产业化建设。因此,吉林大学对中国PEEK国产化用“功不可没”来形容一点不为过。另据称,赢创长春PEEK合资生产装置与中润特塑使用的是同一种生产技术。
2012年3月,辽宁盘锦中润特塑有限公司年产1000吨共聚醚醚酮(CoPEEK)国内首套工业化示范装置全线打通流程,生产出合格产品,主要技术指针达到欧美、日本、韩国等国际用户标准。该装置的投产对中国PEEK跻身国际行业将产生重要影响。
自千吨PEEK投产后,中润特塑开始积极投身海内外市场,尤其是欧洲市场的开发,任命德国汉堡的工程塑料代理商Bieglo公司为其欧洲市场代理商,Bieglo已开始在欧洲提供最新开发的PEEK薄膜,厚度可高达800微米,薄约10微米,市场锁定电子行业及潜力巨大的复合材料市场如航空领域。在今年10月K 2013德国举办的国际橡塑展上,中润特塑(展位:8bE65)也将携其产品亮相。