PEEK与PEKK：应该选择哪种高性能材料？

PEKK网2024-07-14 17:25:17304

增材制造材料是该工艺的关键组成部分，赋予最终部件自己的化学特性和机械特性。当今的市场受益于多种材料的选择，从聚合物到金属，包括陶瓷和有机油墨。如果我们看一下塑料，就会发现它们的数量非常多，并且打印起来或多或少具有技术性。无论是长丝、树脂还是粉末，每种都有其特殊性。今天我们将重点关注高性能聚合物类别，特别是聚芳醚酮(PAEK)系列。制造商越来越多地使用两种材料：PEEK和PEKK。

PEEK和PEKK通常用于所谓的传统制造业（塑料注射、机械加工等），它们都具有有趣的热特性，并以其强度而闻名。通常与金属相比，它们多年来一直与某些增材制造工艺兼容，特别是材料挤出(FDM)和粉末烧结。但这两种高性能热塑性塑料有什么区别呢？应该优先选择哪一个？魔猴网将为您解释一切！

PEEK和PEKK是高性能材料

成分及特点

在比较两种高性能聚合物时，重要的是从它们的成分和性能开始，以便了解它们在制造过程中的表现，这对您的选择具有决定性作用。因此，这两种材料属于PAEK系列，是一组高性能半结晶和无定形热塑性塑料。在这个家族中，最常用的聚合物是PEEK，它由1个酮和2个醚的分子结构组成。另一方面，PEKK具有相反的分子结构：它有2个酮和1个醚。酮键更软，这增加了聚合物的柔韧性。这意味着对苯二甲酸和间苯二甲酸单体比例较高的半结晶PEKK的玻璃化转变温度（聚合物开始软化的温度）和熔融温度较高。

发展

在这两种材料的主要特性中，我们发现它们具有高机械强度、耐高温、耐疲劳性和低可燃性。就PEKK而言，这种热塑性塑料更耐化学液体，具有良好的介电稳定性，并且不会释放有毒烟雾。另一方面，PEEK具有优异的机械性能，并具有良好的强度/重量比，这使其能够替代某些金属。两种聚合物都可以灭菌，从而促进它们在医疗保健应用中的使用。

使用PEKK 3D打印的零件（照片来源：miniFactory）

因此，PEEK和PEKK具有共同的特性，属于同一聚合物家族；然而，它们的一些特性因其成分而有所不同。这两种材料之间的主要区别在于它们的结晶度和结晶速度。这个概念是指聚合物中存在的晶体区域的总数，并以百分比表示。在这种情况下，我们正在比较两种半结晶元素，但它们的结晶度取决于它们的加工方式并根据它们的加工方式而变化。一般来说，当我们谈论3D打印工艺时，PEEK可以达到很高的结晶水平，而PEKK的晶体结构要低得多。结晶度会影响最终部件的性能，而结晶率和流变性会影响打印的难易程度。

易于打印

在这一部分中，我们将主要关注熔融材料沉积（FDM）。在处理高性能聚合物时，必须拥有先进的知识，以避免在打印时出错，主要是为了避免浪费这些昂贵的材料。您还需要拥有一台满足特定温度要求的3D打印机。使用PEEK进行3D打印时，您需要一台配备可达到400°C挤出机的机器，以及加热至120°C的腔室和可高达400°C 230°C的压板。这些层可以粘附在其上并毫无问题地将其去除。对于无定形PEKK，要求非常相似，但没有那么严格。挤出温度通常在340至360°C之间，还需要加热压板和加热封闭外壳。

采用PEEK的3D打印冷却系统（照片来源：Apium）

用技术术语来说，当挤出的长丝固化时，聚合物分子链会发生部分排列。基于结晶核，分子链折叠并形成有序区域。因此，聚合物中结晶核的百分比越低，冷却过程就越快，因此层与层之间的粘合力越好。这有助于避免变形现象。换句话说，如果冷却和凝固过程太快，分子链将无法适当弯曲，这将直接影响零件对打印床的附着力以及其最终的机械性能。

如上所述，PEKK的结晶度比PEEK低。这意味着3D打印零件后，它将受到冷却过程的影响较小。因此，就3D打印的易用性而言，PEEK的使用将更加复杂和技术性更高，因为它需要特定的知识来允许用户控制挤出过程以及冷却阶段。另一方面，当我们谈论选择性激光烧结(SLS)技术时，聚合物的行为会根据我们想要制造的零件的尺寸而有所不同。这意味着在小模型的情况下，由翘曲效应引起的变形会小得多，甚至不存在；另一方面，要创建的零件越大，控制打印参数就越困难。

PEEK和PEKK的后处理

PEEK和PEKK的后处理并不是最简单的。在FDM中，使用支撑件来设计更复杂的零件几乎变得至关重要。然而，与这两种热塑性塑料兼容的打印支撑物很少：大多数解决方案都不那么耐热，因此无法使用。

不过，也有一些厂商专门针对这些高性能材料开发了3D打印支撑件：3DGence和AquaSys就是这种情况。但请注意，它们仍然比传统支持更昂贵。

3DGence打印支持与高性能材料兼容（照片来源：3DGence）

如果您使用烧结工艺，打印支撑的概念就会消失，但您仍然需要评估每公斤粉末的价格-我们稍后会再讨论这一点。

如果我们现在对此类后处理方法感兴趣，请知道可以使用PEEK或PEKK对3D打印零件进行退火，以改善各层的融合并赋予最终零件特性更高的机械值。一些3D打印机将此退火步骤直接集成到其机器中，例如miniFactory Ultra。

此外，使用PEEK的3D打印零件可以通过钻孔或车削等方法进行加工。如有必要，您还可以对零件进行金属化。

应用领域

关于PEEK和PEKK的用途，我们可以找到类似的应用领域。由于具有上述先进特性，例如机械和耐高压性、轻质性、刚性等，最常采用这些高性能材料的行业是航空航天、汽车和航空。由于具有生物相容性，它们经常用于医疗领域。请注意，PEEK具有促进骨整合的特性，也就是说，在功能负荷下，骨骼与植入物表面之间存在直接的结构和功能连接。另一方面，PEKK对化学流体有更好的抵抗力，这就是为什么它会更多地用于石油和天然气行业。它还可以通过铁路部门的防火/烟雾认证。