塑料界的“龙傲天”！7个项目，认识“黄金塑料”聚芳醚酮家族

聚芳醚酮（ PAEK）家族，是自20世80年代强势崛起的大家族，家里兄弟众多，且各个出类拔萃，位于金字塔塔尖，堪称塑料界的“龙傲天”，在航空航天、汽车、电子通讯、医疗、工业等高科技领域颇有建树。

在大连化物所高性能高分子材料研究中心主任胡雁鸣博士的带领下，长兴岛中试基地的聚芳醚酮系列项目开展了包括耐高温特种涂料、高折射光学聚芳酯、第三代耐低温弹性体的批量制备、聚芳醚(酮/砜)特种工程塑料及产品、高性能聚芳醚酮泡沫、无定形聚芳醚酮热塑性复合材料以及低厚度无定形聚芳醚绝缘基膜共7个项目研究。

1.聚芳醚(酮/砜)特种工程塑料及产品

团队开发的具有自主知识产权的酚酞基无定型聚芳醚酮（砜）已成功产业化2家公司。针对高端制造业对聚芳醚（酮/砜）产品更高的性能要求，进一步开发了具有更高耐温等级、更高力学性能、低介电、耐磨、自润滑、更宽加工窗口，适合挤出、注塑等加工方式的新一代无定形特种工程塑料，在复合材料、薄膜、涂料、泡沫、高端轴承等领域有着广阔的应用前景。

开发的无定形聚芳醚酮树脂具有更高的熔融指数和热稳定性，可与PEEK、PPSU、PI等形成高分子合金，可挤出注塑，提高材料的尺寸稳定性和热变形温度等。具有高耐温等级，玻璃化转变温度可达340℃；耐酸碱、高绝缘；机械强度优异，冲击韧性好；优异的溶解加工性；可多次挤出、循环使用；易于回收处理等优势。作为关键原材料在热固性树脂增韧粉体、涂料、薄膜和复合材料等应用领域为下游制品开发提供技术和材料支持。

2.聚芳醚酮耐高温特种涂料项目

团队利用无定形聚芳醚酮的可溶解特性，以及极性基团增强涂层附着力的优势，开展聚芳醚酮耐高温特种涂料开发。这种涂料预期将广泛应用于对耐热性、耐腐蚀性、绝缘性能和抗冲击强度有严格要求的极端环境。其潜在应用领域包括特殊装备、电厂防腐、电气产品、电子元件以及各类电机的外层防护。与市场上的聚醚砜涂料和聚酰亚胺涂料相比，聚芳醚酮涂料在耐碱、耐湿热性能上表现出色。该涂料已经通过了大量应用试验和实际应用测试，并获得了用户的广泛赞誉。

3.高折射光学聚芳酯

光学镜头的应用范围正向数码相机、笔记本电脑、移动电话、安防监控摄像机、车载可视系统、智能家居和航拍无人机等与人类生活密切相关的众多光学成像领域渗透，应用领域正变得日益广泛。镜头设计通常采用高折射率高色散（小阿贝数材料）与低折射率但色散性较低的材料（即大阿贝数材料），同时致力于消除双折射现象的影响。

高性能镜头设计对于光学树脂也提出了更高的要求，相较于聚碳酸酯，高折射率光学聚芳酯因其主链间的扭曲结构，在提供高折射率的同时，还展现出较低的双折射性，使其成为一种关键的高折射率光学树脂。随着镜头设计趋向于更高的像素化（P化），光学聚酯在双折射与折射率方面的优势可以与高透光率环烯烃树脂（COC、COP）形成良好搭配，能够很好地满足镜头设计日益增长的需求。

团队已开发出新型高效聚芳酯缩聚方法，形成自主产权的高折聚芳酯关键制备技术、纯化技术与加工技术实现了高折聚芳酯的规模化制备，完成10吨/年中试釜建设。产品性能不低于国外同类产品。

4.第三代耐低温弹性体的批量制备项目

团队基于分子结构设计、稀土催化合成的丁二烯/异戊二烯共聚物(第3代耐低温弹性体)是一种在极低温度下(-50℃以下)仍能保持良好弹性、且能满足制品力学性能需求的特种高分子材料其综合性能远超天然橡胶、硅橡胶等常用耐低温弹性体材料，是目前耐低温性能(以低温动态模量衡量)最为优异的弹性体材料。所研制的弹性体材料已经在侦察机密封垫圈、火箭发射器密封圈通过了系统的应用测试和考核。特别是作为某重点型号固体火箭发动机关键部件的关键材料，解决了发动机柔性连接产品矢量控制失效的问题，现已实现了产品的批量供货。

近年来我国高速铁路发展迅速，但在高寒、高海拔地带，轴箱弹簧、橡胶堆、弹性旁承等产品普遍存在低温下刚度变化率大、压缩高、减小幅度大等问题。该材料前期已经通过中国中车株洲时代新材料公司相关产品的性能测试，其低温刚度变化率完全满足低于30%要求，比采用天然橡胶产品(低温刚度40%以上)有很大改善。目前，中国铁路总公司已对该耐低温弹性体材料提出了明确的采购需求。

5.高性能聚芳醚酮泡沫项目

团队开发的耐高温结构泡沫在航空航天、国防军工、轨道交通等领域轻量化方面发挥着重要的作用。当前商品化的耐高温结构泡沫存在诸如难回收、易吸湿不阻燃、易粉化等缺点，新型耐高温结构泡沫的开发是推进产品升级换代的关键。

团队通过分子设计与合成，开发新型聚芳醚酮发泡专用树脂，并采用超临界二氧化碳发泡技术，成功制备出高性能聚芳醚酮（砜）泡沫材料，是国内首款发泡倍率高、发泡窗口宽的聚芳醚酮（砜）泡沫。该产品为热塑性耐高温结构泡沫，可回收，符合低碳、可持续的国家战略，自阻燃，离火自熄，无烟毒性；高温机械性能优异，180℃压缩强度达到0.5MPa以上，通过分子结构调控，最高使用温度可达250℃；具有极低的介电常数(1.08)和介电损耗(0.001)，是其它耐高温结构泡沫所不具备的，在5G/6G基站、雷达罩等方面有潜在应用。

基于商品化聚苯硫醚产品，通过后处理改性及发泡工艺调控，成功制备了高倍率聚苯硫醚泡沫，解决了聚苯硫醚发泡难的行业问题，使用温度可达150℃，在航空航天、新能源汽车等高端制造领域具有广泛的应用市场，对于替代传统耐高温结构泡沫，推动产品升级换代具有重要意义，预期利润可达2000万元。

6.无定形聚芳醚酮热塑性复合材料项目

碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)具有耐高温，高比强度、比模量，抗冲击、耐疲劳、成型周期短等优势已在多个领域实现应用。团队以无定形聚芳醚酮（PAEK）为基体树脂，通过湿法技术制备复合材料预浸料，树脂对纤维浸润性较好，树脂含量可控，制造成本低。模压制备的复合材料层合板力学性能良好，界面性能优异，制品孔隙率低，适合制备高密度织物增强的复合材料零部件。

随着复合材料的回收及循环利用问题逐步成为业界关注焦点，热塑性复合材料因其重量轻，抗冲击性和疲劳韧性好，成型周期短，特别是易回收利用的特性，逐渐受到市场的青睐热塑性复合材料在汽车中的门基板、座椅骨架和防撞梁等应用都已呈现明显的上升趋势，伴随新能源领域的快速发展，未来热塑性复合材料有望代部分金属及热固性复合材料，降低制造成本，在保持性能前提下可以实现减重超过 30%，未来全球市场将高达千亿元。

7.低厚度无定形聚芳醚绝缘基

无定形聚芳醚树脂具有优异的机械性能、耐热性、尺寸稳定性和透光性，且成本较低，通过特殊的薄膜成型和后处理工艺，团队研究制备出具有高耐热。可循环的透明绝缘薄膜。透光率大于89%，体积电阻率大于1016Ωcm，薄膜厚度3-80μm并在线可调。薄膜专用料经过无机纳米粒子改性，可进一步提高薄膜的尺寸稳定性。

本项目薄膜与聚酰亚胺(CPI)薄膜相比，吸水率、薄膜厚度更低，绝缘性稳定，更易制得低厚度的柔韧薄膜材料。

聚芳醚薄膜依靠其良好的机械性能、耐湿热性、高尺寸稳定性等优势，是薄膜领域综合性能最好的材料之一，尤其是良好的耐酸碱性和低厚度制膜工艺，更是在特种薄膜领域备受青睐，主要应用于印刷电路基板、特殊层压制品、扬声器薄振膜、工业衬垫、压力传感器、热塑性复合材料等领域，为解决低厚度薄膜的成型稳定性，满足航天、化工、机械、显示等领域对高性能薄膜的需求，本团队通过独特的分子结构设计和工艺优化，制备了高性能聚芳醚酮、聚芳醚砜、聚芳酯薄膜，玻璃化转变温度230-320℃，保持机械性的前提下，仍具有良好的绝缘性、介电性、光透过性和尺寸稳定性在此基础上完成了薄膜成型方面的技术突破，并建设低厚度(6μm)连续化薄膜试验线1条，宽幅350mm，年产薄膜6万平方米，市场价值约700万元。

来源长兴科创