PEEK对决PEKK：未来飞机结构热塑性基体选型深度解析

针对为未来飞机一级结构生产开发的热塑性复合（TPC）预浸带原位固结（ISC），聚醚醚酮（PEEK）还是聚醚酮酮（PEKK）更优？侧写呈现PEEK vs PEKK辩论，属更大讨论一环：ISC作为真正单步、非热压罐（OOA）工艺能否满足未来飞机生产成本与产率目标——即单通道客机A320 neo类型月产60-70架。替代方案为两步法：自动铺丝（AFP）铺设TPC预浸带，再热压罐或热压机固结。详见"原位固结热塑性复合航空结构 第一部分"、"第二部分"及Jeff Sloan近期热塑性预浸带特稿。

PEEK和PEKK同属广义聚芳醚酮（PAEK）家族，常称聚酮。"PEKK酷似PEEK，结晶行为相似，但加工温度375°C vs PEEK 385°C，"荷兰航空航天中心（NLR，阿姆斯特丹）结构技术部高级科学家Henri de Vries说。NLR与GKN Aerospace（英国雷迪奇）Fokkar业务（荷兰帕彭德雷赫特和胡赫海德）在TAPAS 1/2计划开创多项TPC技术，含12米跨度扭转箱、最近用AFP铺丝但热压罐固结的6米长28mm厚CF/PEKK发动机吊架上拉筋。（见"热塑性复合演示件——欧盟未来机身路线图"）。

De Vries视PEKK更适配AFP，"因工艺窗口更宽。PEEK需385-390°C——360°C非理想。PEKK在355°C加工尚佳。下限更低，凝固前熔融态多一点时间，故固结更好。"

De Vries补充PEKK利于压印成型，为二步法固结比真空袋热压罐更快选项。"老牌PEKK（DS）压印太慢，但新牌号（FC）更好且比PEEK便宜。"

"Oxford Performance Materials (OPM)自2000年用PEKK，"DeFelice说，"开发材料与应用技术。现市面所有PEKK产品均采用杜邦法生产。"解释基本所有聚酮同期开发，应对1990年代FAA新法规威胁下飞机内饰阻燃烟毒（FST）性能改进需求。但法规未落地，PEEK/PEKK初始市场消失。故ICI剥离PEEK予Victrex，杜邦售PEKK予Fiberite，后被Cytec收购，再被Solvay收购。DeFelice称阿科玛与OPM合作获PEKK专成，最终开发杜邦法PEKK产品。结果阿科玛成复合行业PEKK第二货源。

"Hexcel也投资OPM，"DeFelice说。（快速插叙解释Hexcel收购OPM航空航天国防增材制造业务。"我们开发选激光熔融（SLM）碳纤维增强PEKK增材技术，获波音、诺斯罗普·格鲁曼等航天应用认证。这吸引Hexcel，其已是OPM大股东。"故2017年12月Hexcel收购OPM航天防务（A&D）业务（康涅狄格州南温莎）。OPM保留航天防务外3D PEKK打印业务，持续发展核心材料科学技术。）

"非所有PEKK相同，"DeFelice断言。"Solvay和阿科玛行杜邦法，用高温合成（HTS），稍快降成本。但有缺陷。"解释早期PEKK聚合物熔融稳定性和纯度问题致杜邦制件困难。随时间杜邦法改进，聚合物略优，制件更可复现。例除前述增材技术，OPM开发PEKK注塑和薄膜应用。

"但我们始终见PEKK可不同制造且改进，"DeFelice说。"回溯原始玩家，实际有第三家——Raychem，售予BASF，后单纯放弃PAEK。但Raychem技术为低温合成（LTS）。这与HTS迥异。"注：而非产出薄片再粉碎后溶剂混合等制预浸料和3D打印用，专利LTS技术可产出球形可控粉末。因LTS属"冷"工艺，对成品聚合物分子量和分子结构控制力更强。但工艺较慢稍贵。"也可直得粉末，无粉碎步骤，"DeFelice说。"这抵消较慢加工。"

新品OXPEKK-LTS兼得两利：可控工艺产出球形聚合物粉末。"粉碎得锯齿状聚合物'岩石'，难均匀堆叠涂覆浸渍预浸带，"DeFelice解释。"OXPEKK-LTS圆球形状使预浸带制造更精准。故现在能改善预浸带实现真正OOA原位固结一级复合飞机结构，受限于现有预浸带尺寸保真度。"
 

能造更好预浸带仍匹配PEEK价格？"空客及供应商辩论的复合一级结构成本远超聚合物原料成本复杂，"DeFelice反驳。"原料成分只是整体部件成本一块，制造工艺和性能是关键成本要素。首，PEKK压缩强度远超PEEK，实质优势。能达成复合结构更优疲劳性能，进而设计更轻结构用料更少。即提供更高强重比路径。且赋能ISC，这些轻量结构现单步非两步生产。"

OPM不止步。DeFelice断言所有用于航空航天聚酮预浸料的碳纤维均无施胶。此关键因施胶使纤维各工序可预测、低损、可重复通过。"航天无人用施胶碳纤维做PAEK热塑性一级结构，因所有已知施胶剂不利力学性能，"他解释。

快速注记。Teijin Carbon欧洲技术服务Matthias Schubert异议。"我们多年用PAEK热塑性专用施胶，"他解释。"必要因标准施胶剂环氧化学在PAEK加工温度脱气降解。我们施胶实提升树脂粘接，比无施胶碳纤维高约20%。"经横向四点弯测试测得，归因于纤维-树脂界面受控晶体结构初始化。（该施胶开发由Teijin Carbon America Jean-Philippe Canart在博客"PEEK vs PEKK vs PAEK"解释。）

"OXPEKK LTS还配专有化学将PEKK溶解作施胶剂，将进一步加速加工和改善预浸带性能。"DeFelice说。延伸至原位固结。"由此为大型一级结构用此技术形成极强商业案例。"

更厚预浸带如何？NLR欲0.25英寸厚预浸带助力月产60-70架目标。"速度倒逼工艺保真度与终极结构性能平衡，"DeFelice说。"永远在对立因素间平衡。球形聚合物颗粒预浸物理学成熟。我们信提供颗粒控制给达成所需平衡更多杠杆，产出满足成本性能目标的大型OOA一级结构。拥有强大工具推技术至空客等期望高度。"

OPM开拓纪录给信心。"无其他家获PEKK碳纤维3D打印航天器全B基准许用，"DeFelice说，"无其他家开发获FDA批准、认证生物相容性能的颅骨、脊柱、骨科植入体。我们自信提供PEKK热塑性复合方案予飞机。"

OXPEKK LTS将年底前推出开发用途。产品早2019商业化上市。