一、物化性质

1. 化学结构

PEK-C的重复单元包含醚键（-O-）、酮基（-CO-）和酚酞侧基（-C₆H₄-O-C₆H₄-），通过亲核共聚反应形成高度规整的分子链 。酚酞侧基的引入破坏了分子链的对称性，使其呈现无定形结构，避免了结晶导致的收缩问题，显著提升尺寸稳定性。

2. 热性能

- 玻璃化转变温度（Tg）：222-252℃，显著高于PEEK的143℃和PEK的160℃，在200℃以上仍能保持优异的力学性能。

- 长期使用温度：200℃，短期可耐受250℃高温，热变形温度（HDT）达180℃（1.82MPa）。

- 热膨胀系数：60ppm/℃（-100~220℃），在宽温范围内保持恒定，适合精密配合部件。

3. 机械性能

- 拉伸强度：98-108MPa，优于PEEK（90-100MPa），碳纤维增强后可提升至200MPa以上。

- 弹性模量：3.5-4.0GPa，刚性与PEEK相当，但无定形结构使其抗冲击性能更优，缺口冲击强度达9kJ/m²。

- 耐磨性：摩擦系数0.2-0.3，自润滑性能优异，尤其在高温环境下磨损率极低。

4. 化学稳定性

PEK-C对有机溶剂、弱酸弱碱具有极强的抵抗力，仅溶于浓硫酸和部分强氧化性酸。在134℃高压蒸汽中可耐受1500次以上灭菌循环，耐水解性与PEEK相当。

5. 电性能

- 体积电阻率：10¹⁴Ω·cm，介电常数3.2-3.3，介电损耗角正切值0.0016，可作为C级绝缘材料。

- 耐电弧性：175V，适用于高电压环境下的电气元件。

6. 其他特性

- 阻燃性：无需添加阻燃剂即可达到UL94 V-0级，极限氧指数（LOI）35，燃烧时产烟量低且无有毒气体释放。

- 耐辐射性：可承受1100 Mrad的γ射线辐照，优于聚苯乙烯等传统耐辐照材料。

- 生物相容性：符合ISO 10993标准，可用于手术器械和体外医疗设备，但未通过FDA长期植入认证。

二、应用领域

1. 工业机器人

- 关节轴承与滑动部件：替代金属轴承，利用自润滑性、耐磨性和轻量化优势，降低伺服系统惯量，提升运动精度（如特斯拉Optimus关节部件减重10kg）。

- 精密齿轮：在谐波减速器中，PEK-C齿轮可降低噪音30%以上，抗疲劳寿命延长2倍。

- 轻量化结构件：碳纤维增强PEK-C用于机械臂骨架，减重40%的同时保持强度。

2. 医疗设备

- 手术器械：内窥镜部件、牙科种植工具，可耐受高温高压灭菌（134℃/20分钟）和化学消毒。

- 体外循环设备：血液透析管路、人工心肺机组件，抗凝血性和生物相容性优异。

- 康复器械：矫形支具、假肢关节，轻量化设计提升患者舒适度。

3. 电子电气

- 半导体制造：晶圆载具、CMP保持环，耐化学腐蚀和高精度要求匹配洁净室环境。

- 新能源领域：锂离子电池隔膜涂层、燃料电池双极板，耐高温和化学稳定性提升设备寿命。

- 高频连接器：5G基站用绝缘膜，介电损耗低至0.0016，保障信号完整性。

4. 航空航天

- 发动机部件：耐高温密封件、轴承，可承受300℃以上高温和高压气流冲击。

- 结构材料：机翼前缘、机身面板，碳纤维增强PEK-C减重效果达30%。

- 电气系统：电线电缆保护波纹管、连接器，耐辐射和抗腐蚀性能保障长期可靠性。

5. 汽车工业

- 动力系统：涡轮增压叶轮、燃油喷射系统部件，可在250℃环境下稳定工作。

- 传动部件：变速箱齿轮、轴承座圈，耐磨性延长使用寿命。

- 轻量化：车身框架用碳纤维增强PEK-C，整车减重15%以上。

三、市场信息

1. 全球市场

- 规模与增长：2024年全球PEK-C市场规模约6.2亿美元，预计2027年达9.8亿美元，年复合增长率13.5%。主要驱动力来自工业机器人、新能源汽车和半导体产业的需求增长。

- 区域分布：欧美占据主导地位（约55%），亚太地区增速最快（CAGR 16%），中国、日本等国家加速国产替代。

2. 中国市场

- 规模与增长：2024年国内PEK-C消费量约2800吨，市场规模14.55亿元，预计2025年达21亿元，同比增长10.53%。工业机器人和医疗设备是主要增长点。

- 竞争格局：国际厂商如英国威格斯（Victrex）、德国赢创（EVONIK）占据高端市场；国内企业中研高塑、鹏孚隆、山东君昊逐步突破技术壁垒，国产替代率从2018年的15%提升至2024年的35%。

3. 主要供应商

- 国际：Victrex（Victrex® PEK-C）、EVONIK（VESTAKEEP® PEK-C）、SOLVAY（KetaSpire® PEK-C）。

- 国内：中研高塑（吉林中研）、鹏孚隆（江苏鹏孚隆）、山东君昊（JHPEK-C系列）。

4. 价格趋势

- 原料成本：4,4’-二氟二苯甲酮（DFBP）占PEK-C生产成本的50%，2023年国内DFBP价格约13万元/吨，受国际油价波动影响显著。

- 产品价格：纯树脂粒料价格约600-900元/公斤，碳纤维增强级可达1200-1800元/公斤，高于PEEK但低于PEKK。

四、生产工艺

1. 单体合成

- 酚酞（Phenolphthalein）：由苯酚与邻苯二甲酸酐缩合制得，需严格控制纯度（≥99.9%）以避免影响聚合反应 。

- 4,4’-二氟二苯甲酮（DFBP）：通过傅克酰基化反应，以二苯醚和三氟乙酸酐为原料，在路易斯酸催化下合成 。

2. 聚合反应

- 亲核取代聚合法（工业主流）：

将DFBP与酚酞按等摩尔比溶解于二苯砜（DPS）溶剂中，加入碳酸钾作为缚酸剂，在氮气保护下升温至320℃，反应10-12小时生成高分子量PEK-C。反应方程式如下：

n\text{DFBP} + n\text{酚酞} \xrightarrow[\text{DPS}, 320℃]{\text{K}_2\text{CO}_3} \left(-\text{O}-\text{C}_6\text{H}_4-\text{CO}-\text{C}_6\text{H}_4-\text{O}-\text{C}_6\text{H}_4-\text{C}_6\text{H}_4-\right)_n + 2n\text{KF} + n\text{H}_2\text{O}

- 溶液缩聚法：

以N-甲基吡咯烷酮（NMP）为溶剂，在较低温度（250-280℃）下进行溶液聚合，适用于实验室合成特殊结构PEK-C 。

3. 后处理工艺

- 脱挥与造粒：反应产物经丙酮洗涤去除DPS和无机盐，再通过双螺杆挤出机熔融造粒，得到PEK-C颗粒 。

- 退火处理：颗粒在150-200℃下退火2-4小时，消除内应力，提高尺寸稳定性 。

4. 改性技术

- 增强改性：添加10%-40%碳纤维或玻璃纤维，可使拉伸强度提升至200MPa，模量达15-20GPa。

- 耐磨改性：引入聚四氟乙烯（PTFE）或石墨，摩擦系数降至0.15以下，适用于高速滑动部件。

- 阻燃改性：通过分子链中引入磷、氮等元素，实现无卤阻燃（LOI≥35），满足电子电气行业标准。

五、挑战与展望

1. 技术挑战

- 高温加工难度：PEK-C的熔融温度（375℃）和模具温度（355-420℃）显著高于PEEK，需专用耐高温设备和工艺优化。

- 高成本控制：DFBP原料价格高且依赖进口，国内企业需提升规模化生产能力以降低成本。

2. 市场机遇

- 工业机器人爆发：全球人形机器人量产（如特斯拉Optimus）预计2030年拉动1.2万吨PEK-C需求，市场规模超30亿元。

- 医疗高端化：3D打印PEK-C植入物和智能医疗设备的发展，推动医疗领域渗透率从5%提升至2027年的12%。

- 新能源领域拓展：燃料电池双极板和锂离子电池隔膜涂层需求激增，预计2025年相关用量达800吨。

3. 可持续发展

- 回收技术：PEK-C废料通过化学解聚或机械再生，可实现90%以上的材料回收率，再生料价格约为新料的60%-70%。

- 绿色工艺：采用离子液体替代DPS作为聚合溶剂，可降低能耗30%以上，减少环境污染 。

PEK-C凭借其无定形结构带来的优异尺寸稳定性和高温性能，在高端制造业中占据不可替代的地位。随着国内企业技术突破和下游需求升级，预计未来5年PEK-C市场将保持12%-15%的年均增速，成为特种工程塑料中增长最快的品种之一。