CF/PEEK 复合有望在机身重要关节率先渗透
思瀚产业研究院    2025-02-24

PEEK 中文名为聚醚醚酮，是一种特种工程塑料，性能、商业价值方面在塑料里处于金字塔顶尖材料，拥有耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、阻燃性、电绝缘性等综合性能。

PEEK 性能优点

机械特性：PEEK 兼具优异的刚性和较好的韧性，对交变应力下的抗疲劳性非常突出，可与合金材料相媲美。

耐热特性： PEEK 具有较高的玻璃化转变温度和熔点，其负载热变形温度和瞬时使用温度也较高。

阻燃性： PEEK 具有自身阻燃性，不加任何阻燃剂即可达到最高阻燃等级（UL94V-0）。

耐磨性：PEEK 可在 250℃的高温条件下保持较高的耐磨性。

耐腐蚀性：PEEK 具有优异的耐化学药品性，在通常的化学药品中，能溶解或者破坏它的只有浓硫酸，其耐腐蚀性与镍钢相近。

耐水解：PEEK 吸水率很小，23℃的饱和吸水率只有 0.4%，且耐热水性好，可在 200℃的高压热水和蒸汽中长期使用。

耐剥离性：PEEK 与各种金属的粘附力与耐剥离性很好，因此可做成包覆很薄的电线、电缆和电磁线，并可在苛刻的条件下使用。

生物相容性：PEEK 具有优异的生物相容性，可作为医疗器械植入人体。此外，PEEK 可被 X 射线穿透，具有良好的可视性，能够避免在 X 光片上造成伪影，同时可以实现在 CT 扫描或核磁共振成像辅助下进行手术，帮助医生在手术过程中调整植入体的位置，术后轻松跟踪愈合过程，从而能对骨生长和愈合实现良好的监控。同时，PEEK 的弹性模量与骨骼更接近，可以有效缓解应力遮蔽效应，使骨骼更健康、更长久。

替代通用金属：PEEK 性能全面优于普通金属，比强度大，在满足强度要求前提下，可以大幅减小材料自重，成为实现“轻量化”的解决方案。此外 PEEK 在绝缘性、耐化学性方面均优于普通金属；

替代医用金属：PEEK 密度、弹性均非常接近人体骨骼水平，且不易导热，增加植入后舒适性。同时 PEEK 作为非金属材料，可被 X 射线穿透和实现 CT 扫描，方便患者进行医疗检查，相较锆、钛合金，更适合作为医用植入式材料。

人型机器人产业趋势明确，通过 PEEK 与碳纤维复合，“以塑代钢”应用于机器人领域，可起到轻量化、耐磨自润滑、刚性/柔性兼具等优点，有望在机身重要关节（如六维力传感器、谐波减速器）、轴承等领域率先渗透。

2.1 六维力传感器：PEEK 材料轻量化+灵敏度远高于铝合金

当机器人处于高速作业环境时，多维力传感器处于多维加速度场中，传感器弹性体惯性质量附加的惯性力矩会形成测量误差。针对以上问题，在传感器弹性体结构确定的基础上，寻找轻量化弹性体材料、可使弹性体惯性更小。目前，电阻应变式多维力传感器的弹性体大部分采用金属材质，如合金钢、不锈钢、铝合金等。

电阻应变式六维力传感器的灵敏度主要与弹性体结构和尺寸有关，十字梁型弹性体越薄、灵敏度越高，但十字梁太薄不利于应变片粘贴。因此，灵敏度更高+满足其它力学性能的材料更适用于制作传感器弹性体。PEEK 是所有树脂中韧性和刚性结合最优的材料，且具备与合金材料媲美的对交变应力的优良耐疲劳性，同时具备良好的绝缘性和电气性能，因此可被选为替代铝合金制作六维力传感器的弹性体。

有限元分析结果：PEEK 弹性梁的应变灵敏度远远高于铝合金弹性梁，例如 PEEK 弹性梁受到