六大工程塑料！拳打尼龍！腳踩POM？聚酮POK材料深度解析！
02.讓PA、POM慌了？誰是POK？
聚酮（POK）最初是由荷蘭殼牌研究實驗室發(fā)現(xiàn)的，催化劑促進了一氧化碳和α-烯烴（如乙烯/丙烯）的商業(yè)規(guī)模聚合成線性、完美交替的結(jié)構(gòu)的半結(jié)晶聚合物，稱為脂肪族聚酮 （PK，但PEEK業(yè)內(nèi)很多人也叫它PK，顯然pok不能這么叫了）殼牌成為了該領域成為公認的領導者。
塑料君的困惑：類似的問題困擾塑料君，南大是哪所大學？
POK的商業(yè)化過程也是曲折，杜邦發(fā)明了尼龍，吃了半個世紀的紅利，殼牌搞出了POK卻變成了先驅(qū)！1996年，殼牌在英國建了世界上第一家POK生產(chǎn)工廠，這個早期不太成熟，業(yè)務搞的不咋的，后面法國、英國和美國幾個公司也在搞，多年密集開發(fā)工作也是雷聲大雨點小，最后由韓國曉星商業(yè)化的POK，作為一種新興的高性能工程塑料，近年來才在材料市場嶄露頭角。
它是由一氧化碳與乙烯、丙烯等烯屬不飽和烴交替共聚而成的共聚物。獨特的分子結(jié)構(gòu)賦予了POK一系列優(yōu)異的性能，使其在眾多應用領域展現(xiàn)出巨大的潛力，有望成為傳統(tǒng)工程塑料的有力替代者。
最近幾年，全球?qū)Σ牧闲阅芤蟮牟粩嗵岣咭约翱沙掷m(xù)發(fā)展理念的深入，POK材料因其綠色環(huán)保的制備原料（一氧化碳工業(yè)廢氣中獲得），受到了廣泛的關(guān)注和研究。
產(chǎn)能方面，作為一個新興小眾的材料，全球化工廠中，就韓國曉星擁有五萬噸級的產(chǎn)能，受限于下游應用拓展緩慢，曉星POK裝置開工率是否達到40-50%？大部分應該都在中國市場消化了。
本文，塑料君將帶著粉絲深入了解POK材料的性能、應用、加工特點以及其在市場中的競爭力，對于產(chǎn)品經(jīng)理、工程師來說，是否采用該材料，在我們產(chǎn)品中的應用，具有重要意義。
03.秒這秒那，POK何德何能？
出色的機械性能
POK的拉伸強度可達50-60MPa，部分規(guī)格更高，PA6和66的拉伸強度一般在60-80MPa，相比之下略低于常規(guī)尼龍，其斷裂伸長率處于200%-400%的范圍，展現(xiàn)出良好抗變形能力。在韌性方面POK具有明顯優(yōu)勢。所以，在汽車發(fā)動機罩下的一些結(jié)構(gòu)件與零部件中，需要材料在承受一定拉伸力的同時，POK是部分尼龍潛在的替代材料，能夠抵抗因振動等因素產(chǎn)生的變形，憑借其高拉伸強度和良好的韌性，能夠有效避免零部件的開裂和損壞，提高汽車零部件的可靠性和使用壽命。POK的耐磨性能極佳，其磨耗量相較于傳統(tǒng)工程塑料如POM、PA低很多。以POM為例，在相同的摩擦測試條件下，POK的磨耗量僅為POM的幾分之一。這種優(yōu)異的耐磨性能，使得POK在一些對摩擦磨損要求苛刻的應用場景中表現(xiàn)出色。在工業(yè)生產(chǎn)中，POK是POM潛在的替代料，使用POK制造的齒輪，軸承等機械傳動部件。能夠顯著降低因摩擦導致的能量損耗，延長齒輪的更換周期，提高生產(chǎn)效率并降低維護成本。
優(yōu)良的化學穩(wěn)定性
1.耐化學溶劑性：除強酸強堿外，POK在眾多化學溶劑、酸堿、油脂等環(huán)境中性能穩(wěn)定。它能夠在多種有機溶劑如乙醇、丙酮、甲苯等中長時間浸泡而不發(fā)生性能劣化。在部分化工管道輸送領域，對于輸送一些有機溶劑或腐蝕性較弱的化學物質(zhì)，POK管道能夠有效抵抗化學物質(zhì)的侵蝕。2.氣體和液體阻隔性：POK對氣體和液體具有較低的滲透性，能有效阻隔氧氣、水汽、油等物質(zhì)的透過。其氣體阻隔性能與乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）相當，甚至在某些方面更優(yōu)。在食品包裝行業(yè)，POK制成的包裝薄膜能夠很好地阻擋氧氣和水汽進入包裝內(nèi)部，延長食品的保質(zhì)期，保持食品的新鮮度和品質(zhì)。可替代PA6、PP熟食品熱封包裝應用。言歸正傳，對于一些需要防油包裝的食品，如油炸食品等，POK的低油滲透性也能有效防止油脂滲出，保持包裝外觀的整潔。
良好的熱穩(wěn)定性
1.熔點與熱變形溫度：熔點在220-230℃左右，熱變形溫度較高。在0.45MPa壓力下熱變形溫度可達150℃以上，在1.82MPa壓力下可達100℃左右 。這意味著POK在較高溫度環(huán)境下仍能保持較好的形狀穩(wěn)定性。2.長期使用溫度：POK未增強樹脂的長期使用溫度可達100℃以上，相比一些傳統(tǒng)工程塑料，甚至比PA66/6兩兄弟還要好，增強加纖后POK耐溫略高于PA6增強的，稍遜于PA66增強，在高低溫切換環(huán)境下POK的應用范圍更廣。
低吸濕率
POK的吸濕率一般在0.5%以下，與尼龍（PA）等材料相比，在不同濕度環(huán)境下能保持更為穩(wěn)定的尺寸和性能。尼龍材料在吸濕后容易發(fā)生尺寸膨脹和強度下降等問題，而POK材料受濕度影響較小。
所以，在精密儀器零部件制造中，對材料的尺寸精度要求極高，POK材料的低吸濕率特性能夠保證零部件在不同濕度環(huán)境下始終保持穩(wěn)定的尺寸精度，確保儀器的高精度運行。
04.廢話真多，有POK應用案例？
汽車工業(yè)方面
1.發(fā)動機相關(guān)部件：由于POK具有良好的熱穩(wěn)定性、機械性能和化學穩(wěn)定性，可用于制造發(fā)動機罩下的零部件，如進氣歧管、冷卻風扇、水泵葉輪等。以進氣歧管為例，傳統(tǒng)的進氣歧管多采用鋁合金材料，而采用POK制造的進氣歧管，不僅重量更輕（可減輕約30%-40%），有助于提高汽車的燃油經(jīng)濟性，而且能夠更好地抵抗發(fā)動機艙內(nèi)的高溫、油污等惡劣環(huán)境，提高進氣歧管的使用壽命。新能源汽車方面，采用POK材料替代尼龍的方案，由于低吸水性與耐水解優(yōu)異，尺寸穩(wěn)定性與耐用性會更好。
2.傳動系統(tǒng)部件：POK優(yōu)異的耐磨性能使其在汽車傳動系統(tǒng)中具有廣泛應用潛力，如制造齒輪、同步帶輪等部件。使用POK材料制造的齒輪，在運行過程中的噪音更低，傳動效率更高。某些新能源汽車的減速箱齒輪應用中，采用POK材料后，相比POM齒輪的磨損率降低了約40%，傳動效率提高了約3%-5%，同時噪音降低了5-8分貝，提升了汽車的整體性能和駕駛舒適性。
電子電器
1.電子設備外殼：POK材料的良好熱穩(wěn)定性、機械性能以及低吸濕率，使其成為電子設備外殼的理想材料。如智能設備、平板電腦等設備的外殼，符合更嚴格的環(huán)保和健康標準。2.接插件與連接器：在電子電器的接插件和連接器領域，POK材料的高尺寸穩(wěn)定性和良好的電氣絕緣性能，使其得到部分替代PBT、PA等鏈接件的應用。POK材料能夠確保接插件和連接器在長期使用過程中，保持穩(wěn)定的連接性能，減少因接觸不良導致的電路故障。在電腦主板的接插件應用中，采用POK制造的接插件，在經(jīng)過1000次以上的插拔測試后，仍能保持良好的電氣連接性能，而傳統(tǒng)材料制造的接插件在相同測試條件下，可能會出現(xiàn)連接不穩(wěn)定等問題。
包裝行業(yè)
1.食品包裝：POK的氣體和液體阻隔性能以及良好的化學穩(wěn)定性，使其在食品包裝領域具有很大優(yōu)勢。POK材料制成的包裝薄膜或容器，能夠有效延長食品的保質(zhì)期，保持食品的新鮮度和品質(zhì)，前面也有提到。同時POK材料本身無毒、無味，符合食品包裝的衛(wèi)生標準。2.藥品包裝：在藥品包裝方面，良好的阻隔性，防止藥品受到外界環(huán)境的污染和氧化。對于一些需要長期保存的藥品，POK材料制成的包裝容器能夠確保藥品在有效期內(nèi)的質(zhì)量穩(wěn)定性。抗生素采用POK包裝后，藥品在常溫下的保質(zhì)期從原來的18個月延長至36個月，提高了藥品的市場競爭力。
工業(yè)制造
1.機械零部件：POK 材料可用于制造各種機械零部件，如軸承、軸套、滑塊等。其優(yōu)異的耐磨性能和機械性能，能夠提高機械零部件的使用壽命和運行效率。在工業(yè)自動化生產(chǎn)線中，使用POK材料制造的滑塊，在高速往復運動過程中，磨損率低，能夠保證生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行。2.化工管道與容器：由于POK具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，能夠抵抗多種化學物質(zhì)的侵蝕，可用于制造化工管道和容器。在化工生產(chǎn)中，輸送腐蝕性化學物質(zhì)的管道和儲存化學原料的容器，能夠有效防止泄漏，提高生產(chǎn)過程的安全性。相比PE管，采用POK管道后，壽命延長至10-15年，大大降低了管道更換和維護成本。
成型工藝多樣性
1.注塑成型：可以通過注塑成型工藝制成各種形狀復雜的制品。在注塑過程中，POK材料的流動性較好，能夠快速填充模具型腔，成型周期短，生產(chǎn)效率高。一般來說，POK注塑成型的周期可比傳統(tǒng)工程塑料PA6/66甚至更快。在制造小型電子設備外殼時，采用注塑成型的POK制品，能夠在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，快速生產(chǎn)出大量產(chǎn)品，滿足市場需求。2.擠出成型：對于一些管材、板材等連續(xù)型材的生產(chǎn)，POK可采用擠出成型工藝。在擠出過程中，POK能夠穩(wěn)定地通過擠出機的螺桿和模具，形成尺寸精確、表面光滑的型材。以POK管材為例，通過擠出成型工藝生產(chǎn)的POK管材，其內(nèi)徑和外徑尺寸精度能夠控制在±0.1mm以內(nèi)，滿足工業(yè)管道等應用領域?qū)懿某叽缇鹊膰栏褚蟆?/span>3.吹塑成型：適用于吹塑成型工藝，可制造各種中空制品，如塑料膜、瓶、塑料桶等。在吹塑過程中，能夠在吹塑模具中均勻膨脹，形成壁厚均勻的中空制品。在食品包裝用塑料瓶的生產(chǎn)中，采用吹塑成型的POK塑料瓶，不僅具有良好的阻隔性能，而且瓶身強度高，不易變形。
加工條件
1.溫度控制：POK的加工溫度一般在200-250℃之間，具體溫度需根據(jù)不同的成型工藝和制品要求進行調(diào)整。在注塑成型時，料筒溫度通常設置為前段220 -230℃，中段 230-240℃，后段 210-220℃；模具溫度一般控制在40 -80℃，以保證制品的成型質(zhì)量和尺寸精度。如果加工溫度過高，會導致POK材料分解，加工溫度窄，影響制品性能；溫度過低，則會使材料流動性變差，難以填充模具型腔。2.壓力控制：在注塑成型中，注射壓力一般在80-120MPa 之間，保壓壓力為注射壓力的60%-80%。合適的壓力控制能夠確保POK材料在模具中充分填充，并在冷卻過程中保持制品的形狀。在擠出成型中，螺桿的背壓一般控制在0.5 -1.5MPa，以保證材料在擠出過程中的穩(wěn)定輸送和塑化質(zhì)量。
與尼龍PA對比
機械性能：在拉伸強度方面，PA6和PA66的拉伸強度稍高于POK，但POK的斷裂伸長率明顯高于PA，這使得POK在柔韌性方面更具優(yōu)勢。在耐磨性能上，POK的磨耗量低于PA，如在齒輪應用中，POK齒輪的使用壽命比PA齒輪更長。吸濕率：尼龍如PA6、PA66的吸濕率較高1-2%以上，而POK的吸濕率一般在0.5%以下。高吸濕率會導致PA材料在不同濕度環(huán)境下尺寸和性能發(fā)生較大變化，而POK受濕度影響較小，在需要高精度尺寸穩(wěn)定性的應用場景中，POK更具優(yōu)勢。化學穩(wěn)定性：POK在化學穩(wěn)定性方面55開，POK略有優(yōu)勢，畢竟PA在一些化學溶劑中可能會發(fā)生溶脹或性能下降，而POK除強酸強堿外，在眾多化學環(huán)境中性能穩(wěn)定。在化工管道輸送一些有機溶劑時，POK管道的耐化學腐蝕性更強。
與聚甲醛POM對比
耐磨性能：POK的耐磨性能遠優(yōu)于POM，在相同的摩擦測試條件下，POK的磨耗量僅為POM的幾分之一。在軸承、滑塊等需要高耐磨性能的機械零部件應用中，POK能夠大大降低磨損，延長零部件使用壽命。熱穩(wěn)定性：POK 的熔點和熱變形溫度均高于POM，POM的熔點約為165-175℃，熱變形溫度在 0.45MPa壓力下約為10℃，而POK的熔點在220-230℃左右，熱變形溫度在0.45MPa壓力下可達150℃以上。在高溫環(huán)境下的應用中，POK能夠保持更好的形狀穩(wěn)定性。加工性能：雖然POM和POK都具有良好的加工性能，在制造復雜形狀的塑料制品時，POK能夠更快速地填充模具型腔，提高生產(chǎn)效率，但也有缺陷，相比POM，其加工溫度要窄。普通POK的收縮率在1.8-2.0%之間，接近于POM，遠高于PA、PBT。
與聚對苯二甲酸丁二醇酯PBT對比
1.長期使用溫度：POK樹脂的長期使用溫度可達100℃以上，增強后短期耐溫達到210℃，與PBT旗鼓相當，但POK耐水解。在一些需要材料在較高溫度環(huán)境下長期穩(wěn)定工作的應用中，如汽車發(fā)動機周邊零部件，尤其濕熱環(huán)境下，POK更能滿足要求。2.抗沖擊性能：POK的抗沖擊性能優(yōu)于PBT，比PBT高2倍左右。在一些容易受到?jīng)_擊的應用場景中，如電子設備外殼、插頭、連接件，采用POK能夠更好地保護內(nèi)部元件免受沖擊損壞。3.氣體阻隔性能：POK對氣體和液體的阻隔性能優(yōu)于PBT，在食品包裝和藥品包裝等對阻隔性能要求較高的領域，POK材料制成的包裝能夠更好地保持產(chǎn)品的質(zhì)量和保質(zhì)期。
優(yōu)點
1.綜合性能優(yōu)異：POK在機械性能、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、低吸濕率等方面均表現(xiàn)出色，能夠滿足多種復雜應用場景的需求。相比單一性能突出的材料，POK的綜合性能使其在材料選擇中具有更大的優(yōu)勢。2.環(huán)保性能良好：POK材料本身無毒、無味，符合相關(guān)環(huán)保標準。其制備原料中的一氧化碳可從含CO工業(yè)廢氣中凈化獲得，在生產(chǎn)過程中能耗較低，產(chǎn)生的廢棄物較少，并且具有一定的可回收性，有利于資源的循環(huán)利用和環(huán)境保護。3.加工性能良好：POK可通過多種成型工藝進行加工，加工過程中流動性好，成型周期短，生產(chǎn)效率高，能制成各種形狀和尺寸的制品，同時還能保持較好的表面質(zhì)量。這為產(chǎn)品的設計和制造提供了更大的靈活性，降低了生產(chǎn)成本。
缺點
1.耐強酸強堿能力有限：雖然POK具有較好的化學穩(wěn)定性，但在強酸強堿環(huán)境中，其性能會受到影響。需要材料能夠承受強腐蝕性的強酸強堿環(huán)境，POK材料則無法滿足這種苛刻的要求，而像氟塑料、PPS等材料在強酸強堿環(huán)境下具有更好的耐受性。2.初始成本較高：POK作為一種新型工程塑料，生產(chǎn)工藝相對復雜，生產(chǎn)成本較高，導致其產(chǎn)品價格也相對較高。這在一定程度上限制了其大規(guī)模應用，尤其是在一些對成本敏感的領域。與傳統(tǒng)工程塑料POM、PA6、PBT等相比，POK的價格高出50%以上，企業(yè)在選擇材料時會因成本因素而對POK望而卻步。3.市場認知度和應用范圍有限：POK是一種相對較新的材料，市場對其認知度還不夠高，應用范圍也相對較窄，相比傳統(tǒng)工程塑料，POK在市場上的推廣和應用還有很長的路要走，出貨量連PPO的十分之一都不到，更別提尼龍這種大品種。這個是加了定語的，跟小米手機一個道理，秒天秒地在每一個維度有那個小項領先，實際嘛。。。。耐磨一定要考慮應用場景。就常溫下而言，摩擦系數(shù)、硬度、耐疲勞性三個維度測試耐磨損，POK只比POM多了1條耐疲勞性，光滑的表面互磨，低壓力接觸情況下，還是明顯有優(yōu)勢的，在混泥土管道濕式環(huán)境下，耐磨也未必能贏PA66。POK雖在多數(shù)有機溶劑和中性環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異，但在濃硫酸、濃硝酸等強氧化性酸或強堿溶液中可能發(fā)生溶脹或降解，高要求選氟塑料、PPS等。常規(guī)POK缺口沖擊十幾個，比上不足比下有余，也就欺負一下PBT了，碰瓷PC試試，哪怕是ABS、嵌段共聚PP。POK只會說氣體與液體阻隔性多好，但核心阻隔氧氣不會提，還是差點意思，就氧氣而言EVOH阻隔性最高。對對對，供應商不會告訴你PPO低吸水、低收縮率，也不會告訴你普通POK對紫外線敏感，長期暴露易導致表面氧化、變黃和脆化，而PPO是光伏大贏家，室外用途家常便飯。盡管供應商會告訴你加工性好，但不會告訴你由于POK結(jié)晶速度快，模具需具備高效的冷卻系統(tǒng)（如冷卻水道間距≤3 倍壁厚），以避免制品表面出現(xiàn)熔接痕或內(nèi)部應力集中。此外，脫模斜度需≥2°，以防止粘模。供應商也不會告訴你加工溫度窄，加工中，如溫度過高或時間過長，熱分解或裂解，會導致材料局部燒焦或碳化碳化后若，未及時清理，后續(xù)注塑產(chǎn)品可能出現(xiàn)黑點缺陷。盡管供應商吹POK的吸濕率低，但依然有0.5%，仍需在80℃下干燥4小時，否則可能導致制品出現(xiàn)氣泡或銀紋。盡管供應商告訴你，做出來尺寸穩(wěn)定性好，但不會告訴你，由于收縮率大且存在結(jié)晶各向異性，難以滿足精度要求極高的應用，高精度如手機連接器之類的還得LCP、PPS。供應商也不會告訴你POK的線性熱膨脹系數(shù)較高，溫度變化時可能產(chǎn)生尺寸偏差，需在設計時預留余量。低溫還是相對不錯的，高溫環(huán)境稍優(yōu)于PA6，但POK在持續(xù)高溫環(huán)境下，熱老化加快，可能出現(xiàn)結(jié)晶度下降、力學性能衰減的問題。供應商只告訴你生產(chǎn)消耗CO，利用了工業(yè)廢氣很環(huán)保，但不會告訴你回收難，且POK分子鏈緊密，回收再利用性能又下降。
