人形機器人爆火！聚醚醚酮（PEEK）材料扮演什么角色？

3月19日，據最新消息，宇樹科技稱，其人形機器人G1全球首次完成側空翻，引發關注。與此同時，聚醚醚酮（PEEK）材料因其在人形機器人制造中的關鍵應用而備受矚目。

2023年12月，特斯拉展示了Optimus-Gen2二代人形機器人，在不犧牲性能的情況下減重10公斤，并加快行走速度30%，所依靠的是一種輕量化材料——PEEK材料。PEEK是人形機器人生產制造的重要原材料之一。也是這個時候開始，PEEK概念股多次漲停，
PEEK材料最早由英國帝國化學公司（ICI）開發出來，自問世以后很長一段時間被用作一種重要的戰略國防軍工材料，并實施嚴格的封鎖和禁運。PEEK相比于普通材料，在耐熱性方面，即使在260℃的環境下使用5000小時，強度也幾乎與初始狀態相同，且熱穩定性優異，熔點達341℃。還具有優異的機械性能和韌性、杰出的化學抗性以及優異的耐磨性和滑動性能。
也因此PEEK成為人形機器人核心運動部件和精密結構的革命性材料。另外，其與碳纖維復合（CF/PEEK），可起到輕量化、耐磨自潤滑、剛性/柔性兼具等優點，可用在機器人機身重要關節、軸承等領域中。


PEEK在人形機器人中的應用

本文就詳細來看看PEEK在人形機器人中具體的應用部位：
一、關節與傳動系統

  • 諧波減速器：采用30%碳纖維增強PEEK（CF/PEEK），模量達15GPa，密度僅為鋁合金的50%。其高模量特性可降低減速器的變形應力，提升阻尼特性，增加柔輪與剛輪的嚙合面積，使承載能力提高30%以上，同時解決金屬材料的共振問題。
  • 軸承與連桿、齒輪：PEEK軸承用于關節部位，其耐高溫（260℃）、耐受強酸強堿、耐腐蝕特性適合長期高負荷運轉，而碳纖維增強的PEEK（CF/PEEK）進一步提升了機械強度和抗沖擊能力。例如，波士頓動力Atlas的膝關節齒輪組采用PEEK復合材料，實現2m高空跌落無損。

PEEK齒輪在關節四肢中應用，通過注塑成型實現輕量化，相比金屬減重40%，同時保持高耐磨性和自潤滑性。
二、機械臂與運動結構

  • 機械臂核心部件：碳纖維復合材料（CFRP）是機械臂的主流材料，其密度僅為鋼的1/3，相同強度下重量更輕，顯著提升機械臂的響應速度和高精度操作能力。

CF/PEEK復合結構在機械臂關節連桿中的應用，結合了碳纖維的高模量和PEEK的韌性，實現剛柔平衡，例如特斯拉Optimus-Gen2的機械臂采用此類材料，整體減重10kg。
三、骨架與支撐結構

  • 輕量化骨架：PEEK材料用于軀干和四肢骨架，密度僅為鋁合金的50%，在特斯拉Optimus-Gen2中實現整體減重10kg，同時保持高強度（彎曲模量達15GPa），提升行走速度30%。

CF/PEEK織物（碳纖維體積含量70%）的拉伸強度與鈦合金相當，但密度僅為其36%，適用于機身承重部位。
四、傳感器與交互系統

  • 六維力傳感器：PEEK彈性體替代鋁合金作為傳感器核心部件，動態響應頻率提升至2kHz（金屬材料500Hz），其輕量化特性降低了慣性質量干擾，提升測量精度和響應速度，適用于高速作業環境。
  • 電子皮膚基底：柔性基底材料如PDMS（聚二甲基硅氧烷）和PI（聚酰亞胺）薄膜常與碳纖維或石墨烯結合，用于觸覺傳感器。盡管PEEK不直接用于皮膚，但其復合材料在感知層中輔助提升靈敏度和環境適應性。因為PEEK薄膜介電常數3.2（PI薄膜3.5），厚度可加工至10μm，支撐500%拉伸應變。

五、動力與能源系統

  • 人工肌肉與驅動器：介電彈性體（DE）結合碳纖維增強結構，可實現300%的應變率和毫秒級響應，用于仿生肌肉驅動。
  • 固態電解質電池外殼采用PEEK材料，耐高溫特性保障能量系統的安全性。


布局企業

當前全球PEEK行業產能較為集中，全球生產廠商呈現“一超多強”的競爭格局。

  • 英國威格斯是全球最大的PEEK生產商，產能達到7150噸/年，約占全球產能的 60%。
  • 比利時Syensqo（由索爾維在2023年底拆分成立）現有PEEK產能2500噸/年，其生產基地主要集中在印度，產品主要出口歐洲和日本。
  • 德國贏創（其主要PEEK生產主體為吉大贏創）是第三大PEEK生產商，產能達1800噸/年，產品主要出口歐洲。


CF/PEEK復合材料

值得一提的是，CF/PEEK復合可解決塑料脆性問題。PEEK拉伸強度、拉伸模量優于其他特種工程塑料/工程塑料，但本身性質偏脆，在外力沖擊下易開裂，因此當使用PEEK與碳纖維復合，碳纖維的高強高模特性，賦予了CF/PEEK復合材料更高強度、模量以及抗變形特性，因而解決了PEEK易脆問題。


未來發展

從成本來看，簡單假設復合成本是PEEK+碳纖維采購成本的1-2倍，測算當前價格下單個人形機器人CF/PEEK復合材料成本約占機器人成本的1.48-2.21%。碳纖維體積含量70%的CF/PEEK織物拉伸強度、拉伸模量與鋁合金、鈦合金基本相當，而密度僅為鋁合金的58%、鈦合金的36%，但價格約為鈦產品的2倍。
從技術來看，國內CF/PEEK預浸料制備技術因復合工藝較為復雜，仍處于實驗室階段，高端碳纖維（如T1100級）依賴日本東麗。光威復材2月20日在投資者平臺表示，公司近年持續開展包括PEEK在內的熱塑性預浸料的研發，目前已開發了PEEK預浸絲/預浸帶等熱塑性碳纖維復材產品，正在進行相關試驗產線的開發研制。另外，永卓控股旗下永成新材取得發展新突破，成功實現YC11S（T1100級別）超高強度碳纖維千噸級工業化量產。
從產業鏈來看，PEEK的主要原料二氟二苯甲酮（DFBP），全球產能集中于國內企業包括新瀚新材、中欣氟材、興福新材三家企業。其中，中欣氟材的DFBP產品已得到多家國內外客戶的質量認證，并且已經獲得了部分國內外客戶的批量訂單。然而每生產1噸PEEK需要消耗0.7-0.8噸氟酮單體，按照全球人形機器人行業的發展，將拉動氟酮的需求量增長。
從市場規模來看，2024年全球PEEK市場規模約為61億元，預計到2027年市場規模將達到85.4億元，CAGR達11.38%。根據機構預測，我國PEEK產品需求量在2022年至2027年期間繼續以16.82%年復合增長率增長，預計2027年將達到5079噸。
從全球下游應用領域看，PEEK材料當前已經在汽車、航空航天、醫療、電子等領域有較多應用。隨著市場對PEEK特性理解的不斷加深，以及PEEK樹脂產量和工藝不斷提升，其消費量也將逐步增加，應用領域也不斷拓展。
在人形機器人領域，其對材料輕量化、高強度、高精度等要求與PEEK材料的性能高度契合，國內已有廠家將PEEK材料應用于人形機器人的關節、軸承、齒輪等部件，形成配套生產鏈。2025年1月馬斯克曾表示，如果一切順利，2027年特斯拉有望生產50萬臺機器人。據相關數據測算，每10萬臺采用復合材料設計的機器人，需要195噸PEEK材料。伴隨著人形機器人量產（預計2030年市場規模達120億美元），未來PEEK的應用將進一步向精密化、多功能集成方向發展，PEEK材料的需求也將大幅提升。