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現的，催化劑促進了一氧化碳和α-烯烴（如乙烯/丙烯）的商業規模聚合成線性、完美交替的結構的半結晶聚合物，稱為脂肪族聚酮 （PK，但PEEK業內很多人也叫它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的商業化過程也是曲折，杜邦發明了尼龍，吃了半個世紀的紅利，殼牌搞出了POK卻變成了先驅！1996年，殼牌在英國建了世界上第一家POK生產工廠，這個早期不太成熟，業務搞的不咋的，后面法國、英國和美國幾個公司也在搞，多年密集開發工作也是雷聲大雨點小，最后由韓國曉星商業化的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。獨特的分子結構賦予了POK一系列優異的性能，使其在眾多應用領域展現出巨大的潛力，有望成為傳統工程塑料的有力替代者。
最近幾年，全球對材料性能要求的不斷提高以及可持續發展理念的深入，POK材料因其綠色環保的制備原料（一氧化碳工業廢氣中獲得），受到了廣泛的關注和研究。
產能方面，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，對于產品經理、工程師來說，是否采用該材料，在我們產品中的應用，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尼龍，其斷裂伸長率處于200%-400%的范圍，展現出良好抗變形能力。在韌性方面POK具有明顯優勢。所以，在汽車發動機罩下的一些結構件與零部件中，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出色。在工業生產中，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，提高生產效率并降低維護成本。
優良的化學穩定性
1.耐化學溶劑性：除強酸強堿外，POK在眾多化學溶劑、酸堿、油脂等環境中性能穩定。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，POK管道能夠有效抵抗化學物質的侵蝕。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。在食品包裝行業，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部，延長食品的保質期，保持食品的新鮮度和品質。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在較高溫度環境下仍能保持較好的形狀穩定性。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，在不同濕度環境下能保持更為穩定的尺寸和性能。尼龍材料在吸濕后容易發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境下始終保持穩定的尺寸精度，確保儀器的高精度運行。
04.廢話真多，有POK應用案例？
汽車工業方面
1.發動機相關部件：由于POK具有良好的熱穩定性、機械性能和化學穩定性，可用于制造發動機罩下的零部件，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濟性，而且能夠更好地抵抗發動機艙內的高溫、油污等惡劣環境，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異，尺寸穩定性與耐用性會更好。
2.傳動系統部件：POK優異的耐磨性能使其在汽車傳動系統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，而傳統材料制造的接插件在相同測試條件下，可能會出現連接不穩定等問題。
包裝行業
1.食品包裝：POK的氣體和液體阻隔性能以及良好的化學穩定性，使其在食品包裝領域具有很大優勢。POK材料制成的包裝薄膜或容器，能夠有效延長食品的保質期，保持食品的新鮮度和品質，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的質量穩定性。抗生素采用POK包裝后，藥品在常溫下的保質期從原來的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。在工業自動化生產線中，使用POK材料制造的滑塊，在高速往復運動過程中，磨損率低，能夠保證生產線的穩定運行。2.化工管道與容器：由于POK具有優良的化學穩定性，能夠抵抗多種化學物質的侵蝕，可用于制造化工管道和容器。在化工生產中，輸送腐蝕性化學物質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，生產效率高。一般來說，POK注塑成型的周期可比傳統工程塑料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，能夠在保證產品質量的前提下，快速生產出大量產品，滿足市場需求。2.擠出成型：對于一些管材、板材等連續型材的生產，POK可采用擠出成型工藝。在擠出過程中，POK能夠穩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的POK管材，其內徑和外徑尺寸精度能夠控制在±0.1mm以內，滿足工業管道等應用領域對管材尺寸精度的嚴格要求。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，具體溫度需根據不同的成型工藝和制品要求進行調整。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定輸送和塑化質量。
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材料在不同濕度環境下尺寸和性能發生較大變化，而POK受濕度影響較小，在需要高精度尺寸穩定性的應用場景中，POK更具優勢。化學穩定性：POK在化學穩定性方面55開，POK略有優勢，畢竟PA在一些化學溶劑中可能會發生溶脹或性能下降，而POK除強酸強堿外，在眾多化學環境中性能穩定。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。在高溫環境下的應用中，POK能夠保持更好的形狀穩定性。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境下長期穩定工作的應用中，如汽車發動機周邊零部件，尤其濕熱環境下，POK更能滿足要求。2.抗沖擊性能：POK的抗沖擊性能優于PBT，比PBT高2倍左右。在一些容易受到沖擊的應用場景中，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品的質量和保質期。
優點
1.綜合性能優異：POK在機械性能、化學穩定性、熱穩定性、低吸濕率等方面均表現出色，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勢。2.環保性能良好：POK材料本身無毒、無味，符合相關環保標準。其制備原料中的一氧化碳可從含CO工業廢氣中凈化獲得，在生產過程中能耗較低，產生的廢棄物較少，并且具有一定的可回收性，有利于資源的循環利用和環境保護。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量。這為產品的設計和制造提供了更大的靈活性，降低了生產成本。
缺點
1.耐強酸強堿能力有限：雖然POK具有較好的化學穩定性，但在強酸強堿環境中，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，生產工藝相對復雜，生產成本較高，導致其產品價格也相對較高。這在一定程度上限制了其大規模應用，尤其是在一些對成本敏感的領域。與傳統工程塑料POM、PA6、PBT等相比，POK的價格高出50%以上，企業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、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，還是明顯有優勢的，在混泥土管道濕式環境下，耐磨也未必能贏PA66。POK雖在多數有機溶劑和中性環境中表現優異，但在濃硫酸、濃硝酸等強氧化性酸或強堿溶液中可能發生溶脹或降解，高要求選氟塑料、PPS等。常規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結晶速度快，模具需具備高效的冷卻系統（如冷卻水道間距≤3 倍壁厚），以避免制品表面出現熔接痕或內部應力集中。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，后續注塑產品可能出現黑點缺陷。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氣泡或銀紋。盡管供應商告訴你，做出來尺寸穩定性好，但不會告訴你，由于收縮率大且存在結晶各向異性，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的線性熱膨脹系數較高，溫度變化時可能產生尺寸偏差，需在設計時預留余量。低溫還是相對不錯的，高溫環境稍優于PA6，但POK在持續高溫環境下，熱老化加快，可能出現結晶度下降、力學性能衰減的問題。供應商只告訴你生產消耗CO，利用了工業廢氣很環保，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。
