当PEEK遇到CF，轻量又高强！国内骨科领域从跟跑到领跑

材料科学作为现代科技的核心领域之一，其发展历程贯穿了人类文明的演进，在当今科技革命中展现出强大的生命力。

高分子材料作为现代材料科学的重要组成部分，其发展经历了从传统塑料到高性能、轻量化、智能化材料的转变。

随着我国科技的发展，对高性能高分子材料的需求也随之增加，其中碳纤维增强聚醚醚酮（CFR-PEEK）凭借优异的耐热性和力学性能等逐渐进入了大众视野。

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，指碳纤维以短碳纤维(SCF)、长碳纤维(LCF)和连续碳纤维(CCF)或者织物形式增强PEEK树脂基的复合材料。

因为特斯拉发布人形机器人所说的一句话，碳纤维和PEEK材料可以说成为了热点，业内专家认为碳纤维增强聚醚醚酮（PEEK）高性能热塑性复合材料会是未来人形机器人的核心材料。另外，CF/PEEK复合材料也是近两年的重点的研究对象，有望在尖端医疗领域发挥极大的作用，尤其是骨科植入方面带来新的希望。

2025年3月11日，内布拉斯加大学医学中心（University of Nebraska Medical Center）于官网发布了这一成果：CFR-PEEK植入物作为一种特制的螺钉，不仅能够有效治疗脊柱肿瘤，还能因碳纤维具有优异的射线可透性，在影像中产生的伪影更少，从而显著提升肿瘤追踪效果，为患者带来更优质的治疗体验。

2025年4月30日，上海市第六人民医院国家骨科医学中心足踝外科团队在学科带头人马昕教授的指导下，足踝外科主任医师施忠民专家团队，成功运用国内首个碳纤维聚醚醚酮（CFR-PEEK）骨板完成了腓骨远端骨折的治疗。这一创新技术的应用，标志着我国在骨科材料学领域取得重大突破，为患者提供了更安全、更精准的治疗选择。

CF/PEEK复合材料的优势

与传统铝合金和不锈钢相比，铝合金的密度为2.8g/cm3，不锈钢的密度为7.3g/cm3，连续CF/PEEK复合材料的密度为1.51.6g/cm3。它重量轻，但强度高，而且CF-PEEK的某些性能已超过不锈钢。同时，连续碳纤维增强PEEK具有良好的X射线透射性，使临床手术更加直观和安全。碳纤维增强材料在触感上没有金属的冰冷感，让医生在手术过程中感觉更加舒适。与传统的碳纤维粉末改性材料相比，碳纤维的高强度、高模量特性赋予了CF-PEEK复合材料高强度、高弹性模量和抗变形特性。机械强度提高至少3倍，模量也提高至少3倍，具有更好的尺寸稳定性和抗变形性。

CF/PEEK复合材料的制备工艺

材料选择

在制备CF/PEEK复合材料时，主要原料包括碳纤维和聚醚醚酮PEEK。碳纤维具有良好的力学性能和导电性能，而PEEK则是一种高性能聚合物，具有优异的耐热性能和机械性能。

预浸料制备

预浸料是将碳纤维与树脂均匀混合后制成的中间材料，其质量对热压成型工艺和最终复合材料的性能有重要影响。制备预浸料的方法有多种，常见的有溶液浸渍法和熔融浸渍法。

溶液浸渍法：将 PEEK 树脂溶解在适当的有机溶剂中，配制成一定浓度的树脂溶液。然后将碳纤维织物或纤维束浸入该溶液中，使树脂充分浸渍碳纤维。随后通过烘干等工艺去除有机溶剂，得到预浸料。此方法的优点是浸渍效果好，能使树脂均匀分布在碳纤维表面，但存在有机溶剂挥发污染环境以及成本较高等问题。

熔融浸渍法：该方法是将 PEEK 树脂加热至熔融状态，在一定压力下使熔融的树脂浸渍碳纤维。熔融浸渍法具有生产效率高、无污染等优点，更适合大规模工业化生产。

热压成型工序

热压成型是CF/PEEK复合材料制备过程中的关键环节，通过精确控制温度、压力和时间等工艺参数，使碳纤维与PEEK树脂充分融合，形成具有优异性能的复合材料。

升温阶段：将装有铺层材料的模具放入热压机中，开始升温。升温速率的控制非常关键，过快的升温速率可能导致树脂基体局部过热，引发降解等问题，同时也可能使复合材料内部产生较大的热应力，影响产品性能；而过慢的升温速率则会降低生产效率。一般情况下，升温速率控制在2-5℃/min。当温度升高至PEEK树脂的熔点以上（约350℃-380℃）时，树脂开始熔融流动，逐渐浸润碳纤维。

在此阶段，电磁加热辊可发挥重要作用，例如，上海联净采用先进的电磁感应加热技术，能够实现快速、均匀的加热，使模具内的温度迅速且稳定地上升到设定值。与传统的加热方式如电加热、导热油加热相比，电磁加热辊具有温度控制精度高（辊面温差可控制在±1℃以内）、加热速度快、能耗低等优势，能够为CF/PEEK复合材料的热压成型提供稳定、高效的加热环境，有助于提高产品质量和生产效率。

加压阶段：当温度达到设定的树脂熔融温度后，开始施加压力。压力的作用是使熔融的树脂更好地填充碳纤维之间的空隙，排除气泡，增强碳纤维与树脂之间的界面结合力。压力大小需根据材料体系和产品要求进行调整，一般在5-20MPa范围内。压力施加过程应平稳，避免压力突变对材料结构造成破坏。上海联净的热压设备在加压系统方面具备高精度的控制能力，能够精确调节压力大小和施加时间，确保压力均匀地作用于模具内的材料，满足CF/PEEK复合材料热压成型对压力控制的严格要求。

保温保压阶段：在达到设定的温度和压力后，需保持一段时间，使树脂充分固化交联，完成复合材料的成型过程。保温保压时间取决于树脂体系的特性、产品的厚度等因素，一般为几十分钟到数小时不等。例如，对于较薄的制品，保温保压时间可能在30分钟左右；而对于较厚的制品，可能需要2-3小时。在这个阶段，稳定的温度和压力环境是保证复合材料性能一致性的关键。

冷却阶段：保温保压结束后，开始冷却模具。冷却过程也需控制冷却速率，过快的冷却可能导致复合材料内部产生热应力，引起产品变形或开裂；过慢的冷却则会影响生产周期。通常采用自然冷却与强制冷却相结合的方式，在温度较高时先进行自然冷却，当温度降低到一定程度后，再采用风冷或水冷等强制冷却方式，将模具温度降至50℃以下，然后进行脱模。

后处理工序

脱模：冷却后的模具进行脱模操作。为了便于脱模，可在模具表面预先涂抹脱模剂。脱模过程要小心谨慎，避免对复合材料制品造成损伤。对于形状复杂的制品，可能需要采用特殊的脱模工艺或工具。

机械加工：脱模后的复合材料制品往往需要进行机械加工，以满足最终产品的尺寸精度和表面质量要求。常见的机械加工方法包括切割、钻孔、铣削等。在机械加工过程中，要注意选择合适的刀具和加工参数，防止因加工不当导致材料表面出现分层、裂纹等缺陷。

性能检测：对加工后的CF/PEEK复合材料制品进行全面的性能检测，包括力学性能测试（如拉伸强度、弯曲强度、压缩强度等）、热性能测试（如热变形温度、热膨胀系数等）、微观结构分析（如扫描电子显微镜观察纤维与树脂的界面结合情况）等。通过性能检测，评估产品是否满足设计要求，为工艺优化和质量控制提供依据。

谁在做CF/PEEK复合材料

国内

01中研股份

吉林省中研高分子材料股份有限公司（中研股份）成立于2006年12月，是一家专注于聚醚醚酮（PEEK）研发、生产及销售的高新技术企业，主要产品为树脂形态的PEEK，形成现有的"两大类、三大牌号、六大系列"共52个规格牌号的产品体系，公司现有生产能力为年产聚醚醚酮(PEEK)1000吨。2023年9月，吉林中研高分子材料股份有限公司（中研股份）科创板IPO申请获受理。

据悉，本次IPO，中研股份拟募集资金4.55亿元，用于年产5000吨聚醚醚酮（PEEK）深加工系列产品综合厂房（二期）项目、创新与技术研发中心项目、上海碳纤维聚醚醚酮复合材料研发中心项目、补充流动资金项目。

02南京首塑特种工程塑料制品有限公司

南京首塑特种工程塑料制品有限公司专业致力于特种工程塑料产品的挤出、注塑、模压及机械加工，特别在PEEK(聚醚醚酮)、PI(聚酰亚胺)行业有多年的生产制造经验，专业生产PEEK(聚醚醚酮)、PI(聚酰亚胺)成品零件和棒材/板材/管材/片材等型材。其在2022年宣布的自主研发的连续碳纤维增强聚醚醚酮（PEEK）高性能热塑性复合材料，比传统的碳纤维增强热固性复合材料更耐高温（320°），强度更高，也更环保，可实现二次利用。生产的连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸单向带表面光滑，碳纤维与PEEK之间的熔融均匀，成品不分层。

图：CF/PEEK复合材料（来源：南京首塑）

03山东凯盛新材料股份有限公司

山东凯盛新材料股份有限公司主要从事精细化工产品及新型高分子材料的研发、生产和销售的企业，是全球知名的氯化亚砜及芳纶聚合单体生产企业。公司主要产品包括氯化亚砜、高纯度芳纶聚合单体（间/对苯二甲酰氯）、对硝基苯甲酰氯、2-丙氧基氯乙烷（氯醚）、聚醚酮酮等，建立了以氯、硫基础化工原料为起点，逐步延伸至精细化工中间体氯化亚砜、进一步延伸到高性能芳纶纤维的聚合单体间/对苯二甲酰氯、对硝基苯甲酰氯等，再到高性能高分子材料聚醚酮酮（PEKK）及其相关功能性产品的立体产业链结构。

凯盛新材是目前国内首家建设千吨级PEKK产能的企业，并有望能够率先实现规模化的企业，目前正积极与中国科学院宁波材料技术与工程研究所合作，共同开发CF/PEKK热塑性预浸料。

04江苏君华特种工程塑料有限公司

江苏君华特种工程塑料有限公司专注于PEEK等高性能特种工程塑料树脂、型材的应用研发及生产，并形成了一条具备PEEK原料树脂聚合、改性造粒、板棒管片等型材连续挤出成型及成品零件的注塑和机加工的完整产业链。君华特塑依托吉林大学、东华大学的技术支持，致力于连续碳纤维CF/PEEK热塑性复合材料预浸料、型材及制品的应用研发、生产及销售。公司采用自身聚合装置开发出PEEK复合材料专用树脂，并通过自主创新的高温上浆剂对碳纤维进行处理，生产出综合性能优异的连续碳纤维CF/PEEK热塑性复合材料。

国际

01赢创

赢创EVONIK，是一家源于德国的创新型工业集团，主要致力于发展三个高效益和发展前景良好的产业领域：化工、能源和房地产。赢创工业集团自20世纪90年代初期开始在中国生产特种化工产品，并于更早就已经与中国建立了广泛的贸易关系。今天，赢创在中国已经拥有了20多家公司，生产基地遍及中国十几个城市。赢创产品品质卓越，种类繁多，客户遍及中国和世界各地。

2023年10月11日，赢创宣布，推出一款全新的碳纤增强型聚醚醚酮（PEEK）长丝，可用于熔丝制造（FFF）3D打印技术制造医疗植入物。新产品碳纤含量分别为12%和20%。

02索尔维

索尔维是总部位于比利时首都布鲁塞尔的跨国性化工集团，1863年由比利时化学家欧内斯特·索尔维创立。索尔维集团的产品被广泛应用于各行业领域，旗下90%的销售产品位居全球前三甲。

索尔维将专注于开发碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）、碳纤维增强生物基高性能聚酰胺以及碳纤维增强聚苯硫醚（CF/PPS）等复合材料。这项合作极大地扩展了9T Labs能够为客户提供的纯的以及碳纤维增强的材料组合类型。

03威格斯

1978年，英国帝国化学工业公司（ICI）首先研发出了PEEK，仅三年后，第一批商业化PEEK聚合物“VICTREX PEEK”系列（包括玻璃和碳填充产品）问世。1993年，威格斯收购ICI公司的PEEK业务并开始独立运营。

威格斯开发出的VICTREX® PEEKTM系列树脂专用料已成为行业标杆，该系列树脂涵盖了纯树脂、复合增强树脂以及深度纯化粒料等9类49个品种。此外，威格斯还陆续开发出各类PEEK制品，如涂料专用料VICTREX® VICOTETM系列和PEEK薄膜VICTREX® APTIVTM系列等产品，产业链纵向一体化优势显著。

04日本东丽

日本东丽公司作为全球PAN基碳纤维领域的霸主，不但具有成熟的系列化高性能碳纤维，而且已建立完善的碳纤维复合材料数据库体系。其碳纤维增强PEEK复合材料主要有两款产品，Toray Cetex® TC1200 和Toray Cetex® TC1220。

Toray Cetex®TC1200是一种高端碳纤维增强热塑性复合材料，它采用了半结晶热塑性PEEK为基体，具有优异的机械性能。

PEEK在航空航天和尖端医疗应用等苛刻环境中能够保持长期使用，尤其是其高温性能优势明显，而采用半结晶型PEEK树脂可确保其对化学品和溶剂的优异耐受性。

来源：日本东丽

与其他碳纤维增强PAEK复合材料相比，Toray Cetex ® TC1220的独特优势在于具有更高的冲击后压缩强度（CAI）。Toray Cetex ® TC1220主要产品为高加固的单向预浸带，纤维与树脂均匀分布。主要性能与Toray Cetex®TC1200产品相同，在此基础上具有更高韧性，如复合材料冲击后的压缩强度可达到345MPa。该产品主要用在飞机主承力和次承力结构；肋骨加强筋，支架，导管等领域。

05帝人

帝人株式会社在2023年4月12日报告称，其碳纤维增强和聚醚醚酮(PEEK)基材料Tenax热塑性机织织物(TPWF)和Tenax热塑复合层压板(TPCL)已通过NCAMP(美国堪萨斯州威奇托市国家先进材料性能中心)的认证。这一资格使碳纤维/PEEK织物和强化层压材料技术可供更广泛的原始设备制造商、一级和二级供应商使用。制造商可以使用公共NCAMP数据库来证明等效性，并以比合格材料本身更低的成本获得FAA认证。

06icotec ag

icotec ag成立于1999年，是一家总部位于瑞士阿尔茨泰顿的家族式中小企业。icotec开发、制造和销售了由BlackArmor®制成的非金属脊柱植入物。icotec专有的BlackArmor®材料由连续碳纤维与聚醚醚酮（PEEK）组合而成，采用icotec独特的复合材料流动模塑（CFM）注塑制造技术制造。其制备的非金属BlackArmor@Carbon/PEEK具有射线可穿透性，并具有与天然骨相似的特性--这是优化患者术后治疗的两个基本特征。

07荷兰TenCate

TenCate公司一直以来都是连续纤维增强热塑性复合材料主要的支持者和开发者，该公司现已向市场推出了一系列材料，包括碳纤维、玻璃纤维及氨纶纤维增强的PEEK、PEI及PPS树脂单向纤维预浸料，以TenCate Cetex®品牌出售。2018年，TenCate Advanced Composites控股（TACHD）公司被日本东丽集团收购。

其TenCate Cetex®TC1200产品采用标准或中等模量碳纤维或S-2玻璃纤维。TenCate Cetex TC1200的空隙率非常低（<1%）。提供的典型碳单板宽度是标准的6英寸（75毫米）宽度，也提供可选的12英寸（305毫米）宽度。可通过二次纵切获得用于ATL加工的替代较窄的狭缝宽度。

碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料正以“轻量化却高强度”“射线可透且生物兼容”的独特优势，在医疗、智能制造、高端制造等领域撕开传统材料的壁垒。

国内，中研股份的产能布局、南京首塑的预浸带技术、江苏君华的全产业链突破，正让“中国制造”在骨科材料等场景实现从跟跑到领跑；国际上，威格斯的标杆树脂、日本东丽的航空级产品、瑞士 icotec 的植入物创新，持续拓宽着材料应用的边界。而热压成型工艺的精准控制、后处理技术的不断优化，更让这种材料在“性能”与“量产”之间找到平衡。

当材料的革新遇上医疗的需求、科技的突破，CF/PEEK复合材料的故事才刚刚开始。它不仅是一张“材料名片”，更预示着未来——在手术室里让治疗更精准，在工厂里让设备更高效，在生活中让科技更贴近需求。或许不久后，这种兼具力量与温度的材料，将以更多元的姿态，悄悄改变我们的世界。

文章参考资料：高分子材料纵横、上海联净

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