PEEK材料性能、生产壁垒、应用与需求分析

PEEK材料的生产工艺壁垒高。

PEEK 材料拥有出色的耐高温、耐化学腐蚀、高强度、高刚性、良好的尺寸稳定性 和自润滑性等特点。其长期使用温度可达 260℃，短期使用温度能达到 300℃以上，同时 在各种化学介质中表现稳定，机械性能在高温环境下依然保持良好。这些优异性能使得 PEEK 材料成为众多高端制造业的理想选择，人形机器人领域也有用武之地。

PEEK 材料的生产分为三个步骤。1）首先将氟酮、对苯二酚、碳酸钠等原材料熔融 混合后加入 5000L 聚合釜，加热至 280℃-340℃状态下进行聚合反应，聚合反应持续（8-12 小时）至理想状态（PEEK 聚合的分子量达到预定区间）后，通过封端技术停止聚合反 应，生成 PEEK 粗粉和碱金属盐的混合物；2）混合物经冷却、粉碎、提纯、萃取、干燥 等工序分离出 PEEK 粗粉；3）粗粉通过挤出、深度过滤、切粒工序生成纯树脂颗粒；粗粉通过磨粉、筛分、磁选工序生成细粉；粗粉通过与碳纤维、玻璃纤维、PFTE 混合后经 熔融挤出、切粒、磁选工序生成各类复合增强类产品。

PEEK 的生产主要有几个方面的难点：1）高成本：PEEK 的生产成本较高，主要源 于其原料稀缺且生产工艺复杂，需要在高温高压条件下进行。例如，PEEK 的熔点高达 343℃，注塑成型过程需要特殊的设备和严格的工艺控制，增加了生产成本。2）加工难 度大：PEEK的熔点高、流动性差，加工过程中容易产生翘曲变形，对设备要求高。注塑 成型和加工过程复杂且耗时，PEEK的生产涉及复杂的化学反应，需要精确控制温度和压 力。例如，采用亲核取代工艺制备 PEEK 树脂时，反应条件苛刻，工艺复杂，单体成本 高昂。3）技术要求高：PEEK 的生产需要大型反应釜进行连续稳产，目前全球仅少数企 业具备这种能力。生产过程中需要优化聚合工艺、纯度和性能要求，技术难度大。

PEEK 材料在人形机器人的应用环节：（一）关节部位。人形机器人的关节需要具备高灵活性和耐磨性，以实现各种复杂动作。PEEK 材料 凭借其良好的机械性能和自润滑特性，成为关节部件的理想材料。例如，在机器人的膝 关节、肘关节和腕关节等部位，使用 PEEK 制造的关节连接件和轴承，可以有效减少摩 擦和磨损，提高关节的运动精度和寿命。同时，PEEK 材料较轻的重量也有助于减轻机 器人整体负载，降低能耗。

（二）传动系统。在人形机器人的传动系统中，齿轮、齿条等部件需要承受高负载和频繁的冲击。PEEK 材料的高强度和高刚性使其能够胜任这些关键部件的制造。与传统金属材料相比，PEEK齿轮具有噪音低、振动小、自润滑无需额外润滑系统等优势，不仅提高了传动效率，还 减少了维护成本和故障风险。

（三）外壳与结构件。人形机器人的外壳和结构件需要具备一定的强度和刚度，以保护内部电子元件和机 械部件，同时还要考虑轻量化设计。PEEK 材料的高强度和良好的成型加工性能使其可 以制造出复杂形状的外壳和结构件，并且能够通过添加碳纤维等增强材料进一步提高强 度。采用 PEEK 材料制作外壳，在保证足够防护性能的同时，能显著降低机器人的重量， 提升其能源利用效率和运动灵活性。

（四）传感器部件。传感器是人形机器人感知外界环境的重要部件，其安装和保护需要特殊材料。PEEK 材料具有良好的电绝缘性能和化学稳定性，能够为传感器提供稳定的工作环境，避免电 磁干扰和化学腐蚀对传感器性能的影响。例如，在压力传感器、触觉传感器等部件的封 装和固定中，PEEK 材料得到了广泛应用。

由于人形机器人仍处于产业初期，关于单台机器人材料的用量并无明确标准。我们 的思路是根据 PEEK 有可能替代的部件价值量来反推 PEEK 材料在人形机器人的市场空 间。 人形机器人的核心零部件包括谐波减速器、无框力矩电机、空心杯电机、行星滚柱 丝杠、编码器、传感器、轴承等。从成本结构占比来看，电机、传感器、减速器、丝杠 是成本占比较大的核心零部件。根据觅途咨询《2024 人形机器人产业链白皮书》数据， 丝杆、无框力矩电机、减速器、力传感器、空心杯电机、轴承在人形机器人价值占比分 别为 19.00%、16.00%、13.00%、11.00%、8.00%、5.50%。

相较于传统合金和不锈钢材料，PEEK材料在质量、自润滑性、耐腐蚀性方面有明显 优势。1）PEEK材料的密度通常在 1.26 - 1.32g/cm³左右，远低于合金和不锈钢材料。这 使得机器人使用 PEEK 材料制造的部件更轻便，有利于提高机器人的运动速度和灵活性； 2）PEEK 具有较低的摩擦系数，一般在 0.1 - 0.3 之间，且具有自润滑性。相比之下，合 金和不锈钢通常需要额外的润滑措施来减少摩擦和磨损。同时，可降低机器人维护成本， 减少因润滑问题导致的故障。3）PEEK 除了浓硫酸等少数强腐蚀性介质外，对大多数化 学物质都有良好的耐受性。而合金和不锈钢在某些特殊环境下可能会发生腐蚀，如在一 些酸碱环境或含有特定化学物质的工业环境中。 因此，PEEK材料有望实现部分结构件的材料替代。我们假设 PEEK材料在丝杠、轴 承、减速器部件上实现部分替代，三类部件价值量占比人形机器人总比例的 37.5%，考 虑到通用 PEEK材料单位重量价格是不锈钢单价的 22 倍左右，密度差距在 6 倍左右，在 控制成本的情况下，PEEK 材料的用量占比可能在 1-2%，对成本的抬升在 3.6%-7.3%之 间。 综合考虑下来，假设通用性人形机器人的制造成本在 10-15 万元之间，丝杠、减速器 以及轴承的价值量占比约为 3.75 万元-5.62 万元，PEEK材料替代量在 1-2%，则单台机器 人需要 PEEK材料的价值量约为 1,367-4,102 元。

据中国通信院发布的《人形机器人产业发展研究报告（2024）》，我国人形机器人市 场规模约在 20-50 亿元，预计 2028-2035 年，人形机器人整体进入 Lv2 等级，市场规模有 望达到约 50-500 亿元。中商产业研究院则更为乐观，预计 2024 年中国人形机器人市场规 模达到 27.6 亿元，预计到 2029 年有望达到 750 亿元，到 2035 年则可能增长到 3000 亿元。