人形机器人PEEK材料解析

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2023年10月,国家工信部指出,人形机器人有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品,将深刻变革人类生产生活方式。


2023年12月,特斯拉发布人形机器人-擎天柱的第二代版本Optimus-Gen 2,其体重比第一代减少了10kg,步行速度提升了30%,主要源于轻量化材料和高功率密度执行器的使用。


机器人对材料的需求主要体现在轻量化和耐久性两方面,二代机器人通过采用PEEK(Poly-ether-ether-ketone,聚醚醚酮)和高功率密度执行器解决了以上难题。近期,市场对PEEK材料高度关注,提升了非金属新材料版块在轻量化新赛道的热度。


人形机器人能否为PEEK产业带来机遇,关键要看两个问题:1、是否能用PEEK;2、用多少PEEK。


PEEK是芳香族半结晶高分子聚合物,其分子主链由芳基、酮键和醚键组成,质地坚硬,底色为灰/褐色,在最大结晶度下的密度可达1.32g/cm3。


PEEK具有极强的耐热性、化学稳定性和热塑性塑料的成型加工性,是目前公认的性能最佳的高分子材料之一。


PEEK最初是在1977年由英国帝国化工(ICI)发明,并于1978年率先开始产业化,1981年推向市场。


PEEK初期主要用于军工领域,其产能一直处于百吨级较小规模,产品也处于研发完善阶段。


1993年,ICI公司的PEEK业务被英国Victrex收购并开始独立运营,在民用高科技领域应用逐步拓展,市场规模也是实现了快速增长。


回到第一个问题,人形机器人是否能用PEEK?


特斯拉二代机器人不但减重10kg,而且平衡能力显著提升,业界普遍认为塑料替代高密度金属或有不可或缺的贡献。产业动态信息层面上,中研股份在投资者问答平台称,“PEEK材料有应用到机器人相关部件,目前公司下游客户有机器人方面的应用”。


从材料的角度出发,人形机器人是否用PEEK核心是看材料性能,同时考虑成本。


POM(聚甲醛)、PA66、UHMWPE(超高分子量聚乙烯)、PEKK(聚醚酮酮)是业内关注度较高的几种工程塑料,或为PEEK的竞品材料。


但尼龙工程塑料易溶胀、水解,POM亦有水解担忧,而POM和UHMWPE熔点都太低,且几种竞品材料除PEKK外,机械性能均较PEEK表现不佳,或不太适用于人形机器人的性能需求。


PEKK在各方面指标上紧追PEEK,但其产业化进程较慢。PEKK于1962年由美国杜邦研发诞生,早于PEEK十五年,后技术转手至阿科玛实现产业化,但产业规模提升缓慢,应用也不太成熟,导致使用成本偏高,国内凯盛新材在做技术攻关。


PEEK的诸多性能优势能够很好地契合人形机器人的需求,可提高机器人负载和灵活性能,使机器人“轻装上阵”,动作更加敏捷,还稳如泰山。利用PEEK材料减重意味着机器人能做更多的事,能去更远的地方。因而,PEEK或成为人形机器人未来的核心材料之一。