從聚合物鏈角度來看，PEEK是由苯環(huán)、亞甲基、醚鍵交替構成線性長鏈聚合物。其基本單元為4,4'二氟二苯甲酮和對苯二酚通過芳香族親核取代反應制得。這種結構賦予了PEEK極高剛性、強度。苯環(huán)存于使PEEK具有優(yōu)良耐高溫性能，能夠于260℃下一直使用而不有顯著變化；和此同時，因為醚鍵存于，PEEK還含一定柔韌性，使其易于加工成型。
于分子間作用力方面，PEEK分子之間主要依靠范德華力相互吸引，另外，因為其主鏈上含有極性基團，因此也存于一定程度氫鍵作用。這些作用力共同決定了PEEK材料力學特性、熱穩(wěn)固性。例如，于高溫條件下，盡管部分氫鍵也許會斷裂，但剩余范德華力仍能維持材料基本形態(tài)，從而確保了PEEK于極端環(huán)境下用途潛力。
另外，PEEK還具有結晶度可調(diào)特點，這使得它可以根據(jù)具體需求調(diào)整最終產(chǎn)品物理化學性質(zhì)。高結晶度PEEK通常表現(xiàn)出更高硬度、耐磨性，適合用于生產(chǎn)軸承、齒輪承受重載荷部件；而非晶態(tài)或低結晶度PEEK則更加柔軟且易加工，適用于薄壁零件或者要優(yōu)良沖擊吸收能力用途場合。正是因為其特殊分子結構設計，才讓PEEK成為航空航天、汽車工業(yè)還有醫(yī)療器械多個行業(yè)無法替代關鍵材料。
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