从2025世界机器人大会爆火，看碳纤维PEEK如何解锁更多机器人硬核性能

 

上周，2025世界机器人大会在北京开幕。相比往年，今年的大会规模升级，汇聚200余家国内外机器人企业的1500余件展品，其中包含100余款首发新品，数量约为去年的两倍；还有50家人形机器人整机企业带来最新展品及行业解决方案，全方位展现了机器人技术的多元化发展。

 

展会上的一系列动态，都彰显着机器人产业蓬勃发展的态势，也让与之相关的材料——碳纤维PEEK复合材料备受关注。

 

来源：荣格复材技术

                           

Part 1

碳纤维PEEK复合材料产业现状

 

众所周知，机器人轻量化是提升机器人整体性能、延长续航时间和增强或缩短动态响应的关键技术路径，而轻量化材料选择是实现轻量化的核心环节之一。目前机器人轻量化主要有高端工程塑料类、轻质金属合金类、复合材料类三大研究方向。

 

其中，PEEK碳纤维复合材料是碳纤维与聚醚醚酮（PEEK）树脂的强强联合。由于兼具PEEK与碳纤维的优势，刚性/柔性平衡，主要应用于机器人谐波减速器(提升承载和抗冲击能力)、高精度部件。

 

碳纤维复合材料主要特性是密度1.5-2.0g/cm³之间，抗拉强度是钢材的5倍以上。主要应用于机器人机械臂、关键承力结构、外壳等。典型应用案例是天工Ultra机器人采用碳纤维显著提升续航能力。

 

聚醚醚酮（PEEK）作为第三代高性能热塑性工程塑料，有着诸多令人瞩目的特性。它耐高温，长期使用温度大于260℃；自润滑，摩擦系数处于0.15-0.35；高强度，抗拉强度大于150MPa；化学稳定性强，能够耐 pH1-14 介质腐蚀。凭借这些特性，PEEK在航空航天、电子电气、新能源汽车等领域已经得到了广泛应用。

 

碳纤维增强聚醚醚酮（PEEK）高性能热塑性复合材料是未来人形机器人的核心材料。碳纤维增强 PEEK 复合材料（CF/PEEK），指碳纤维以粉末、颗粒、连续纤维（长纤维）或者织物形式增强 PEEK 树脂基的复合材料。

 

其中，由连续碳纤维、PEEK树脂复合制成的CF/PEEK，是近年来新兴的热塑性复合材料中性能最强的材料之一。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1.5-1.6g/cm3，具有重量轻，强度高的优势。 

 

 

 

Part 2

碳纤维PEEK复材在机器人领域的应用实例

 

在机器人领域，尤其是人形机器人，轻量化至关重要。碳纤维PEEK复合材料具有明显的轻量化优势，结构件中PEEK的比强度是铝合金的8倍，密度却仅为铝合金的/2。使用PEEK替代铝合金可使人形机器人骨架重量减轻40%，同时保持高刚性和抗弯强度。例如特斯拉 Optimus Gen2总体减重10公斤，运动速度提升30%，这其中碳纤维PEEK复合材料或许发挥了重要作用。

 

在机器人的机械臂、关节连杆等结构件中应用碳纤维PEEK复合材料，能够降低机器人自身重量，减少电机等驱动部件的能耗，提升机器人的机动性和灵活性，使其在执行任务时更加敏捷高效。

 

• 在传感器中的应用提升性能

 

当机器人处于高速作业环境时，多维力传感器的弹性体惯性质量附加的惯性力矩会形成测量误差。而PEEK材料契合轻量化、灵敏度更高以及满足其它力学性能的要求，可被选为替代铝合金制作六维力传感器的弹性体。

 

有限元分析结果显示，PEEK弹性梁的应变灵敏度远远高于铝合金弹性梁，例如PEEK弹性梁受到一定作用力时，梁上最大应变高于铝合金弹性梁在更大作用力下的最大应变；静态性能指标结果表明，PEEK传感器灵敏度是铝合金传感器的数十倍以外，其他静态指标如线性度、重复性、迟滞等相差不大。

 

• 助力谐波减速器性能优化

 

相较金属基，采用CF/PEEK制备的谐波减速器具有众多优势。它变形应力程度低，在相同负载下，PEEK基复合材料的变形应力仅为钢材的1/7，使得结构设计更加自由；阻尼特性好，能有效降低发生共振的可能性，PEEK基复合材料谐波减速器整机各阶固有频率较金属基提升40-45%。

 

柔轮与刚轮齿的接触齿数以及啮合面积增加，在负载额定工况下，PEEK复合材料谐波减速器参与啮合的齿数变多，接触齿数较金属提升47%，可提升谐波减速器的承载和抗冲击能力；疲劳寿命更优，传统金属制谐波减速器在循环周期次数达一定程度时遭遇静力破坏，而采用PEEK复合材料制造的柔轮，预计可循环次数大幅增加，疲劳寿命显著提高。

 

 

科盟创新推出全球首款PEEK复合材料谐波减速器，重量减轻61%，扭矩/重量比提升74%，满足人形机器人轻量化与高刚性的双重需求。

 

• 在齿轮轴承等部件的应用

 

碳纤维PEEK复合材料具有高强度和耐磨损性能，适用于机器人的齿轮轴承等部件。其自润滑性可减少关节与齿轮磨损，延长使用寿命；耐磨性和耐高温性确保轴承与传动系统在频繁运动中的稳定性，支持精准操作。

 

同时，还具备良好的抗蠕变性，能够在长期应力作用下保持稳定的形状和尺寸，保证机器人在长时间运行过程中，齿轮轴承等部件不会因受力而发生变形，影响机器人的正常运转。例如，波士顿动力Atlas膝关节采用PEEK齿轮组，实现2m高空跌落无损。

 

 

瑞璐塑业针对人形机器人和传动系统的特殊需求，使用碳纤增强PEEK复合材料的定制加工方案，相较于传统金属齿轮可减重60%以上，显著降低人形机器人关节负载，提升机器人运动效率与续航能力。来源：瑞璐塑业

 

Part 3

主要材料供应商企业

 

市场及主要企业PEEK材料的市场一直在增长，主要是材料的性价比持续提高，带动市场规模越来越大。特别是今年，人形机器人领域的蓬勃发展，轻型坚固材料市场的需求猛增。

 

国际企业主要是英国Victrex，材料的发明者，当之无愧的全球龙头，产能超7000吨/年。比利时Solvay，现 Syensqo，专注于航空航天，提供全系列高性能聚合物。德国Evonik，擅长医疗级PEEK。

 

国内已实现从原材料开始的全产业链自主可控。龙头是中研股份，科创板上市，产能3000吨/年，医疗认证完善，在热稳定性、耐热性、流动性能、机械性能等方面，达到国际水准，牵头制定PEEK国家标准。沃特股份实现“DFBP→PEEK树脂→改性”全链条量产，特斯拉机器人电机壳体供应商，开发出了与碳纤维的复合材料，弯曲强度提升明显。金发科技，自主研发PEEK聚合技术，产品用于宇树机器人关节齿轮。鹏孚隆，创新固相缩聚法，耐高温改性技术突破，能耗降低40%。

 

华密新材，国内少数实现PEEK国产化的企业，产品用于机器人轻量化部件，性能对标国际巨头。为特斯拉Optimus、宇树科技H1等提供PEEK关节材料，助力减重。会通股份，布局PEEK及高温尼龙材料，碳纤维增强尼龙通过美的机器人验证，适配关节结构件。开发高刚性碳纤维尼龙、PC三元合金等材料，用于骨骼、外壳及传动部件。科达利，通过合资公司布局灵巧手PEEK部件，涉及谐波减速器及关节模组。超捷股份，为智元机器人供应PEEK材质传感器基座，异形连接件工艺覆盖冷镦、注塑。

 

南京聚隆，通过PEEK材料、碳纤维复合材料、改性塑料三大核心技术的突破,已构建起覆盖人形机器人全链条的材料供应体系。碳纤维增强PEEK材料密度1.45g/cm³，应用于优必选机器人关节；与优必选、宇树科技合作开发关节模组。光启技术，公司有PEEK材料的技术储备和产品应用；与华为合作开发5G-A人形机器人“夸父”，超材料智能蒙皮提升感知响应速度。双林股份，开发PEEK材质蜗杆用于汽车座椅驱动器，技术同源性延伸至机器人领域；行星滚柱丝杠通过特斯拉、宇树验证，交付首批样件。

 

Part 4

在机器人领域的未来发展

 

当下，机器人产业呈现出快速增长的态势。据相关数据显示，2024年全球机器人市场规模达到5140亿美元，同比增长15.2%。其中，工业机器人市场规模为2100亿美元，服务机器人市场规模为2300亿美元，特种机器人市场规模为740亿美元。我国机器人市场同样表现亮眼，2024年市场规模达到1540亿美元，同比增长20.5%，增速高于全球平均水平。随着人口老龄化加剧、劳动力成本上升以及制造业转型升级的推动，机器人在各个领域的应用需求不断增加，市场规模有望持续扩大。

 

在应用场景上，机器人从“秀技术”转向“办实事”：优必选Walker S1已在比亚迪工厂实训，完成搬运、装配等工业任务；银河通用Galbot机器人在零售舱中实现全自主售货，启动“十城百店”计划。医疗领域，傅利叶GR-3机器人展示康复训练与情感交互能力，可通过触觉反馈调整力度。

 

随着机器人产业的快速发展，尤其是人形机器人市场的逐渐兴起，碳纤维PEEK复合材料在机器人领域的市场需求将持续增长。除了在现有的机器人结构件、传感器、谐波减速器、齿轮轴承等部件中的应用不断深化外，还将拓展到更多新的应用场景和部件中。同时，随着技术的发展和成本的降低，碳纤维PEEK复合材料在中低端机器人市场的渗透率也有望提高，从目前主要应用于高端机器人，逐渐向更广泛的机器人产品普及。这场由材料驱动的进化，才刚刚开始。

 

 

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