聚合物PPS的8大特性、6大應(yīng)用、4大注意事項(xiàng)

PPS塑料(聚苯硫醚)是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性特種工程塑料，其突出的特點(diǎn)是耐高溫、耐腐蝕和優(yōu)越的機(jī)械性能。

PPS具有對稱的剛性主鏈，是由重復(fù)對位取代的苯環(huán)和硫原子組成的結(jié)晶聚合物的一部分。PPS是具備高性能，高達(dá)280℃的高熔點(diǎn)，可以替代金屬的特種工程塑料，位于聚合物性能金字塔的頂端，如圖1所示。為此，基于PPS樹脂的卓越性能，使其符合要求苛刻的工程塑料項(xiàng)目對材料的要求。

英文名稱:Polyphenylenesulphide比重:1.36克/立方厘米成型收縮率:0.7%成型溫度:300-330℃。它是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性特種工程塑料，其突出的特點(diǎn)是耐高溫，耐腐蝕和優(yōu)越的機(jī)械性能。PPS是含硫芳香族聚合物，線型PPS在350℃以上交聯(lián)后成熱固性塑料，支鏈型結(jié)構(gòu)PPS為熱塑性塑料。PPS是美國菲利普斯公司于1971年首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的，專利到期后，日本的企業(yè)也開始研發(fā)和生產(chǎn)。日企比較典型的有日本的東麗公司，現(xiàn)階段日本的產(chǎn)量已大于美國的產(chǎn)量。其他一些生產(chǎn)廠家也主要集中在美國、日本和歐洲。

全球五大PPS生產(chǎn)商為菲利普斯、東麗、泰科納、寶理和日本油墨。我國的天津合成材料研究所、廣州化學(xué)試劑二廠、四川自貢化學(xué)試劑廠、河北工學(xué)院化工系及廣州化工研究所等單位曾有少量小試，但均無法穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)。目前國內(nèi)PPS的銷售商有上海聯(lián)?；さ?，到2000年，世界PPS的產(chǎn)量可達(dá)到5萬噸/年。PPS的最大需求為日本占33%，北美占32%，西歐占19%，亞太占16%。

pps為一種白色粉末，平均分子量為0.4-0.5萬，密度為1.3-1.8克每立方厘米，pps有十分優(yōu)異的熱性能。添加玻璃纖維增強(qiáng)后的熱性能指標(biāo)更高，在232攝氏度經(jīng)5000h的熱老化后，如玻璃纖維、碳纖維、填料等來增強(qiáng)其力學(xué)性能，改性后的pps能在長期工作負(fù)荷和熱負(fù)荷的作用下保持高的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，因而可應(yīng)用于溫度高的受力環(huán)境中。

一、高性能聚苯硫醚樹脂的特點(diǎn)

(1)高性能PPS樹脂是一種具有高硬度的結(jié)晶聚合物。其晶體含量約為65%。結(jié)晶速度快、流動(dòng)性好、成型周期短。

(2)優(yōu)異的耐熱性。其熔點(diǎn)可達(dá)275~291℃，熱變形溫度為135℃，玻璃纖維強(qiáng)化后熱變形溫度可達(dá)260℃。在空氣和氮?dú)庵?，聚苯硫醚的初始和弱化溫度約為400℃，在700℃的空氣中分解，在1000℃的惰性氣體中仍能保持40%的重量。長期使用溫度為200~240℃，氣體阻隔熱阻和長期連續(xù)使用的熱穩(wěn)定性優(yōu)于目前所有的工程塑料。

(3)具有良好的力學(xué)性能。具有極高的剛性，表面硬度高，高濕條件下剛性下降極少，并具有優(yōu)良的耐蠕變性和耐疲勞性、耐磨性，其耐磨性可通過填充氟樹脂及碳纖維等潤滑劑而大幅提高。

(4)具有優(yōu)異的耐腐蝕性和耐化學(xué)性。除強(qiáng)氧化酸(如濃硫酸、硝酸等)外，還能承受其他酸、堿和鹽的腐蝕，不溶于200℃以下的任何有機(jī)溶劑，其耐腐蝕性幾乎相當(dāng)于聚四氟乙烯。此外，PPS還具有良好的耐氣候和輻射性能，其性能不會受到多次強(qiáng)紫外線和Y射線的照射以及中子輻射的影響。

(5)具有較小的吸水率(僅0.008%)和吸油率。較小的成型收縮和線膨脹系數(shù)，其產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，變形小，即使在一些潮濕、油性腐蝕性氣體環(huán)境中，仍能保持尺寸穩(wěn)定性，因此可以用于精密成型。

(6)電性能優(yōu)異。高性能PPS樹脂在高溫、高濕下體積電阻率變化很小，其介電常數(shù)隨溫度和頻率變化很小，加之離子雜質(zhì)含量低，能浸漬于260℃的焊錫槽中，所以足夠承受表面焊接電子元件的熱沖擊，適用于對電性能有極高要求的產(chǎn)品。其電阻率高，介電性能低。

(7)高性能PPS樹脂熔體黏度極低，流動(dòng)性好。極易與玻纖潤濕接觸，因而易于填充，用其制備的玻纖或玻纖－無機(jī)填料增強(qiáng)注塑級粒料，抗沖擊、抗彎、延展性極高。

(8)高性能PPS樹脂對玻璃、鋁、不銹鋼等的粘接強(qiáng)度非常高。對玻璃的粘接強(qiáng)度甚至比玻璃的黏結(jié)力還要大。

二、高性能PPS樹脂在工程塑料的應(yīng)用

作為工程塑料，PPS成型材料具有許多優(yōu)良特性，可代替金屬、熱固化性樹脂等，為此被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

? 汽車零部件上的應(yīng)用

汽車零部件用途是未來PPS應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，如圖2所示PPS應(yīng)用于電驅(qū)動(dòng)單元部件。因?yàn)镻PS除了具有杰出的連續(xù)耐熱性、耐藥品性(汽油、機(jī)油等)等高性能外，還由于可提高生產(chǎn)效率(可注塑成型)，使成本大大降低。

圖2 PPS應(yīng)用于電驅(qū)動(dòng)單元部件

圖3 PPS應(yīng)用于IC調(diào)節(jié)器

目前PPS除了可以取代以往使用的金屬部件和酚醛樹脂，PPS在新用途部件上的應(yīng)用正在加速。特別是在以發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)機(jī)器為中心的驅(qū)動(dòng)類、制動(dòng)類、燃料類、照明類、冷卻類零件和控制這些機(jī)器的控制類零件方面，PPS在汽車零件使用的詳細(xì)情況如表1所示。

表1 PPS在汽車零部件用途明細(xì)表

?住宅設(shè)施/OA/精密設(shè)備上的應(yīng)用

住宅設(shè)備中以熱水器為代表的用水相關(guān)設(shè)備多使用“超硬PPS(40%GF)”。這是由于“超硬PPS(40%GF)”除具有PPS的耐熱水性以外，還具有耐壓、韌性好的特點(diǎn)。正在逐步替代過去以黃銅為代表的金屬材料和變形PPE材料。

因具備低結(jié)晶度性能而利于尺寸精度的“改性PPS(30%GF)”適用于精密設(shè)備零部件用途。同時(shí)，由于具有優(yōu)異的低摩擦、低磨損性能，適用于對滑動(dòng)特性有特殊需要的項(xiàng)目用途，如齒輪、軸承等。

在激光復(fù)印機(jī)、打印機(jī)等用途方面，多使用既具有PPS耐熱固定性能，又有利于其他特殊類型，如齒輪或軸承周圍滑動(dòng)、導(dǎo)電等。其中PPS在住宅設(shè)施/OA/精密設(shè)備上的應(yīng)用，如表2所示。

表2 PPS在住宅設(shè)施/OA/精密設(shè)備上的應(yīng)用明細(xì)表

? 電氣/電子零部件上的應(yīng)用

在SMT工序中除高耐熱性、精密成型性、尺寸穩(wěn)定性等以外，PPS還具有不添加阻燃劑就可以達(dá)到UL-94V-0級的高度阻燃性。對于以連接器為代表的電氣/電子部件來說，這些特性可以稱為最好的成型材料。主要使用具有PPS一般特性和適當(dāng)成型性的玻纖強(qiáng)化/非強(qiáng)化交聯(lián)型PPS和線型PPS低毛刺型，適用于精密復(fù)雜的成型品，如連接器等。

此外，玻纖/礦物填充強(qiáng)化的交聯(lián)型PPS和線型PPS適用于光學(xué)示波器，如對尺寸穩(wěn)定性和剛性有要求?？沙蛪撼尚偷腜PS適用于微線圈及電子部件的密封。其中PPS在電氣/電子零部件上的應(yīng)用如表3所示。

表3 PPS在電氣/電子零部件上的應(yīng)用明細(xì)表

? 機(jī)械工業(yè)和化工領(lǐng)域上的應(yīng)用

近年來，PPS通過化學(xué)改性與玻璃纖維、礦物填料或碳纖維等混配成復(fù)合材料制成成品在機(jī)械工業(yè)和化工領(lǐng)域上也被廣泛的應(yīng)用，其中PPS在機(jī)械工業(yè)和化工領(lǐng)域上的應(yīng)用如表4所示。

表4 PPS在機(jī)械工業(yè)和化工領(lǐng)域上的應(yīng)用

? 鋰電池領(lǐng)域上的應(yīng)用

鋰電池是指在電化學(xué)體系中含有鋰的電池，由于鋰金屬的化學(xué)性能比較活潑，對其進(jìn)行加工處理的環(huán)境要求非常高，這也是鋰電池沒有被大規(guī)模應(yīng)用的原因。隨著信息時(shí)代的到來，以體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快為特點(diǎn)的微電子技術(shù)發(fā)展壯大，小型精細(xì)化設(shè)備不斷增多的同時(shí)，對電池的要求也隨之提高，由此，鋰電池進(jìn)入廣泛實(shí)用階段。而聚苯硫醚(PPS)具有優(yōu)異的耐熱性、絕緣性、電性能等特點(diǎn)，與鋰電池領(lǐng)域?qū)Σ牧系囊笙嗥鹾?，是鋰電池的“親密伴侶”。

圖4 鋰離子動(dòng)力電池蓋板PPS絕緣環(huán)

? 環(huán)保領(lǐng)域上的應(yīng)用

廢氣、廢塵的主要排放源是鋼鐵廠、垃圾焚燒爐、熱電廠、水泥廠、炭黑廠等領(lǐng)域，水泥廠可采用常溫除塵的袋式除塵，但像鋼鐵廠、焚燒爐、電熱廠這些領(lǐng)域產(chǎn)生的廢氣、廢塵具有溫度高、濕度大、腐蝕性等問題，這便要求除塵材料具有很強(qiáng)的耐高溫、耐腐蝕等性能。

而纖維級PPS具有很高的熱穩(wěn)定性，可以在200~240℃下連續(xù)使用，即使在260℃的高溫下放置1000h仍然能保持60%的強(qiáng)度。PPS的耐腐蝕性能更是與具有“塑料之王”之稱的聚四氟乙烯相近，就阻燃性而言，PPS纖維制品不易燃，無需添加阻燃劑就可達(dá)到UL-94V-0標(biāo)準(zhǔn)。因此，PPS纖維制品在以上領(lǐng)域的應(yīng)用可以大大提高除塵設(shè)備的使用壽命。其中，被應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品便是除塵濾袋。

圖5 高溫PPS濾袋

三、高性能PPS樹脂成型作業(yè)的注意事項(xiàng)

高性能聚苯硫醚樹脂由于具有優(yōu)異的機(jī)械性能、電性能、耐化學(xué)性、耐熱性、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性，在工程塑料項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用于電子電器、建筑、汽車、機(jī)械、航空航天等行業(yè)，但在進(jìn)行PPS成型作業(yè)時(shí)還需注意以下幾個(gè)方面：

(1)預(yù)干燥。當(dāng)粒料干燥溫度過高或干燥超過必要時(shí)間時(shí)，會出現(xiàn)色調(diào)和流動(dòng)性的變化；

(2)料筒設(shè)定溫度。合理的料筒溫度一般設(shè)定在300~340℃之間，勿加熱至350℃以上，特別是混合有PTFE(氟樹脂)的產(chǎn)品，其溫度范圍為290~320℃，勿超過330℃以上；

(3)料筒內(nèi)的停留時(shí)間。一般300℃時(shí)設(shè)定為60min以內(nèi)，320℃時(shí)設(shè)定為30min以內(nèi)；

(4)在發(fā)生樹脂分解或類似事態(tài)時(shí)，需降低料筒溫度排出料筒內(nèi)殘留的樹脂。成型停止時(shí)，排出料筒內(nèi)殘留樹脂后，請切斷加熱器電源。此外，還需遵從“廢棄物處理及清掃的相關(guān)法律”委托指定的廢棄物處理單位或地方自治體處理廢料、轉(zhuǎn)子、熔渣等。