[PDF] 聚苯乙烯系塑料一、聚苯乙烯塑料 (一)聚苯乙烯塑....pdf

21 聚苯乙烯系塑料聚苯乙烯系塑料 聚苯乙烯系塑料指大分子链中包括苯乙烯的一类塑料 包括苯乙烯及其共聚物 具体品种包括 PS HIPS 及 ABS 三类 一一 聚苯乙烯塑料聚苯乙烯塑料 一一 聚苯乙烯塑料简介聚苯乙烯塑料简介 聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物 英文名称为 Polystyrene 简称 PS PS 包括普通聚苯乙烯 GPPS 可发性聚苯乙烯 EPS 和茂金属聚苯乙烯 SPS 等 EPS 为在 GPPG 中浸渍低沸 点的物理发泡剂 加工中受热可发泡 SPS 为间同 PS 详见本节改性品种中介绍 PS 的优点为高透明性 其透光率可达 90 以上 电绝缘性好 身着色 加工流动性好 刚性好及耐 化学腐蚀性好等 PS 的不足之处在于性脆 冲击强度低 易出现应力开裂 耐热性差及不耐沸水等 到 2000 年 我国 PS 的年产量可达 85 万 t 主要生产厂家有 台湾奇美惠州工厂 GPPS300kt a 扬子 石化公司 GPPS 和 HIPS120kt a 汕头海洋公司 PS 厂 GPPS80kt a 湛江中美化学公司 GPPS80kt a 高 桥石化公司 GPPS 和 HIPS50kt a 广州石化总厂 GPPS 和 HIPS50kt a 无锡华腾化工塑料公司 GPPS 和 HIPS7 5kt a 上海石化总厂 EPS30kt a 齐鲁石化公司 GPPS36kt a 大庆石化总厂 GPPS 和 HIPS25kt a 吉化公司有机合成厂 GPPSl0kt a 金陵石化公司塑料厂 EPSl0kt a 汕头合成树脂厂 GPPS 和 HIPSl0kt a 上海塑料制品七厂 EPS3kt a 盘锦乙烯公司 HIPS2kt a 以及北京燕山石化二分厂 常州 化工厂 大连氯酸钾厂及哈尔滨化工四厂等 PS 的主要用途为包装产品 50 透明产品 40 注塑制品 10 下面主要介绍 GPPS SPS 的改性品种 二二 聚苯乙烯塑料的结构性能聚苯乙烯塑料的结构性能 1 PS 的结构的结构 PS 的大分子主链为饱和烃类聚合物 具有良好的电绝缘性 又因吸湿性小 可用于潮湿环境中 PS 的侧基为体积大的苯环 分子结构不对称 大分子链运动困难 PS 呈现刚性和脆性 制品易产生 内应力 GPPS 的侧苯基在空间的排列为无规结构 导致 PS 为无定型聚合物 具有很高的透明性 但近年来新 开发的间同立构 SPS 的规整性高 虽其他性能好 但透明性低 由于苯基的存在 主链上 氢原子活化 易于被空气中的氧氧化 制品长期户外使用变黄变脆 但同 时 苯基的存在又赋予其较高的耐辐射性能 在 106Gy 辐射剂量下 性能变化很小 2 PS 的性能 的性能 1 一般性能 一般性能 PS 为无色透明的粒料 燃烧时发浓烟并带有松节油气味 吹熄可拉长丝 制品质硬 似玻璃状 落地或敲打金发出类似金属的声音 能断不能弯 断口处呈现蚌壳色银光 PS 的吸水率为 0 05 稍大于 PE 但对制品的强度和尺寸稳定性影响不大 2 光学性能光学性能 透明性好是 PS 最大的特点 透光率可达 88 92 同 PC 和 PMMA 一样属最优秀的 透明塑料品种 人称三大透明塑料 PS 的折射率为 1 59 1 60 但因苯环的存在 其双折射较大 不能用 于高档光学仪器 3 力学性能力学性能 PS 硬而脆 无延伸性 拉伸至屈服点附近即断裂 PS 的拉伸强度和弯曲在通用热塑性 塑料中最高 其拉伸强度可达 60MPa 但冲击强度很小 难以用做工程塑料 PS 的耐磨性差 耐蠕变性一 般 PS 的力学性能随温度的影响比较大 4 热学性能热学性能 PS 的耐热性能不好 热变形温度仅为 70 90 只可长期在 60 80 温度范围内使用 PS 的耐低温性也不好 脆化温度为 30 PS 的热导率低 一般为 0 04 0 13W m K 线膨胀系数较大 为 22 6 8 10 5 K 1 与金属相差悬殊 故制品不易带金属嵌件 5 电学性能电学性能 PS 的电绝缘性优良 且不受温度和湿度的影响 介电损耗角正切值小 可耐适当的电 晕放电 耐电弧性好 适于做高频绝缘材料 6 环境性能环境性能 PS 的化学稳定性较好 可耐一般酸 碱 盐 矿物油及低级醇等 但可受许多烃类 酮类及高级脂肪酸等侵蚀 可溶于芳烃 如苯 甲苯 乙苯及苯乙烯等 氯化烃 如四氯化碳 氯仿 二 氯甲烷及氯苯 及酷类等 PS 的耐候性不好 其耐光 氧化性都差 不适于长期户外使用 但 PS 的耐辐射 性好 PS 的具体性能见下表所示 PS 的具体性能 性能 数据 性能 数据 相对密度 吸水率 成型收缩率 透光率 折射率 拉伸强度 MPa 断裂伸长率 弯曲强度 MPa 压缩强度 MPa 弯曲弹性模量 缺口冲击强度 kJ m 2 洛氏硬度 1 05 0 05 0 4 0 7 88 92 1 59 1 60 50 2 105 115 3200 0 5 M100 110 维卡软化点 长期使用温度 脆化温度 线膨胀系数 10 5 K 1 热导率 W mK 体积电阻率 cm 介电常数 10 6 HZ 介电损耗角正切值 10 6 HZ 介电强度 kv mm 耐电弧 s 氧指数 100 60 75 30 8 0 14 10 17 10 19 2 45 2 65 1 2 10 4 20 28 60 135 20 三三 聚苯乙烯塑料的成型加工聚苯乙烯塑料的成型加工 1 加工特性加工特性 PS 属无定形树脂 无明显熔点 熔融温度范围比较宽 可在 120 180 之间成为流体 热稳定性较 好 分解温度在 300 以上 PS 熔体属非牛顿流体 粘度强烈地依赖剪切速率的变化 但温度的影响也比较明显 PS 的流动性十 分好 是一种易于加的塑料 PS 的吸水率比较低 在加工前一般不需干燥 如有特殊需要时 如要求透明性高 才干燥 具体千燥 温度为 70 80 时间 1 5h PS 在加工中易产生内应力 除选择证确的工艺条件 改进制品设计和合理的模具结构外 还应对制品 进行热处理 热处理的条件为在温度 65 85 热风循环干燥箱或热水中处理 1 3h PS 成型收缩率比较低 一般仅为 0 4 0 7 2 加工方法加工方法 1 注塑注塑 选用普通注塑机即可 具体工艺条件为 成型温度 180 215 注塑压力 30 150MPa 模具 温度小于叨 2 挤出挤出 可在普通的挤出机上加工 制品有管材 棒材 片材 薄膜和纤维等 成型后末拉伸时强度 低 性脆 拉亻申后透明度 光泽 强度和韧性都明显提高 具体的挤出温度为 150 200 之间 3 发泡成型发泡成型 PS 泡沫制品为其树脂的主要用途 具体成型方法有如下三种 采用可发性 PS 树脂 EPS 为原料 EPS 为将 GPPS 珠粒在加温 加压条件下 将 6 左右的低沸点 物理发泡剂如正戊烷 石油醚或异戊烷等渗透到珠粒中 使之溶胀即为可发性 PS 珠粒 EPS 可用蒸汽模 塑法 挤出和注塑等方法生产泡沫塑料制品 以蒸汽模塑法为例 其具体成型过程如下 预发泡 用蒸汽将 EPS 珠粒加热 一般为 100 左右 使之膨胀近 40 倍 并保证珠粒之间互不熔融 23 熟化处理 将膨胀的珠粒经空气冷却 24h 泡空内汽化的气体冷凝为液体 降低珠粒内压力 使大气 中的空气渗入泡空札 达到压力平衡 同时使泡孔内的液体增多 以利于进一步发泡 增大发泡倍率 模压成型 将熟化的珠粒加入模具中 用蒸汽加热便之软化 泡孔内液体挥发泡空间再度增大 使不 同珠粒互相挤压而成块状产品 主要产品为厚板 片及包装箱等 用 GPPS 为原料 采用一步法挤出方法 直接将发泡剂与 PS 混合好或在挤出熔融段将物理发泡剂 注入 PS 熔体内 挤出发泡 冷却即可 主要产品为仿木型材 片材 仿木板材及发泡网等 四四 聚苯乙烯塑料的应用范围聚苯乙烯塑料的应用范围 1 电器制品 电器制品 PS 兼有透明性和良好的绝缘性 可用于电视机 录音机及各种电器的配件 壳体及高频电容器等 2 透明制品 透明制品 PS 具有优异的透明性 可用于一般光学仪器 透明模型 灯罩 仪器罩壳及包装容器等 3 日用品 日用品 PS 的着色性和光泽性好 可广泛用于日用品的生产 具体有儿童玩具 装饰板 磁带盒 家具把手 梳子 牙刷把 笔杆及文具等 4 包装材料 包装材料 PS 泡沫塑料的防震及保温性好 可用于防震包装和隔热材料 包装材料主要用于电器 精密仪表 工 艺品 玻璃制品及陶瓷制品等 隔热材料有隔墙板及屋顶夹芯材料等 五五 茂金属聚苯乙烯茂金属聚苯乙烯 茂金属聚苯乙烯英文称为 m SPS 它为在茂金属催化剂作用下合成的间同结构 PS 树脂 它的苯环交 替排列在大分子链的两侧 产品具有熔点高 耐水解 耐热 耐化学腐蚀 密度小 加工前不用干燥 收 缩小及尺寸稳定性好等优点 具有与工程塑料 PBT PA 及 PPS 类似的性能 是传统增强工程塑料的理想 替代品 m SPS 最早由日本出光公司于 1986 年合成 它的间规度为 98 熔点高达 270 类似于 PA66 比 通用 PS 高三倍左右 具有优良的耐热性 其热变形温度为 251 耐化学药品 水及水蒸气性能好 冲击强 度及刚性均优 与 PBT 和 PPS 一样 可作为工程塑料而应用 m SPS 进行玻璃纤维增强后 性能进一步提 高 具体如下表所示 m SPS PBT PET PA66 PPS 的性能 性能 m SPS PBT PET PA66 PPS 相对密度 吸水率 成型收缩率 拉伸强度 MPa 断裂伸长率 弯曲强度 MPa 冲击强度 带缺口 kJ m 2 无缺口 kJ m 2 洛氏硬度 热变形温度 1 27 0 05 0 35 118 2 5 185 11 40 70 251 1 53 0 06 0 35 138 3 1 215 9 57 88 210 1 55 0 10 0 30 152 2 5 196 8 20 95 245 1 37 0 60 0 35 177 3 5 255 10 64 95 250 1 67 0 02 0 25 147 1 5 206 9 39 100 260 24 m SPS 可用注塑方法成型加 1 具体注塑条件为 料筒温度 280 300 模具温度 120 140 m SPS 可用做注塑部件 磁带 绝缘薄膜 包装用板 纤维 汽车发动机部件 保险杠及燃油分配转 子等 m SPS 还主要用于耐热塑料制品 在众多耐高温材料中 SPS 的用量排在 PPS 之后 居第二位 我国合成 m SPS 的单位为上海石化研究院 二二 高抗冲聚 高抗冲聚苯乙烯苯乙烯 一一 高抗冲聚苯乙烯简介高抗冲聚苯乙烯简介 高抗冲聚苯乙烯的英文名称为 Highimpactpolysturene 简称 HIPS HIPS 实质为 PS 的一个冲击改性品 种 具体组成为 PS 和橡胶 按 HIPS 改性幅度的大小可分为中抗冲 PS 高抗冲 PS 和超高抗冲 PS 三类 HIPS 的生产有机械共混法和接枝共聚法两种 机械共混法 HIPS的组成为 PS和橡胶类聚合物 橡胶类主要有丁苯胶和苯乙烯 丁二烯及苯乙烯 SBS 等 PS 与 10 15 丁苯胶共混的 HIPS 冲击强度提高 2 倍 属中抗冲 PS 而 PS 丁苯胶态 BS 三元共混 为超高冲击 PS 且制品的表面光泽高 接枝共聚法生产的 HIPS 可以克服共混法橡胶相分散不均匀的缺点 目前已成为 HIPS 的主要方法 接枝共聚法 HlPS 为苯乙烯单体和 5 10 的橡胶共聚 HIPS 的生产厂可参见 PS 部分 二二 高抗冲聚苯乙烯的性能高抗冲聚苯乙烯的性能 HIPS 的外观为白色不透明珠状或粒状颗粒 它除冲击性能优异外 还具有 PS 的大多数优点 如刚性 好 易加工性 制品光泽度高 光泽度 85 及易着色等 但其拉伸强度和透明性下降 HIPS 的具体性能 见下表所示 HIPS 的性能 性能 中抗冲 PS 高抗冲 PS 超高抗冲 PS 丁二烯含量 相对密度 维卡软化点 弹性模量 MPs 悬臂冲击强度 缺口 kJ m 2 拉伸强度 MPs 断裂伸长率 3 4 1 05 94 3100 3 24 24 6 1 4 5 1 1 05 101 2200 7 0 20 0 3 5 14 5 1 02 91 1600 24 3 13 3 17 三三 高抗冲聚苯乙烯的加工高抗冲聚苯乙烯的加工 同PS一样 HlPS的加工性能也很好 熔体的流动性较M3S高 成型收缩率与ABS接近 一般为0 02 0 06 因此 成型 ABS 的模具也适用于 HIPS 成型 HIPS 的成型温度比 M3S 低 20 左右 注塑压力低 2 3MPa HIPS 的具体成型工艺条件如下 注塑成型 料筒温度 180 250 注塑压力 69 128MPa 模具温度 50 80 挤出成型 料筒温度 180 220 机头温度 200 220 四四 高抗冲聚苯乙烯的应用高抗冲聚苯乙烯的应用 HIPS 在有些领域中可取代 ABS 1 各类壳体 各类壳体 HIPS 大量用于电视机 录音机 吸尘器 电话 空调器 洗衣机 复卯机 照明器具 仪表 仪器 汽车及办公用品的壳体 25 2 低发泡材料 低发泡材料 HIPS 低发泡制品具有木材可锯 可刨及可钉的性能 外观类似木材 可用于包装 家具和建筑材料 等 3 其他产品 其他产品 HIPS 可用于生产板材和片材 用以吸塑成容器和杯盘等 HIPS 可制成管材 医疗设备及纺织器材等 三三 ABS 塑料塑料 一一 ABS 塑料简介塑料简介 ABS 为丙烯腈 3 41 丁二烯 10 30 和苯乙烯 29 60 三种单体共聚而成的聚合物 英文名称 Acrylonitrile Butadiene Styrene 简称 ABS ABS 的制造有混炼法和接枝法两种 合成的 ABS 有 中冲击型 高冲击型 超高冲击型及耐热型四类 ABS 最初是在 PS 改性基础上发展起来的 由于其具有韧 刚 硬的优点 其用量与 PS 相当 而应 用范围己远远超过 PS 成为一种独立的塑料品种 ABS 即可用于普通塑料又可用于工程塑料 混炼法 ABS 最早由美国橡胶公司于 1946 年开发 接枝法 ABS 由美国 Marbon 公司于 1954 年首先合 成 到 2000 年 ABS 的生产能力可达 85 万 t a 包括 AS 具体生产厂有台湾奇美惠州 I 厂 300kt a 吉林 石化公司树脂厂 100kt a 大庆石化总厂 55kt a 抚顺石化公司 50kt a 盘锦乙烯公司 50kt a 台湾 太平洋公司镇江厂 40kt a 齐鲁石化公司 40kt a 上海高桥石化公司 40kt a 广州石化总厂 40kt a 上海石化总厂 40kt a 上海大赛路配料有限公司 30kt a 上海高桥石化公司 AS 3Okt a 韩国 LG 公司 宁波勇兴化工有限公司 30kt a 兰州化学工业公司 20kt a 洛阳铭腾塑料有限公司 l5kt a 兰州化学工 业公司 ASl5kt a 盘锦有机化工二厂 l0kt a 二二 ABS 塑料的结构性能塑料的结构性能 1 ABS 的结构的结构 ABS 大分子主链由三种结构单元重复连接而成 不同的结构单元赋予其不同的性能 丙烯臆 耐化学 腐蚀剂性好 表面硬度高 丁二烯 韧性好 苯乙烯 透明性好 着色性 电绝缘性及加工性 三种单体结合在一起 就形成了坚韧 硬质 刚性的 ABS 树脂 不同厂家生产的 ABS 因结构差异较 大 所以性能差异也较大 2 ABS 的性能的性能 1 一般性能一般性能 ABS 的外观为不透明呈象牙色的粒料 其制品可着成五颜六色 并具有 90 的高光泽 度 M3S 的相对密度为 1 05 吸水率低 ABS 同其他材料的结合性好 易于表面印刷 涂层和镀层处理 ABS 的氧指数为 18 2 属易燃聚合物 火焰呈黄色 有黑烟 烧焦但不落滴 并发出特殊的肉桂味 2 力学性能力学性能 ABS 有优良的力学性能 其冲击强度极好 可以在极低的温度下使用 即使 ABS 制品 被破坏也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏 这是 ABS 高度韧的写实 肥 S 的耐磨性优良 尺寸稳定性 好 又具有耐油性 可用于中等载荷和转速下的轴承 ABS 的耐蠕变性比 PSF 及 PC 大 但比 PA 及 POM 小 ABS 的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的 ABS 的力学性能受温度的影响较大 3 热学性能热学性能 ABS 的热变形温度为 93 118 制品经退火处理后还可提高 l0 左右 ABS 在 40 时仍能表现出一定的韧性 可在 40 100 的温度范围内使用 4 电学性能电学性能 ABS 的电绝缘性较好 并且几乎不受温度 湿度和频率的影响 可在大多数环境下使用 5 环境性能环境性能 ABS 不受水 无机盐 碱及多种酸的影响 但可溶于酮类 醛类及氯代烃中 受冰乙酸 植物油等侵蚀会产生应力开裂 ABS 的耐候性差 在紫外光的作用下易产生降解 于户外半年后 冲击强 26 度下降一半 ABS 的具体性能见下表所示 ABS 的性能 性能 高抗冲型 耐热型 中抗冲型 相对密度 吸水率 成型收缩率 拉伸强度 MPa 断裂伸长率 弯曲强度 MPa 压缩强度 MPa 悬臂梁缺口冲击强度 J m 洛氏硬度 热变形温度 1 82MPa 线膨胀系数 10 5 K 1 1 02 1 05 0 2 0 45 0 3 0 8 35 44 5 60 52 81 49 64 16 44 R65 109 93 103 9 5 10 5 1 06 1 08 0 2 0 45 0 3 0 8 45 57 3 20 70 85 65 71 11 25 R105 115 104 118 6 0 9 0 1 05 1 07 0 2 0 45 0 3 0 8 42 62 5 25 69 72 73 88 6 22 R108 115 93 107 5 8 5 三三 ABS 塑科的成型加工塑科的成型加工 1 加工特性 加工特性 ABS 同 PS 一样是一种加工性能优良的热塑性塑料 可用通用的加工方法加工 ABS 的熔体流动性比 PVC 和 PC 好 但比 PE PA 及 PS 差 与 POM 和 HIPS 类似 M3S 的流动特性 属非牛顿流体 其熔体粘度对加 1 温度和剪切速率都有关系 但对剪切速率更为敏感 ABS 的热稳定性好 不易出现降解现象 ABS 的吸水性较高 加工前应进行干燥处理 一般制品的干 燥条件为温度 80 85 时间 2 4h 对特殊要求的制品 如电镀 的干燥条件为温度 70 80 时间 18 18h ABS 制品在加工中易产生内应