14材料概论-4.6 聚苯醚及聚苯硫醚

46聚苯醚及聚苯硫醚一、聚苯醚（POLYPHENYLENEOXIDE，简称PPO）2,6二甲基苯酚的聚合物。又称聚苯撑氧。英文缩写PPO。玻璃化温度约210，熔融温度257，密度096106G/CM3。实用聚苯醚的分子量为25万，结晶度约50。最突出优点是高度耐水和耐蒸汽性。在132的高压蒸汽容器内处理200次，抗拉和抗冲击强度没有显著变化此外它还具有尺寸稳定性好、蠕变小、高绝缘性等特点，长期使用温度为127120，无负荷间断工作可达200，与一般热固性塑料水平相当。结构为聚苯醚由2，6二甲基苯酚在铜盐（如氯化亚铜）和胺的联合催化剂作用下，在空气或纯氧中进行氧化偶合聚合而成。聚苯醚易于加工成型，挤出、注射和模压均可。用于制造医疗器械代替不锈钢，能承受蒸汽消毒，也用于机械和电子零部件、绝缘材料等。聚苯醚与聚苯乙烯共混改性物在美国商品名NORYL，并可加2030玻璃纤维、碳纤维等增强，是一种性能优良的工程塑料和绝缘材料。聚苯醚的物化性质和用途PPO无毒、透明、相对密度小，具有优良的机械强度、耐应力松弛、抗蠕变性、耐热性、耐水性、耐水蒸汽性、尺寸稳定性。在很宽温度、频率范围内电性能好，不水解、成型收缩率小，难燃有自熄性耐无机酸、碱、耐芳香烃、卤代烃、油类等性能差，易溶胀或应力开裂，主要缺点是熔融流动性差，加工成型困难，实际应用大部分为MPPO（PPO共混物或合金），如用PS改性PPO，可大大改善加工性能，改进耐应力开裂性和冲击性能，降低成本，只是耐热性和光泽略有降低。改性聚合物有PS（包括HIPS）、PA、PTFE、PBT、PPS和各种弹性体，聚硅氧烷，PS改性PPO历史长，产品量大，MPPO是用量最大的通用工程塑料合金品种。比较大的MPPO品种有PPO/PS、PPO/PA/弹性体和PPO/PBT/弹性体合金。PPO和MPPO可以采用注塑、挤出、吹塑、模压、发泡和电镀、真空镀膜、印刷机加工等各种加工方法，因熔体粘度大，加工温度较高。PPO和MPPO主要用于电子电器、汽车、家用电器、办公室设备和工业机械等方面。利用MPPO耐热性、耐冲击性、尺寸稳定性、耐擦伤、耐剥落、可涂性和电气性能，用于做汽车仪表板、散热器格子、扬声器格栅、控制台、保险盒、继电器箱、连接器、轮罩；电子电器工业上广泛用于制造连接器、线圈绕线轴、开关继电器、调谐设备、大型电子显示器、可变电容器、蓄电池配件、话筒等零部件。家用电器上用于电视机、摄影机、录像带、录音机、空调机、加温器、电饭煲等零部件。可作复印机、计算机系统，打印机、传真机等外装件和组件。另外可做照相机、计时器、水泵、鼓风机的外壳和零部件、无声齿轮、管道、阀体、外科手术器具、消毒器等医疗器具零部件。大型吹塑成型可做汽车大型部件如阻流板、保险杠、低发泡成型适宜制作高刚性、尺寸稳定性、优良吸音性、内部结构复杂的大型制品，如各种机器外壳、底座、内部支架，设计自由度大，制品轻量化。POLYPHENYLENESULFIDE聚苯硫醚（PPO）一、PPS的概述聚苯硫醚，全称聚亚苯基硫醚，英文名称POLYPHENYLENESULFIDE，简称PPS（以下称聚苯硫醚或称PPS）。PPS的分子结构比较简单，分子主链由苯环和硫原子交替排列，大量的苯环赋予PPS以刚性，大量的硫醚键又提供柔顺性。分子结构对称，易于结晶，无极性，电性能好，不吸水。PPS是一种高结晶性芳基硫聚合物，理论密度144G/CM3，熔点250315，分解温度大于480，体积电阻率大于1016CM，氧指数大于43，燃烧性能达到UL94V0级，具有优良的耐热阻燃性能和电气性能。可用于注射成型各种结构复杂的机械零部件制品，抽丝、拉膜、涂料及IC封装等。PPS树脂经过玻璃纤维、碳纤维、晶须材料、无机填料等增强改性后，其热变形温度高于260，可在200下长期使用，坚韧耐磨，密度仅为不锈钢的2025，广泛用于航空航天、军工、汽车、计算机、电子电器、家电、电力、机械、化工、轻工等各领域。二、PPS的特性（1）一般性能PPS为一种外观白色、高结晶度、硬而脆的聚合物，纯PPS的相对密度为13，但改性后会增大。PPS有吸水率极小，一般只有003左右。PPS的阻燃性好，其氧指数高达44以上；与其他塑料相比，它在塑料中属于高阻燃材料（纯PVC的氧指数为47、PSF为30、PA66为29、MPPO为28，PC为25）。（2）机械性能纯PPS的机械性能不高，尤其冲击强度比较低。以玻璃纤维增强后会大幅度提高冲击强度和拉伸强度，拉伸强度170MPA，弯曲强度220MPA，缺口冲击强度16MPA。PPS的刚性很高，在工程塑料中少见。纯PPS的弯曲模量可达38GPA，无机填充改性后可达到126GPA,增大5倍之多。而以刚性著称的PPO仅为255GPA，PC仅为21GPA。PPS具有优异的耐蠕变性和耐疲劳性，在负荷下的耐蠕变性好。表面硬度高，洛氏硬度100HR；耐磨性高，其1000转时的磨耗量仅为004G，通过填充氟树脂及二硫化钼等润滑剂，可大幅度提高其耐磨性，摩擦系数在001002。PPS还具有一定的自润性。PPS的机械性能对温度的敏感性能小。（3）热学性能PPS具有优异的热性能，其熔点超过280，热变形温度超过260，短期可耐260，并可在200下长期使用。在空气中于700降解，在1000惰性气体仍保持40的重量。经特殊改性的品种，热变形温度可达350以上。（4）电学性能PPS的电性能十分突出，与其他工程塑料相比，其介电常数和介电损耗角正切值都比较低，并且在较大的频率、温度及温度范围内变化不大；PPS的耐电弧好，可与热固性塑料媲美。PPS常用于电器绝缘材料，其用量可占30左右。（5）耐化学性能PPS的最大特点之一为耐化学腐蚀性好，其化学稳定性能仅次于F4；PPS对大多酸、酯、酮、醛、酚及脂肪烃、芳香烃、氯代烃等稳定，目前尚未发现可在200以下溶解聚苯硫醚的溶剂，对无机酸、碱和盐类的抵抗性极强。不耐氯代联苯及氧化性酸、氧化剂、浓硫酸、浓硝酸、王水、过氧化氢及次氯酸钠等。（6）PPS的耐辐射性好，耐幅射达到GY1108，是其它工程塑料无法比拟的新材料，是电子、电气、机械、仪器、航空、航天、军事等领域特别是原子弹、中子弹耐辐射唯一理想的优良材料。（7）尺寸稳定性好成型收缩率很低，小于00025，吸收率小于005，线性热膨胀系数也小。在高温、高湿条件下仍表现出良好的尺寸稳定性。故在机械、化工、仪器、仪表和航空、航天、舰船等各个方面都具有广泛用途。（8）电性能优聚苯硫醚在高温、高湿、高频条件下仍具有优良的电性能，其体积电阻率为11016CM，表面电阻率为11015，电气强度18KV/MM。（9）自身具有阻燃性聚苯硫醚阻燃性可达到UL940级，氧指数LOI57。聚苯硫醚自身的化学结构使其具有良好的难燃烧性能，无需加入阻燃剂。（10）与金属和非金属粘接性能好PPS特别对玻璃、铝、钛、不锈钢等具有非常高的粘结强度，附着力达到1级。对玻璃的粘结性能好，极宜作化工设备的衬里。（11）加工性能好PPS树脂的熔体粘度低，流动性好，极易与玻纤润湿接触，因此填充填料容易，用其制备的玻纤或无机填料增强注塑级粒料，具有极高抗伸缩性，抗冲击性，抗弯曲及延展性。在其熔点以上可以统一成型。三、聚硫苯醚PPS的成型加工1加工特性树脂厂商提供的PPS为一种相对质量比较低（40005000）、结晶度较高（75）的白色粉末，这种纯PPS无法直接塑化成型，只能用于喷涂。用于塑化成型的PPS，必须进行交联改性处理，使熔体的粘度上升。一般交联后的熔融指数达到1020为宜；进行玻璃纤维增强PPS的熔融指数可大一些，但不能大于200。PPS的交联方法有热交联和化学交联两种，目前以热交联为主。热交联的交联温度为150350，低于150不发生交联，高于350发生高度交联，反而导致加工困难。化学交联需要加入交联促进剂，具体的品种有氧化锌、氧化铅、氧化镁、氧化钴等以及酚类化合物，六甲氧基甲基三聚氰酰胺、过氧化氢、碱金属或碱土金属的次氯酸盐等。PPS虽有交联，但流动性下降不多；因此，废料可重复使用三次；PPS本身具有脱模性，可不必加入脱模剂；PPS经过热处理可提高结晶度及热变形温度，后处理的条件为温度204，时间30MIN。2加工方法（1）注塑可采用通用注塑机，玻璃纤维增强PPS的熔融指数以50为宜。注塑的工艺条件为料筒温度，纯PPS为280330，40GFPPS为300350；喷嘴温度，纯PPS为305，40GFPPS为330；模具温度120180；注塑压力，50130MPA。（2）挤出采用排气式挤出机，工艺为加料段温度小于200；料筒温度300340，连接体温度320340，口模温度300320。（3）模压成型适合大型制品，采用两次压缩，先冷却，后热压。热压的预热温度纯PPS为360左右15MIN,GFPPS为380左右20MIN；模压压力为1030MPA，冷却到150脱模。（4）喷涂成型采用悬浮喷涂法和悬浮喷涂与干粉热喷混合法，都是将PPS喷涂到金属表面，再经过塑化、淬火处理而得到涂层；PPS的涂层处理温度在300以上，保温30MIN。四、PPS的应用在机械工业各个领域当使用尼龙、聚甲醛、PET和聚砜（PSU）都有缺陷或不能达到技术要求，而使用聚酰亚胺（PI）聚醚醚酮（PEEK）和聚酰胺酰亚胺（PAI）又价格太高，选择使用PPS应是较理想的工程塑料。1、机械工业机械工业中特别运用于在高湿、强腐蚀的环境下的部件制备。用于壳体、结构件、耐磨件及密封材料，具体有如泵壳、泵轮、阀、轴承、轴承支架、活塞环及齿轮、滑轮、风扇、流量计部件、法兰盘、万向头、计数器、水准仪等。2、电子电器PPS用于电子电器工业可占30，它适合于环境温度高于200的高温电器元件；可制造发电机和发动机上的点涮、电涮托架、启动器线圈、屏蔽罩及叶片等；在电视机上，可用于高电压外壳及插座、接线柱及端子板等；在电子工业、制造变压器、阻流圈及继电器的骨架和壳体，集成电路载体；利用高频性能，制造H级绕线架和微调电容器等。微型电子元件封装、连接器、接线器、插座、线圈骨架、马达壳、电磁调节盘、电视高频头轴、继电器、微调电容器、保险丝支架、收录机、磁疗器等零部件。还应用于精密仪器电脑、计时器、转速器、复印机、照