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特种工程塑料性价比之王:PPS的改性和应用

聚苯硫醚(PPS)具有机械强度高、耐高温、高阻燃、耐化学药品性能强等优点;具有硬而脆、结晶度高、难燃、热稳定性好、机械强度较高、电性能优良等优点。聚苯硫醚PPS是工程塑料中耐热性最好的品种之一,一般大于260度、抗化学性仅次于,流动性仅次于尼龙。



图片        
PPS 分子结构

此外,它还具有成型收缩率小(约0.8%),低(约0.02%),防火性好、耐震动疲乏性好等优点。PPS的发展成熟,全球产能达5万吨/年以上,其价格相对较低,相比于动辄数百元每公斤的其他特种工程塑料,性价比高,常作为结构性高分子材料使用,并应用于不同领域。
       图片PPS的应用  图源:浙江新和成


聚苯硫醚(PPS)与聚醚醚酮(PEEK),聚砜(PSF),聚酰亚胺(PI),聚芳酯(PAR),液晶聚合物(LCP)一起被称为6大特种工程塑料。



PPS的软化点为277~282℃,Tg为85~93℃。PPS性能优良,尤其通过增强、改性、共混合金化及原位复合技术制成了用途广泛的各种复合材料。

PPS 改性和应用实例


根据结构不同,PPS分为交联型与直链型两种。直链型有优良的韧性和延伸性;交联型在氧气存在的情况下能加热固化,超过200℃热处理时熔融指数急剧下降,利用该性能可将聚合终了的低黏度PPS通过热处理制造适合注塑、挤出任意黏度的聚合物。
       图片日本吴羽直链型PPS树脂Fortron KPS

但是,PPS具有耐冲击性能差、性脆的致命缺点。未改性的PPS较脆、热变形温度低,影响其应用领域和范围。

为了进一步改善PPS的性能,扩大适用范围,须对其进行改性,改性方向主要有:


  • 提高强度;

  • 提高冲击性能;

  • 提高润滑性;

  • 改善电性能以及研制具有特殊性能的共混材料;

  • 合金化新型材料



研究表明,PPS添加无机填料后仍能与其他聚合物有良好的相容性,这为其合金化和复合改性创造了有利条件。最早开发成功的是PPS与氟塑料共混合金,此后形成了合金系列。PPS 合金化后拉伸强度、弯曲强度、抗冲击性能、耐热性能大幅提高,为进一步的挤出、吹塑成型工艺的实施提供了可能。
       图片浙江新和成PPS品类

目前,全世界销售的PPS复合改性品种多达200余种,主要有GF增强、碳纤维(CF) 增强、无机填料填充、GF和填料共同填充增强等共混改性。

以下8项PPS改性配方实例和改性研究进展,供参考:

1.抗静电 PPS 。PPS 粉50% (质量分数,下同),天然鳞片状石墨5%,导电性石墨2% ,硫酸钙二水合物微粉22% ,GF 21% 。测试结果表明 : 该配方抗静电性、成型加工流动性、力学 性能及尺寸稳定性均优良,可应用于录像机、电视和电脑的碟片及光驱,以及要求有抗静电的光电器 材或电磁器材。

2.纤维填充PPS。PPS 18%~54%,聚苯醚(PPE) 6%~42%,无机纤维40%,相容剂适量。测试结果表明:该配方耐热性、尺寸稳 定性好,可应用于汽车气缸盖。

3.无机物填充PPS。PPS 29%~91%,白云石(平均粒径2.5μm) 9%~71%。测试结果表明:该配方有优良的刚性、尺寸稳定性及阻燃性,并有极好的表面光滑性、高强度、热稳定性,可应用于电器、机械的插接件。

4.PPS的润滑及耐磨。聚四氟乙烯(PTFE)20%~60%,PPS40%~80%。测试结果表明:该配方兼有PPS的成型加工性和力学强度,并且具有PTFE极好的润滑性,可应用于抗磨及耐磨材料。

5.PPS与工程塑料合金。PPS 40% ~90% ,聚酰亚胺(PI) 5%~55% ,PPE 5% ~55%,相容剂适量。测试结果表明:该配方制得的产品易于上漆,具有较高的冲击性能和尺寸稳定性,可应用于汽车外装饰材料。

6.高刚性、高耐热PPS配方。线性PPS40%,线性不饱和化合物(带有烃基、羰基、酸酐或环氧官能团的线性不饱和化合物)40%,珠光云母粉8%,有机或无机纤维12% 。测试结果表明: 该配方的耐热性和刚性优异,同时具有良好的加工性能、耐冲击和润滑性,可应用于电器、电子和精密仪器的铸封材料。

7.氧化锌晶须(ZnOw )增强PPS。PPS100份(质量份数下同),ZnOw 35份,偶联剂0.1~1.0份,其他助剂适量。通过ZnOw改性PPS并辅以GF,可制得拉伸强度高、抗静电性能好的复合材料。当ZnOw 添加质量份数为30份,GF添加质量份数为30份时,拉伸强度达128.5MPa,表面电阻率达4.3×109Ω。测试结果表明: PPS /ZnOw 抗静电复合材料具有优良的吸波性能,可应用于微波发热材料和电波吸收材料,在诸多领域具有广泛的应用前景。

8.纳米二氧化硅( Nano-SiO2 )改性PPS。PPS100份,Nano-SiO2 3.0份,偶联剂0.1~1.0份,其他助剂适量。测试结果表明:Nano-SiO2能显著提高PPS的力学性能和综合性能,充分显示出无机纳米粒子在塑料改性中的优异特性。

PPS高端应用领域


PPS 的应用是以其优异的耐热性为中心,兼顾其减摩自润滑性、化学稳定性、尺寸稳定性、阻燃性、电绝缘性和介电特性及优良的力学性能等,使其在航空航天、核工业、电子电气、食品与药品工业等高新技术领域作为耐高温、高阻燃、高刚性、高电性能、高黏接性的非金属材料获得广泛应用。

图片PPS被NASA选为专用材料

由于PPS固有的阻燃性,属于本质阻燃材料,使其无须添加阻燃剂即可达到高阻燃等级,因而被美国航天航空总署(NASA) 认为是防火安全性最好的塑料, 并被选为空间技术八大专用材料之一。

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PPS 在民用工业领域也获得一席之地,如在化工行业中,可制作合成、输送、储存物料的反应罐、管道、阀门、化工泵等;
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在机械行业中,可制作叶轮、叶片、齿轮、偏心轮、轴承、离合器、耐磨零件及传动部件;
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PPS用于电子连接器

在电子电气方面,可制作变压器骨架、高频线圈骨架、插头、插座、接线架、接触器转鼓鼓片及各种精密零件等;

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发动机活塞环

在汽车行业中,可制作发动机活塞环、排气循环阀、汽车流量阀等。

除此之外,PPS还可以用于其他诸多领域,如环保领域:PPS纤维滤料,应用于冶炼、化工、建材、火电、燃煤锅炉等行业高温恶劣的工况条件,是一种优质高效耐高温滤料;餐具领域:用于制作筷子,勺子,碗盘等餐具。总之,经过改性后,PPS可以弥补各方面性能不足,性价比高,可以应用到不同领域。

参考资料:PPS 特种工程塑料的性能和应用,网络资料等。

山东赛恩吉将参加艾邦2022年5月19日在深圳举办的第六届特种工程塑料产业论坛,并做主题演讲,演讲题目为《国产聚苯硫醚(PPS)在汽车、电子电气领域的进口替代方案》,敬请期待。




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