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特種工程塑料-PPS

2022-11-30 來(lái)源:高分子物理學(xué)公眾號(hào)

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  特種工程塑料

  PPS

 

 

特種工程塑料

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   特種工程塑料亦稱高性能聚合物,一般均為根據(jù)特殊用途需求而研制,與通用工程塑料相比具有獨(dú)特、優(yōu)異的物理性能,長(zhǎng)期使用溫度在150℃以上。特種工程塑料包括聚苯硫醚(PPS),聚醚醚酮(PEEK),聚砜(PSF),聚酰亞胺(PI),聚芳酯(PAR),液晶聚合物(LCP)。

   因特種工程塑料的難燃性,高熱穩(wěn)定性,機(jī)械強(qiáng)度高,電性能優(yōu)良,已廣泛應(yīng)用于電子、汽車(chē)、航空航天、精密器械,5G通信等高新技術(shù)行業(yè)。特種工程塑料在智能服裝,智能醫(yī)療等領(lǐng)域也具有廣大的應(yīng)用潛能。

 

PPS樹(shù)脂介紹

聚苯硫醚(PPS)是一種重要的半結(jié)晶性的熱塑性樹(shù)脂。PPS 分子主鏈由苯環(huán)和硫原子交替連接形成,沒(méi)有側(cè)鏈,因此具有較好的鏈對(duì)稱性和規(guī)整性,從而使其具有較好的結(jié)晶能力。主鏈上剛性結(jié)構(gòu)的苯環(huán),使得其分子鏈比較剛性,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在85℃左右,蠕變量較低,彈性模量高。

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  PPS分子結(jié)構(gòu)中含有高度穩(wěn)定的化學(xué)鍵,形成一個(gè)具有熱穩(wěn)定性的晶體點(diǎn)陣,使其對(duì)熱降解和化學(xué)反應(yīng)均具有很高的分子穩(wěn)定性,PPS的熱變形溫度一般大于260℃,可在180~220℃溫度范圍使用。此外PPS的電性能十分突出,與其它工程材料相比,其介電常數(shù)與介電耗損角成切值都比較低,并且在較大的頻率、溫度及溫度范圍內(nèi)變化不大;此外還具有高剛性、尺寸穩(wěn)定性、加工性能好等特點(diǎn)。由于剛性較高,需要通過(guò)添加填料或者共聚改性等方式提高韌性或抗沖擊強(qiáng)度。

 

 

PPS樹(shù)脂合成方法

聚苯硫醚(PPS)有很多種合成方法,如:Phillips法,硫磺溶液法,氧化聚合法,對(duì)鹵代苯硫酚熔融或溶液縮聚法,硫化氫法等等。以下介紹三種方法

1.Phillips法(硫化鈉法):

   該方法是世界上工業(yè)化生產(chǎn)PPS最早的方法,也是目前最主要的工業(yè)化生產(chǎn)方法之一。是使用基本等摩爾比的對(duì)二氯苯和無(wú)水硫化鈉,在極性有機(jī)溶劑中,通過(guò)氮?dú)獗Wo(hù)下在170-350℃,壓力為6.87MPa下進(jìn)行聚合,通過(guò)縮合反應(yīng)生成線性聚苯硫醚的溶液縮聚法。常用的極性有機(jī)溶液包括酰胺類,內(nèi)酰胺類和砜類化合物等。

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該方法工藝路線短,產(chǎn)率高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

2. 硫磺法:

   由四川大學(xué)陳永榮教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)。將對(duì)二氯苯和硫磺在六甲基磷酰三胺或N-甲基吡咯烷酮中于175-250℃溫度范圍內(nèi),在常壓下發(fā)生縮聚反應(yīng)生成PPS。反應(yīng)為兩步進(jìn)行,先是硫磺在極性有機(jī)溶劑中于還原劑及助劑反應(yīng)被還原為S2-,之后S2-與對(duì)二氯苯進(jìn)行常壓聚合。

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該方法避免了硫化鈉在儲(chǔ)存中存在的氧化,吸潮等問(wèn)題,同時(shí)省去了硫化鈉法的脫水步驟,縮短了生產(chǎn)周期,降低能耗。硫磺法也是目前最主要的工業(yè)化生產(chǎn)方法之一。

3.氧化聚合法:

   由早稻田大學(xué)E.Tsuchida和K.Yamamoto提出,被稱為劃時(shí)代的制造方法。采用二苯基二硫化物,以氧氣為氧化劑,路易斯酸為催化劑,常溫常壓條件下反應(yīng)制得PPS。

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  該方法產(chǎn)率接近100%,反應(yīng)條件溫和,產(chǎn)品為完全得線性直鏈結(jié)構(gòu)。但是制備的PPS分子量不夠高,產(chǎn)物結(jié)構(gòu)還存在少量雙硫鍵,還不能進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

 

PPS的應(yīng)用

   PPS工程塑料:聚苯硫醚用量的80%以上是通過(guò)于增強(qiáng)纖維或填料制成的復(fù)合增強(qiáng)改性材料來(lái)實(shí)現(xiàn)的,除此之外,也可將聚苯硫醚與其他高聚物進(jìn)行共混改性制備聚苯硫醚,提高其韌性,抗沖擊強(qiáng)度,以擴(kuò)展其用途。

   目前主要的品種有PPS/PA(聚酰胺)、PPS/PBT (聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯)以及PPS/PTFE (聚四氟乙烯)等。PPS塑料在汽車(chē)行業(yè)用量大,可以用于生產(chǎn)汽車(chē)制動(dòng)裝置、導(dǎo)向系統(tǒng)、燈座、散熱器零件等零部件的生產(chǎn)。PPS塑料用于電子電氣行業(yè)也相當(dāng)廣泛,常用于制造電氣插座、繼電器、電子儀表盤(pán)、,電容器保護(hù)罩;也可用于制造微電子零件,如電容器、電阻器等;也可用于家電產(chǎn)品零件,如熨斗、電鍋、微波爐的零部件。

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   PPS薄膜:將薄膜級(jí)PPS熔體進(jìn)行擠出成型,形成0.1-2mm厚度的片材,再經(jīng)雙向拉伸定型得到厚度1~100μm的聚苯硫醚薄膜。PPS薄膜因其優(yōu)異的絕緣性,主要用于電氣絕緣材料,電子部件,能夠提高機(jī)器的效率。在5G通信方面,PPS薄膜應(yīng)用在柔性印刷電路中將減少通信設(shè)備在高頻段的傳輸損耗。其次,它將有助于穩(wěn)定溫度和濕度范圍區(qū)間的高速通信,能夠?yàn)?G提供快速數(shù)據(jù)傳輸速率。

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   PPS纖維:PPS纖維主要作為特種功能過(guò)濾材料, 主要用于火力發(fā)電廠、燃煤鍋爐、垃圾焚燒爐以及取暖燃煤鍋爐粉塵濾袋的過(guò)濾織物。另外, 還可用作干燥機(jī)用帆布、縫紉線、各種防護(hù)布以及防霧材料, 耐輻射材料,高溫阻燃防護(hù)服等。PPS纖維可以制成超細(xì)旦PPS纖維,以提高過(guò)濾料的過(guò)濾精度和過(guò)濾性能,也可以對(duì)PPS進(jìn)行改性或者與聚酰胺,炭黑等材料進(jìn)行共混紡絲,來(lái)提高PPS纖維的韌性,耐磨性和使用壽命。

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發(fā)展前景和期望

   目前PPS的生產(chǎn)公司主要分布在中國(guó)、日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家。而日本和美國(guó)的PPS總產(chǎn)能占全球的60%以上。日本的Toray東麗公司,Kureha吳羽化學(xué)公司,DIC公司和美國(guó)的Phillips菲利浦公司在研發(fā)PPS技術(shù)方面有四十年以上的經(jīng)驗(yàn),PPS產(chǎn)品種類豐富,生產(chǎn)規(guī)模龐大,產(chǎn)品質(zhì)量高。

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   2020年,中國(guó)對(duì)PPS的需求量為6.35萬(wàn)噸,占全球一半左右,并且需求量逐年遞增。但是2020年國(guó)內(nèi)PPS產(chǎn)量為5.89萬(wàn)噸,不能滿足龐大需求,而且國(guó)內(nèi)很多PPS產(chǎn)品依賴進(jìn)口。主要原因是國(guó)產(chǎn)PPS質(zhì)量也略低于日本和美國(guó)產(chǎn)的PPS,并且對(duì)于某些PPS產(chǎn)品,國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)無(wú)法生產(chǎn),很多工藝技術(shù)仍是處于探索中。

   因此我國(guó)還需要加強(qiáng)對(duì)PPS產(chǎn)品種類的研發(fā),實(shí)現(xiàn)PPS的差異化生產(chǎn),同時(shí)需要找出最優(yōu)的生產(chǎn)工藝。我國(guó)PPS生產(chǎn)企業(yè)可以對(duì)東麗公司,菲利浦公司的相關(guān)專利進(jìn)行分析和比較,找出與其生產(chǎn)工藝上的差距,并進(jìn)行設(shè)備和工藝路線的改進(jìn)與優(yōu)化,以降低我國(guó)企業(yè)的生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品性能、開(kāi)發(fā)出高性能和專用性的新產(chǎn)品,提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

 

 

 

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