塑料按長期使用溫度分類,可分為通用塑料、工程塑料和高溫工程塑料,其中高溫塑料又被稱為耐熱塑料、高性能塑料、特種工程塑料等。
通用塑料長期使用溫度在100℃以下。通常包括PE、PP、PS、PVC、ABS。通用塑料是我們?nèi)粘J褂昧孔畲蟮囊活愃芰?,通常用作包裝、日用品、玩具等。
工程塑料的長期使用溫度在100℃至150℃左右。五大工程塑料包括PA、POM、PBT、PC和PPO。通常應(yīng)用于機(jī)械零件、汽車、電器電子等領(lǐng)域。
高溫工程塑料的使用溫度在150℃以上,這類材料除了較高的耐熱性和阻燃性外,通常還具有卓越的機(jī)械加工性能、耐老化性、尺寸穩(wěn)定性和優(yōu)良的電性能??梢杂糜谔鎿Q金屬材料,廣泛應(yīng)用于電子電器、航空航天、醫(yī)療器材、汽車、軍事領(lǐng)域。是塑料金字塔頂端的材料。
常見的高溫工程塑料分為以下8類:
一、高溫尼龍
高溫尼龍分為三類:
1、脂肪族尼龍——PA46
PA46是由丁二胺和己二酸縮聚而成的脂肪族聚酰胺,比起PA6和 PA66,PA46的每個(gè)給定長度的鏈上的酰胺數(shù)目更多,鏈結(jié)構(gòu)更加對(duì)稱,這使得它的結(jié)晶度可以高達(dá)70%,并賦予其非??斓慕Y(jié)晶速度。
PA46的熔點(diǎn)為295℃,未增強(qiáng)的PA46的HDT(熱變形溫度)有160℃,而經(jīng)過玻纖的增強(qiáng)后,其HDT可高達(dá)290℃ ,長期使用溫度也有163℃。PA46獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予了其它材料無法達(dá)到的獨(dú)特性能
PA46主要應(yīng)用于電子、航空航天、汽車。
2、半芳香尼龍——PPA
PPA由含苯環(huán)的二元酸和脂肪族二胺縮聚而成,其熔點(diǎn)介于310-325℃之間,熱變形溫度介于280-290℃。主要品種有PA4T、PA6T、PA9T、PA10T等。
相比普通的PA66,PPA的吸水率很低,即使在冷水中浸泡幾年,其拉伸強(qiáng)度也可以保持80%以上,且PPA耐油性很好,即使在高溫下也對(duì)潤滑油、燃油有極高的抗性。PPA還具有極佳的尺寸穩(wěn)定性和耐候性。
常用于汽車、電器電子、機(jī)械工業(yè)、日用品領(lǐng)域。
3、全芳香尼龍——PARA
PARA是由杜邦發(fā)明的,其中最著名的是Nomex(聚間苯二甲酰間苯二甲胺又叫芳綸1313)和Kevlar(全對(duì)位聚芳酰胺又叫芳綸1414)。
這類材料主要用于制備高性能纖維和片材,制成的纖維具有高強(qiáng)度、高剛性、高模量、高耐熱、高介電強(qiáng)度的特點(diǎn)。
可以應(yīng)用于超強(qiáng)纖維和增強(qiáng)材料,用于軍事、航空和航天等結(jié)構(gòu)部件。
二、聚苯硫醚(PPS)
聚苯硫醚(PPS)是近年來發(fā)展最快、用量最大的特種工程塑料,具有優(yōu)異的耐高溫性、耐化學(xué)性、耐候性、阻燃性、以及電性能,尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于汽車、電子電氣、機(jī)械行業(yè)、石油化工、制藥業(yè)、輕工業(yè)以及軍工、航空航天、5G通信等領(lǐng)域,是應(yīng)用最廣泛的特種工程塑料。
PPS也是目前中國國產(chǎn)化程度最高的特種工程塑料,自給率可以達(dá)到80%以上。
根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全球聚苯硫醚(PPS)主要企業(yè)產(chǎn)能超過20萬噸。
三、聚芳醚酮(PAEK)類
聚芳醚酮(PAEK),是主鏈由亞苯基環(huán)通過醚鍵、酮鍵連接而成的聚合物,按照醚基、酮基數(shù)量和順序不同可分為聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮 醚酮酮(PEKEKK)等。
1、PEEK(聚醚醚酮)
PEEK是一種綜合性能優(yōu)良的特種工程塑料。其耐熱性、耐水性、耐溶劑性、電絕緣性優(yōu)異;疲勞強(qiáng)度高;耐放射性是所有塑料中最好的;氧指數(shù)較高,燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙少且無毒。
2、PEK(聚醚酮)
PEK由于其分子結(jié)構(gòu)中的醚鍵和酮基的比例低于PEEK,因而其熔點(diǎn)和玻璃化溫度均高于PEEK ,耐熱性優(yōu)于PEEK,連續(xù)使用溫度為250℃。
3、PEKK(聚醚酮酮)
PEKK中文名叫聚醚酮酮,是一種高性能材料。這種材料熔點(diǎn)很高,差不多有300℃到600℃,還有很強(qiáng)的耐化學(xué)性和耐磨損性。近年來PEKK在3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展飛速,比傳統(tǒng)3D打印材料具有更好的性能。
四、聚酰亞胺(PI)類
聚酰亞胺(PI)是分子結(jié)構(gòu)含有酰亞胺基鏈節(jié)的芳雜環(huán)高分子化合物 ,是目前工程塑料中耐熱性最好的品種之一,能耐受極端溫度,熱分解溫度高達(dá)600℃,在-269℃的液氦中不會(huì)脆裂。此外還擁有極佳的機(jī)械性能、耐酸堿性能、生物相容性和電性能。
聚酰亞胺工程塑料可分為既有熱固性也有熱塑性,可分為聚均苯四甲酰亞胺 (PMMI) 、聚醚酰亞胺 (PEI) 、聚酰胺一酰亞胺 (PAI)等,在不同領(lǐng)域有著各自的用途。
PMMI在1.8MPa的負(fù)荷下熱變形溫度達(dá)360℃,電性能優(yōu)良,可用于特種條件下的精密零件 ,耐高溫自潤滑軸承、密封圈、鼓風(fēng)機(jī)葉輪等 ,還可用于與液氨接觸的閥門零件,噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)系統(tǒng)零件 。
PEI具有優(yōu)良的機(jī)械性能、電絕緣性能、耐輻照性能、耐高溫和耐磨性能,熔融流動(dòng)性好,成型收縮率為0.5%~0.7%,可用注射和擠出成型,后處理較容易,還可用焊接法與其他材料結(jié)合,在電子電器、航空、汽車、醫(yī)療器械等產(chǎn)業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
PAI的強(qiáng)度是當(dāng)前非增強(qiáng)塑料中最高的,拉伸強(qiáng)度為190MPa,彎曲強(qiáng)度為250MPa,在1.8MPa負(fù)荷下熱變形溫度高達(dá)274℃。PAI具有良好的耐燒蝕性和高溫、高頻下的電磁性,對(duì)金屬和其他材料有很好的粘接性能,主要用于齒輪 、軸承和復(fù)印機(jī)分離爪等,還可用于飛行器的燒蝕材料、透磁材料和結(jié)構(gòu)材料。
五、聚砜(PSU)類
PSU是略帶琥珀色、非晶型透明或半透明聚合物,其力學(xué)性能優(yōu)異、剛性大、耐磨、高強(qiáng)度,即使在高溫下也保持優(yōu)良的機(jī)械性能是其突出的優(yōu)點(diǎn);其范圍為為-100~150℃,,長期使用溫度為160℃,短期使用溫度為 190℃。
聚砜有普通雙酚A型PSU(即通常所說的PSU)、聚苯砜和聚醚砜。
1. 普通雙酚A型PSU的分子式:
砜基的共軛效應(yīng)提供了抗氧化性和熱穩(wěn)定性;醚鏈改善了韌性,苯環(huán)保證了其力學(xué)強(qiáng)度與模量。
2. 聚苯砜PPSU的分子式:
聚苯砜主鏈上的苯環(huán),提供了高的耐熱性和機(jī)械性能;醚鍵提供了優(yōu)良的流動(dòng)性和加工性能。
3. 聚醚砜PESU的分子式:
醚基提供了柔順性及高流動(dòng)性,砜基提供了耐熱性,亞苯基提供了剛性。
雙酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜的性能比較
六、聚芳酯(PAR)
聚芳酯(PAR)是主鏈上含有苯環(huán)和酯鍵的熱塑性樹脂。PAR具有良好的透光率(接近90%)、韌性、耐熱性、彈性回復(fù)、耐候性和阻燃性能,連續(xù)使用溫度最高達(dá)到170℃。主要用于精密器件、汽車、醫(yī)療、食品及日用品。
PAR結(jié)構(gòu)與PC相似,其性能大體一樣,可共用模具成型,但PAR的主鏈上芳環(huán)密度高,使得PAR耐熱性比PC更好,熱變形溫度比PC高20~40℃,且耐紫外線性、耐蠕變性優(yōu)異。但斷裂伸長率和抗沖擊性能不如聚碳酸酯。
PAR和PC的性能比較
七、液晶聚合物(LCP)
LCP中文名稱為液晶化合物,所謂“液晶”就是在熔融狀態(tài)既擁有液體的流動(dòng)性,又保持晶體的分子有序排列狀態(tài)的物質(zhì)。
LCP的機(jī)械性能優(yōu)秀,最大的特點(diǎn)是隨著壁厚的變薄,相對(duì)強(qiáng)度反而增大。LCP擁有較好的熱性能,連續(xù)使用溫度可以達(dá)到200℃-300℃。
LCP的介電常數(shù)和介電損耗很小,因此被應(yīng)用于電子器件上,如連接器、插槽、開關(guān)、支架和傳感器等。最廣受研究關(guān)注的是手機(jī)5G天線的應(yīng)用。
八、氟塑料類
氟塑料(Fluoroplastie)指用氟樹脂制成的塑料。主要品種有聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚全氟乙丙烯(FEP),聚偏氟乙烯(PVDF)等。使用溫度在150℃-260℃之間。
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