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特种工程塑料-PPS

2022-11-30 来源:高分子物理学公众号 浏览数:1

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  特种工程塑料

  PPS

 

 

特种工程塑料

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   特种工程塑料亦称高性能聚合物,一般均为根据特殊用途需求而研制,与通用工程塑料相比具有独特、优异的物理性能,长期使用温度在150℃以上。特种工程塑料包括聚苯硫醚(PPS),聚醚醚酮(PEEK),聚砜(PSF),聚酰亚胺(PI),聚芳酯(PAR),液晶聚合物(LCP)。

   因特种工程塑料的难燃性,高热稳定性,机械强度高,电性能优良,已广泛应用于电子、汽车、航空航天、精密器械,5G通信等高新技术行业。特种工程塑料在智能服装,智能医疗等领域也具有广大的应用潜能。

 

PPS树脂介绍

聚苯硫醚(PPS)是一种重要的半结晶性的热塑性树脂。PPS 分子主链由苯环和硫原子交替连接形成,没有侧链,因此具有较好的链对称性和规整性,从而使其具有较好的结晶能力。主链上刚性结构的苯环,使得其分子链比较刚性,玻璃化转变温度在85℃左右,蠕变量较低,弹性模量高。

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  PPS分子结构中含有高度稳定的化学键,形成一个具有热稳定性的晶体点阵,使其对热降解和化学反应均具有很高的分子稳定性,PPS的热变形温度一般大于260℃,可在180~220℃温度范围使用。此外PPS的电性能十分突出,与其它工程材料相比,其介电常数与介电耗损角成切值都比较低,并且在较大的频率、温度及温度范围内变化不大;此外还具有高刚性、尺寸稳定性、加工性能好等特点。由于刚性较高,需要通过添加填料或者共聚改性等方式提高韧性或抗冲击强度。

 

 

PPS树脂合成方法

聚苯硫醚(PPS)有很多种合成方法,如:Phillips法,硫磺溶液法,氧化聚合法,对卤代苯硫酚熔融或溶液缩聚法,硫化氢法等等。以下介绍三种方法

1.Phillips法(硫化钠法):

   该方法是世界上工业化生产PPS最早的方法,也是目前最主要的工业化生产方法之一。是使用基本等摩尔比的对二氯苯和无水硫化钠,在极性有机溶剂中,通过氮气保护下在170-350℃,压力为6.87MPa下进行聚合,通过缩合反应生成线性聚苯硫醚的溶液缩聚法。常用的极性有机溶液包括酰胺类,内酰胺类和砜类化合物等。

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该方法工艺路线短,产率高,产品质量稳定。

2. 硫磺法:

   由四川大学陈永荣教授团队研发。将对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℃温度范围内,在常压下发生缩聚反应生成PPS。反应为两步进行,先是硫磺在极性有机溶剂中于还原剂及助剂反应被还原为S2-,之后S2-与对二氯苯进行常压聚合。

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该方法避免了硫化钠在储存中存在的氧化,吸潮等问题,同时省去了硫化钠法的脱水步骤,缩短了生产周期,降低能耗。硫磺法也是目前最主要的工业化生产方法之一。

3.氧化聚合法:

   由早稻田大学E.Tsuchida和K.Yamamoto提出,被称为划时代的制造方法。采用二苯基二硫化物,以氧气为氧化剂,路易斯酸为催化剂,常温常压条件下反应制得PPS。

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  该方法产率接近100%,反应条件温和,产品为完全得线性直链结构。但是制备的PPS分子量不够高,产物结构还存在少量双硫键,还不能进行工业化生产。

 

PPS的应用

   PPS工程塑料:聚苯硫醚用量的80%以上是通过于增强纤维或填料制成的复合增强改性材料来实现的,除此之外,也可将聚苯硫醚与其他高聚物进行共混改性制备聚苯硫醚,提高其韧性,抗冲击强度,以扩展其用途。

   目前主要的品种有PPS/PA(聚酰胺)、PPS/PBT (聚对苯二甲酸丁二醇酯)以及PPS/PTFE (聚四氟乙烯)等。PPS塑料在汽车行业用量大,可以用于生产汽车制动装置、导向系统、灯座、散热器零件等零部件的生产。PPS塑料用于电子电气行业也相当广泛,常用于制造电气插座、继电器、电子仪表盘、,电容器保护罩;也可用于制造微电子零件,如电容器、电阻器等;也可用于家电产品零件,如熨斗、电锅、微波炉的零部件。

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   PPS薄膜:将薄膜级PPS熔体进行挤出成型,形成0.1-2mm厚度的片材,再经双向拉伸定型得到厚度1~100μm的聚苯硫醚薄膜。PPS薄膜因其优异的绝缘性,主要用于电气绝缘材料,电子部件,能够提高机器的效率。在5G通信方面,PPS薄膜应用在柔性印刷电路中将减少通信设备在高频段的传输损耗。其次,它将有助于稳定温度和湿度范围区间的高速通信,能够为5G提供快速数据传输速率。

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   PPS纤维:PPS纤维主要作为特种功能过滤材料, 主要用于火力发电厂、燃煤锅炉、垃圾焚烧炉以及取暖燃煤锅炉粉尘滤袋的过滤织物。另外, 还可用作干燥机用帆布、缝纫线、各种防护布以及防雾材料, 耐辐射材料,高温阻燃防护服等。PPS纤维可以制成超细旦PPS纤维,以提高过滤料的过滤精度和过滤性能,也可以对PPS进行改性或者与聚酰胺,炭黑等材料进行共混纺丝,来提高PPS纤维的韧性,耐磨性和使用寿命。

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发展前景和期望

   目前PPS的生产公司主要分布在中国、日本、美国、德国等国家。而日本和美国的PPS总产能占全球的60%以上。日本的Toray东丽公司,Kureha吴羽化学公司,DIC公司和美国的Phillips菲利浦公司在研发PPS技术方面有四十年以上的经验,PPS产品种类丰富,生产规模庞大,产品质量高。

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   2020年,中国对PPS的需求量为6.35万吨,占全球一半左右,并且需求量逐年递增。但是2020年国内PPS产量为5.89万吨,不能满足庞大需求,而且国内很多PPS产品依赖进口。主要原因是国产PPS质量也略低于日本和美国产的PPS,并且对于某些PPS产品,国内大部分企业无法生产,很多工艺技术仍是处于探索中。

   因此我国还需要加强对PPS产品种类的研发,实现PPS的差异化生产,同时需要找出最优的生产工艺。我国PPS生产企业可以对东丽公司,菲利浦公司的相关专利进行分析和比较,找出与其生产工艺上的差距,并进行设备和工艺路线的改进与优化,以降低我国企业的生产成本、提高产品性能、开发出高性能和专用性的新产品,提高自身的市场竞争力。

 

 

 

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