特種塑料在國內外的定義及所涉及的品種均沒有統一的認識,就名稱而言就有很多,如特種工程塑料(SEP )、超級工程塑料、高性能熱塑性塑料和高性能聚合物等。一般是指具有特種功能,可用于航空、航天等特殊應用領域的塑料。如氟塑料和有機硅具有突出的耐高溫、自潤滑等特殊功用,增強塑料和泡沫塑料具有高強度、高緩沖性等特殊性能,這些塑料都屬于特種塑料的范疇。
特種塑料種類:聚芳酯、聚苯酯、聚砜、聚芳砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、液晶聚合物、熱塑性氟塑料、增強塑料和泡沫塑料等。
主要6大特種工程塑料分別是:聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚酰亞胺(PI)、 聚芳酯(PAR)和液晶聚合物(LCP)
▲聚苯硫醚(PPS)
聚苯硫醚全稱為聚苯基硫醚,是分子主鏈中帶有苯硫基的熱塑性樹脂,英文名為polyphenylene snlfide(簡稱PPS)。
PPS是結晶型(結晶度55%-65%)的高剛性白色粉末聚合物,耐熱性高(連續使用溫度達240℃)、機械強度、剛性、難燃性、耐化學藥品性,電氣特性、尺寸穩定性都優良的樹脂,耐磨、抗蠕變性優,阻燃性優。有自熄性。達UL94V-0級,高溫、高濕下仍保持良好的電性能。流動性好,易成型,成型時幾乎沒有縮孔凹斑。與各種無機填料有良好的親和性。增強改性后可提高其物理機械機械性能和耐熱性(熱變形溫度),增強材料有玻璃纖維、碳纖維、聚芳酰胺纖維、金屬纖維等,以玻璃纖維為主。無機填充料有滑石、高嶺土、碳酸鈣、二氧化硅、二硫化鉬等。
PPS 比重小、強度高、耐腐蝕,可用其取代金屬材料,制成軍事裝備所需的結構部件。如:發動機散熱器、車體門、電動泵等,跨海水陸兩用坦克炮塔底座、耐腐蝕旋轉齒輪、密封環、活塞環、密封墊片、電噴發動機轉子葉輪等,可有效降低戰車的重量,提高其機動性、可靠性、破損安全性以及乘坐舒適性;用PPS 制成的自潤滑軸承、滑動墊片等制品非常適合于武器及裝甲戰車在各種惡劣的自然條件下使用,提高裝備的可靠性和戰時出勤率。
▲聚醚醚酮(PEEK)
聚醚醚酮(PEEK)具有熱固性塑料的耐熱性、化學穩定性和熱塑性塑料的成型加工性。聚醚醚酮還具有優異的耐熱性。其熱變形溫度為160℃,當用20%~30%的玻璃纖維增強時,熱變形溫度可提高到280~300℃。聚醚醚酮的熱穩定性良好,在空氣中4Chemicalbook20℃。2h情況下失重僅為2%,500℃時為2.5%,500℃時才產生顯著的熱失重。聚醚醚酮的長期使用溫度約為200℃,在此溫度下,仍可保持較高的拉伸強度和彎曲模量,它還是一種非常堅固的材料,有優異的長期耐蠕變性和耐疲勞性能。
▲聚砜(PSF)
聚砜(PSF)是略帶琥珀色非晶型透明或半透明聚合物,力學性能優異,剛性大,耐磨、高強度,即使在高溫下也保持優良的力學性能是其突出的優點,其范圍為-100~150℃,長期使用溫度為160℃,短期使用溫度為190℃,熱穩定性高,耐水解,尺寸穩定性好,成型收縮率小,無毒,耐輻射,耐燃,有熄性。在寬廣的溫度和頻率范圍內有優良的電性能。化學穩定性好,除濃硝酸、濃硫酸、鹵代烴外,能耐一般酸、堿、鹽,在酮、酯中溶脹。耐紫外線和耐候性較差。耐疲勞強差是主要缺點。
▲聚酰亞胺(PI)
1、全芳香聚酰亞胺按熱重分析,其開始分解溫度一般都在500℃左右。由聯苯四甲酸二酐和對苯二胺合成的聚酰亞胺,熱分解溫度達600℃,是迄今聚合物中熱穩定性很高的種類之一。
2、聚酰亞胺可耐極低溫,如在-269℃的液態氦中不會脆裂。
3、聚酰亞胺擁有優良的機械性能,未填充的塑料的抗張剛度都在100Mpa以上,均苯型聚酰亞胺的薄膜(Kapton)為170Mpa以上,杭州塑盟特熱塑性聚酰亞胺(TPI)的沖擊剛度高達261KJ/m2。而聯苯型聚酰亞胺(Upilex S)達到400Mpa。作為工程塑料,彈性膜量通常為3-4Gpa,纖維可達到200Gpa,據理論計算,均苯四甲酸二酐和對苯二胺合成的纖維可達 500Gpa,僅次于碳纖維。
4、一些聚酰亞胺種類不溶于有機溶劑,對稀酸穩定,一般的種類不大耐水解,這個看似缺點的性能卻使聚酰亞胺有別于其他高性能聚合物的一個很大的特點,即可以利用堿性水解回收原料二酐和二胺,例如對于Kapton薄膜,其回收率可達80%-90%。改變結構也可以得到相當耐水解的種類,如經得起120℃,500 小時水煮。
5、 聚酰亞胺的熱膨脹系數在2×10-5-3×10-5℃,南京岳子化工YZPI熱塑性聚酰亞胺3×10-5℃,聯苯型可達10-6℃,個別種類可達10-7℃。
6、 聚酰亞胺擁有很高的耐輻照性能,其薄膜在5×109rad快電子輻照后剛度保持率為90%。
7、 聚酰亞胺擁有良好的介電性能,介電常數為3.4左右,引入氟,或將空氣納米尺寸分散在聚酰亞胺中,介電常數可以降到2.5左右。介電損耗為10-3,介電剛度為100-300KV/mm,廣成熱塑性聚酰亞胺為300KV/mm,體積電阻為1017Ω·cm。這些性能在寬廣的溫度范圍和頻率范圍內仍能保持在較高的水平。
8、 聚酰亞胺是自熄性聚合物,發煙率低。
9、 聚酰亞胺在極高的真空下放氣量很少。10、聚酰亞胺無毒,可用來制造餐具和*用器具。有一些聚酰亞胺還擁有很好的生物相容性,例如,在血液相容性實驗為非溶血性,體外細胞毒性實驗為無毒。
▲聚芳酯(PAR)
聚芳酯于上世紀50年代開始研究,直到1973年,由日本 Unitika 公司率先實現聚芳酯的工業化生產,商品名稱為 U-聚合物(U-POLYMER)。我國對聚芳酯的研究始于20世紀60年代,由沈陽化工研究院開展,目前國內未見有量產能力,聚芳酯仍依賴進口。
聚芳酯是綜合性能非常優良的熱塑性特種工程塑料。其主要聚芳酯的主要性能特點有:
▲耐熱性
主鏈芳環密度高,提高了耐熱性,熱變形溫度175℃。
▲透明性
主鏈含有對位和間位苯環鏈節,阻礙了聚合物分子結晶,為無定形透明聚合物。透明性與PC、PMMA相比毫不遜色、具有接近90%的透光率。
▲機械性能
在較大溫度范圍內彎曲回彈性好,耐蠕變性出色。
▲耐候性
耐候性能優異,可阻止低于350nm的紫外線通過,長期戶外條件下,機械性能基本不變。
▲難燃性
具有自熄性,燃燒時發煙量少,無毒。
▲耐化性
耐酸、耐油,但耐堿、耐應力開裂性、耐芳烴和酮類的性能較差。
▲加工性
聚芳酯自身的熔融粘度高,流動性較差,加工性能較差。
▲液晶聚合物(LCP)
液晶聚合物指的是形成液晶相的高性能高分子材料,是介于固體結晶和液體之間的中間狀態聚合物,其分子排列雖然不像固體晶態那樣三維有序,但也不是液體那樣無序,而是具有一定(一維或二維)的有序性。
液晶聚合物優異的機械性能、尺寸穩定性、電性能、耐化學藥品性、阻燃性,以及加工性良好、耐熱性好、熱膨脹系數較低等特點,這些特性使其特別適合電氣和電子行業的小型化以及微注塑成型工藝的使用,諸如具有高引腳密度的連接器等應用的增加,一直在推動液晶聚合物市場規模的顯著增長。另外,液晶聚合物的耐高溫和較強的機械強度、耐化學性和高尺寸穩定性等也非常適合電氣和電子行業。在電氣和電子行業中,不斷將液晶聚合物來代替工程樹脂來生產超薄組件。
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