[學習]塑料材料學課件第十二章聚砜類塑料

1、,第十一章 聚砜類塑料,2,,分子主鏈上含有砜基的聚合物，R和R′可為芳香基或脂肪基,3,,1、雙酚A型聚砜（普通型聚砜）：（Polysulfone) 簡寫為PSU商品名：Udel,4,,2、聚芳砜（Polyarylsulphone) 簡寫為PAS（商品名：Astrel）,5,3、聚醚砜（Polyethersulphone) 簡寫為PES（商品名：Victrex）,具有優(yōu)異的耐熱性，突出的

2、抗蠕變性和尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)良的電絕緣性,6,聚砜塑料的制備,,1、雙酚A型聚砜（PSU ）：成鹽反應：縮聚反應：,目前牌號主要有P—1700、P-1710(注射級)、P—3500、P—3510(擠出級)、P-2530(電線電纜包覆級)。,7,聚砜塑料的制備,,2.聚芳砜（PAS）熔融縮聚：溶液縮聚：,8,聚砜塑料的制備,,3.聚醚砜（PES）脫鹽法：,9,,脫氯化氫法：AB,10,聚砜塑料的結構與

3、性能,雙酚A型聚砜的結構與性能a.異丙撐基可減小分子間作用力，賦予聚合物一定的柔順性和良好的熔融加工性；非極性的甲基側鏈使聚合物的吸濕性小；電性能有所提高，但對聚合物的耐熱性不利，致使PSU的Tg、熱變形溫度和最高連續(xù)使用溫度均低于PAS、PES。,,,,,,,,,11,b、醚鍵較異丙撐基更能增加分子鏈的柔順性，使聚合物的熔融加工性和在溶劑中的溶解性提高，同時也使聚合物的耐熱性有所降低。c、砜基上的氧原子對稱、無極

4、性，主鏈上的硫原子處于最高氧化態(tài)，使聚合物的熱氧穩(wěn)定性好；此外，砜基與相鄰的兩個苯環(huán)組成了高度共軛的二苯砜結構，形成了一個十分穩(wěn)固、剛硬、一體化的堅強體系，使得聚合物能吸收大量的熱能和輻射能而不至于使主鏈斷裂，因此，熱穩(wěn)定性好，熱分解溫度高達426℃，耐輻射性優(yōu)良，硬度大，力學性能優(yōu)。綜合而言，PSU分子鏈的剛性相當大，致使聚合物的熔融流動溫度相當高，熔體黏度大，熔體黏度對溫度敏感而對剪切速率不敏感。剛性鏈聚合物的靜強度很高，在受力時

5、形變小，尺寸穩(wěn)定，耐蠕變能力強，但同時又使大分子鏈受外力作用后殘余的內應力難以消除，易產生應力開裂。,12,,②聚芳砜 PAS的分子主鏈可以看作是由高度共軛的二苯砜醚基和聯(lián)苯基組成的．由于硫原子處于最高氧化態(tài)、芳香環(huán)又難以氧化，因此，PAS的耐熱氧能力很高。與PSU相比，PAS的分子鏈中不含亞異丙基卻含大量的聯(lián)苯基，因而其耐熱性更加突出，但分子鏈中的醚鍵仍能提供一定的柔韌性，使其可在-240℃的低溫下使用。但是，PAS分子鏈的剛性大大超

6、過PSU，因此．其熔體黏度更高，熔融流動性更差，更難以加工。,13,,③聚醚砜 與PSU相比，PES的大分子主鏈上不含對耐熱性和熱氧穩(wěn)定性不利的亞異丙基；與PAS相比，其分子主鏈中又不含使分子鏈過分剛硬的聯(lián)苯基，而是保留了使聚砜塑料具有高的耐熱性、熱氧穩(wěn)定性、力學性能和電絕緣性的二苯砜基，以及能賦于聚砜良好加工性的醚基，因此．PES兼?zhèn)淞薖SU和PAS的優(yōu)點，綜合性能優(yōu)于PSU和PAS。它的耐熱性優(yōu)于PSU而低于PAS，但加工性比PAS

7、好．可用一般熱塑性塑料的加工方法加工，被稱為第一個綜合了高熱變形溫度，高沖擊強度和最優(yōu)良成型工藝性的工程塑料。,14,聚砜塑料的性能,①雙酚A型聚砜a、力學性能： 特點：抗蠕變能力很強，尺寸穩(wěn)定性很高，隨溫度升高力學性能下降幅度小,非晶態(tài)線性高聚物,15,PSU的力學性能優(yōu)良，其拉伸強度和彎曲強度都高于聚碳酸酯、聚甲醛、ABS和聚酰膠等通用工程塑料，高溫下的力學性能保持率高。其沖擊強度在-60～120℃范圍

8、內變化不大。PSU的耐蠕變性能也十分突出，其蠕變值僅為0.14％-0. 2％，且在較高溫度及較大負荷下的變化很?。?缺點：抗疲勞性差，疲勞強度和壽命不如POM和PA，易出現(xiàn)應力開裂。,16,熱學性能,PSU具有突出的耐熱氧性，熱穩(wěn)定性： 其最高使用溫度可達150～165℃。最低使用溫度可達-100℃，短期使用溫度達195℃．Tg為190 ℃ ，Td為426 ℃.,17,電學性能,PSU具有優(yōu)異的電學性能，在水及潮濕空氣中其電學性

9、能的變化也程小，在190℃高溫下仍可保持良好的電學性能。,18,化學性能,PSU可耐無機酸、堿及鹽，化學穩(wěn)定性較好，不耐濃硫酸及硝酸，可被極性有機溶劑，如芳香烴、酮類及鹵代烴等腐蝕．其耐輻射性優(yōu)良，但耐候性和耐紫外線性能不佳．,19,聚芳砜,力學、熱學性能 PAS琥珀色透明堅硬固體，相對密度為1.36g／cm3，折射率為1.65，吸水率為1.4％，收縮率為0.8％。 PAS的力學性能特別好，且力學性能受溫度影響很小

10、；其硬度、耐蠕變性、耐磨性都優(yōu)于PSU。 與PSU相比，PAS的強度和耐熱性都有大幅度提高，拉伸強度提高25％，耐熱溫度由150℃提高到260℃，并且短期可在300℃下使用。,20,化學性能 PAS的耐酸、堿及水蒸氣性優(yōu)良，對燃料油、烴油、硅油及氟里昂等穩(wěn)定，耐各種常用的工業(yè)溶劑，但不耐某些極性溶劑，如二甲基甲酰胺、丁內酯等。電學性能 PAS的電性能優(yōu)異，適宜作C級絕緣材料，溫度和頻率對電性能影響很小

11、。,21,聚醚砜,物理、力學性能 PES的相對密度為1.37,吸水率為0．43％，收縮率為0．6％．PES的透明性在聚酯類塑料中是最好的，其透光率可達88％，折射率為1.62，在透明塑料中是最大的．適于制造透鏡。 PES具有在較寬的溫度范圍內保持穩(wěn)定的機械性能的特點，其模量在-10℃到200℃幾乎不變，特別在100℃以上，它比任一種熱塑型樹脂都好。 聚醚砜的耐蠕變性也極為突出，在180℃以下溫度范圍內

12、，其抗蠕變性是熱塑型樹脂中最優(yōu)異的一種。特別是其玻璃纖維增強牌號樹脂有時比熱固型樹脂還好。它尺寸穩(wěn)定性好，線膨脹系數(shù)小，溫度依賴性小，耐沖擊，具有與聚碳酸脂相同的耐沖擊性。 與PSU相比，PES的強度及耐熱性稍有提高，耐蠕變性極為突出，在較高溫度及較大負荷下，耐蠕變性仍極為優(yōu)異。,22,PES的耐熱性 耐熱等級高，熱變形溫度為200℃～220℃，連續(xù)使用溫度為180℃～200℃，玻璃化溫度高達225℃。在-150低溫

13、下不會脆裂。,23,,化學性能 PES具有優(yōu)異的耐化學腐蝕性，可耐酸，堿、鹽、油、潤滑脂、脂肪族烴和醇等，但不耐極性有機溶劑，如酮、酯、氯仿等。 在水中不會水解，可耐150℃～160℃熱水或蒸汽，在高溫下仍具有較好的耐酸和堿性能。,24,聚砜塑料的缺點：,耐有機溶劑性 差成型溫度 高制品 易應力開裂疲勞強度 低,25,聚

14、砜塑料的改性,玻璃纖維增強聚砜： 力學性能可進一步提高：強度、模量、剛性、抗蠕變性、尺寸穩(wěn)定性，抗疲勞性、耐熱性；降低成型收縮率和線膨脹系數(shù)；但脆性增加、斷裂伸長率降低。,26,,填充改性：,27,聚砜合金 以PSU合金為主，主要改善耐溶劑性、耐應力開裂性、耐沖擊性、熔融加工型、電鍍性等。,28,12.4 聚砜塑料的成型加工,PSU的成型工藝性熔體粘度對溫度敏感性高于壓力熔體的熱穩(wěn)定性好冷凝溫度高，內應力難以自行消除

15、加工前干燥成型收縮率小熔體粘度大，模具要求,29,PAS的成型加工,加工特性 PAS其熔體黏度高，流動性差，因此加工十分困難?？刹捎米⑸?、擠出、壓制等方法成型加工。另外，加工前應對其物料進行充分干燥。,30,PES加工特性 PES的熔體為假塑性流體，即熔體表現(xiàn)黏度隨簡切速率的增加呈下降趨勢，但下降幅度并不大．當PES在正常加工溫度范圍內長時間或多次受熱時，會出現(xiàn)熔體增稠的現(xiàn)象，可能是分子鏈產生支化或輕度交

16、聯(lián)所致，因此加工時應嚴格控制熔體在設備中的停留時間．一般不應超過40min． 加工前粒料應進行干燥，使含水量降至0.12％以下。干燥條件為120～140℃、10h或160℃、3h以上。 PES的熔融溫度范圍較窄，大約為315-335℃，熔體冷卻速率較快，因此，應采用較高的注射速率；以避免熔料充模流動性變差而使制品欠料． PES在成型時一般均形成無定形結構，因此擠出時的出模膨脹率較小，注射時的收縮率也較小

17、，但當加入少量的成核劑時也會形成晶體結構。,31,PES的成型加工,可以按照熱塑性塑料的方法加工,32,,,33,雙酚A型聚砜塑料的應用,（一） 、汽車、航空領域： 在航空航天和汽車制造領域，PSU適用于制作防護罩元件、電動齒輪、蓄電池蓋、雷管、電子發(fā)火裝置元件、燈具部件、飛機內部配件和飛機外部零件、宇航器外部防護罩等。PSU還可以制作照明器擋板、電傳動裝置、傳感器。 （二） 、衛(wèi)生、醫(yī)療領域： PSU完全符合

18、衛(wèi)生要求，能經得起130℃蒸汽反復消毒，用于衛(wèi)生醫(yī)療器械可代替不銹鋼、鋁等以降低成本。用PSU制作的醫(yī)療制品較玻璃制品成本低、而且不易破裂，故用于儀器外殼、齒科儀器、心瓣盒、刀片清理系統(tǒng)、軟接觸鏡片的成型盒、微型過濾器、透析膜等。,34,,（三） 、日用品應用領域： 用PSU制作的日用品主要為耐熱耐水解的產品，有加濕器、蒸汽熨斗、照相機盒、放映機元件等。（四） 、粘合劑、涂料： 所有帶硅烷的聚砜均可作為粘合劑。

19、用于上漿玻纖和石墨纖維，制作復合材料。用石墨織物增強的帶硅烷基的PSU可制作升降舵等飛機部件。PSU和固體潤滑劑聚四氟乙烯并用，可制作耐磨性涂料。（五） 、工業(yè)應用領域： PSU還可以制造各種化工加工設備，有泵外罩、塔外保護層、食品加工設備、污染控制設備、奶制品加工設備及工程、建筑、化工用管道等。,35,聚醚砜的應用,聚醚砜的這些性能特點決定了它擁有的多種性能。適用于制造高強度、低蠕變性、高尺寸穩(wěn)定性、能在較高溫度下使用的制

20、品，廣泛應用于電子電器、機械設備、交通運輸、醫(yī)療、食品等領域：（1）電器電子領域因為它具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、耐熱、阻燃、可耐焊錫、耐各種清洗劑，可鑲嵌金屬件、與環(huán)氧樹脂黏結性好等，故可作H級絕緣材料用。主要制品有：線圈骨架、電位計的外部底座、吹風器零件、印刷電路板、按鈕式開關、可控硅的絕緣體、電動工具馬達的絕緣體、打印機、送風機、繼電器等的線圈骨架、DIP開關，各類插接件。,36,,(2)機械領域 利用其高溫抗蠕變性（15

21、0℃），尺寸穩(wěn)定性、耐油性、韌性好等優(yōu)點，在一般樹脂不能滿足使用要求的地方得到了廣為利用。主要制品有：各類機器的杠桿、柄、支架等，X-射線裝置的觀察玻璃、鏈鋸、農機發(fā)動機和汽化器等絕緣體、活塞環(huán)、耐熱滾輪、齒輪、復印機零件、照相機零件、復印機零部件、工業(yè)用吹風機罩、汽車空調的零部件、電弧焊槍的手柄、齒輪、各種物質分析組件。利用其在160℃的熱水或蒸氣條件下還能保持優(yōu)異的抗蠕變、剛性和尺寸穩(wěn)定性，應用于熱水、蒸汽用閥門、防腐蝕電極的絕緣體

22、、溫度傳感器的組件、泵的泵體和葉輪、散熱器閥門、超濾裝置用零部件。,37,(3)交通運輸 主要在汽車、飛機等運輸行業(yè)利用其在-100℃～180℃廣闊溫度范圍內的剛性和尺寸穩(wěn)定性，高溫抗蠕變性，耐汽油、柴油、各類機油等特長。主要制品有：各種軸承保持架、制動軸的軸瓦、點火器的噪音消除器、發(fā)動機齒輪、汽化器的線圈骨架、霧燈反光鏡、止推環(huán)以及飛機熱空氣導管和窗框等。使用工程塑料制造軸承保持架和金屬相比，具有重量輕、噪音小的優(yōu)點，采用

23、PES使用溫度可達180℃，產品的精度高、耐油性好，還具有耐磨及容易裝配等優(yōu)點。(4) 醫(yī)療、食品領域 醫(yī)療器械通常要求材料透明，強度高和能夠經受各種消毒殺菌處理，包括煮沸消毒以及用蒸汽、環(huán)氧乙烷氣體、γ射線、紫外線殺菌等。PES能較好地滿足上述要求，所以廣泛用于制備各種醫(yī)療器械，如接觸透鏡殺菌容器、防毒面具零件、牙科用反射鏡支架、人工呼吸器、血壓檢查管、外科容器和注射器等。由于PES的無毒性、衛(wèi)生性，在食品工業(yè)中用于各種

24、閥門和管路。,38,5) 汽車領域： 利用聚醚砜的耐磨、耐負載、耐化學性制成的止推環(huán)。用于空調壓縮系統(tǒng)的密封條 利用聚醚砜耐化學性、可塑性、可替換金屬性生產的濾網利用聚醚砜的耐化學性、耐磨性、 利用聚醚砜的耐化學性、抗形變性、耐熱性、不產生碎屑的特點制成的 熱穩(wěn)定性、可塑性生產的發(fā)動機控制器傳動密封環(huán)。在ABS剎車系統(tǒng)中使用的零件 齒輪傳動裝置(6) 其它領域：照明方面：電影機的反射鏡、聚光燈的反射鏡、頻閃觀測器的反射鏡、手術