[學(xué)習(xí)]塑料材料學(xué)課件第十二章聚砜類(lèi)塑料

1、,第十一章 聚砜類(lèi)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(jiǎn)寫(xiě)為PSU商品名：Udel,4,,2、聚芳砜（Polyarylsulphone) 簡(jiǎn)寫(xiě)為PAS（商品名：Astrel）,5,3、聚醚砜（Polyethersulphone) 簡(jiǎn)寫(xiě)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(yīng)：縮聚反應(yīng)：,目前牌號(hào)主要有P—1700、P-1710(注射級(jí))、P—3500、P—3510(擠出級(jí))、P-2530(電線電纜包覆級(jí))。,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(jié)構(gòu)與

3、性能,雙酚A型聚砜的結(jié)構(gòu)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(cè)鏈?zhǔn)咕酆衔锏奈鼭裥孕。浑娦阅苡兴岣?，但?duì)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(shí)也使聚合物的耐熱性有所降低。c、砜基上的氧原子對(duì)稱(chēng)、無(wú)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(gè)苯環(huán)組成了高度共軛的二苯砜結(jié)構(gòu)，形成了一個(gè)十分穩(wěn)固、剛硬、一體化的堅(jiān)強(qiáng)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(dá)426℃，耐輻射性優(yōu)良，硬度大，力學(xué)性能優(yōu)。綜合而言，PSU分子鏈的剛性相當(dāng)大，致使聚合物的熔融流動(dòng)溫度相當(dāng)高，熔體黏度大，熔體黏度對(duì)溫度敏感而對(duì)剪切速率不敏感。剛性鏈聚合物的靜強(qiáng)度很高，在受力時(shí)

5、形變小，尺寸穩(wěn)定，耐蠕變能力強(qiáng)，但同時(shí)又使大分子鏈?zhǔn)芡饬ψ饔煤髿堄嗟膬?nèi)應(yīng)力難以消除，易產(chǎn)生應(yīng)力開(kāi)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(guò)PSU，因此．其熔體黏度更高，熔融流動(dòng)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(duì)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(guò)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(xué)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(diǎn)，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(chēng)為第一個(gè)綜合了高熱變形溫度，高沖擊強(qiáng)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(xué)性能： 特點(diǎn)：抗蠕變能力很強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定性很高，隨溫度升高力學(xué)性能下降幅度小,非晶態(tài)線性高聚物,15,PSU的力學(xué)性能優(yōu)良，其拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)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(xué)性能保持率高。其沖擊強(qiáng)度在-60～120℃范圍

8、內(nèi)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(fù)荷下的變化很?。?缺點(diǎn)：抗疲勞性差，疲勞強(qiáng)度和壽命不如POM和PA，易出現(xiàn)應(yīng)力開(kāi)裂。,16,熱學(xué)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(dá)150～165℃。最低使用溫度可達(dá)-100℃，短期使用溫度達(dá)195℃．Tg為190 ℃ ，Td為426 ℃.,17,電學(xué)性能,PSU具有優(yōu)異的電學(xué)性能，在水及潮濕空氣中其電學(xué)性

9、能的變化也程小，在190℃高溫下仍可保持良好的電學(xué)性能。,18,化學(xué)性能,PSU可耐無(wú)機(jī)酸、堿及鹽，化學(xué)穩(wěn)定性較好，不耐濃硫酸及硝酸，可被極性有機(jī)溶劑，如芳香烴、酮類(lèi)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(xué)、熱學(xué)性能 PAS琥珀色透明堅(jiān)硬固體，相對(duì)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(xué)性能特別好，且力學(xué)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(qiáng)度和耐熱性都有大幅度提高，拉伸強(qiáng)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(xué)性能 PAS的耐酸、堿及水蒸氣性優(yōu)良，對(duì)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(nèi)酯等。電學(xué)性能 PAS的電性能優(yōu)異，適宜作C級(jí)絕緣材料，溫度和頻率對(duì)電性能影響很小

11、。,21,聚醚砜,物理、力學(xué)性能 PES的相對(duì)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(lèi)塑料中是最好的，其透光率可達(dá)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(nèi)保持穩(wěn)定的機(jī)械性能的特點(diǎn)，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(shù)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(nèi)

12、，其抗蠕變性是熱塑型樹(shù)脂中最優(yōu)異的一種。特別是其玻璃纖維增強(qiáng)牌號(hào)樹(shù)脂有時(shí)比熱固型樹(shù)脂還好。它尺寸穩(wěn)定性好，線膨脹系數(shù)小，溫度依賴(lài)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(qiáng)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(fù)荷下，耐蠕變性仍極為優(yōu)異。,22,PES的耐熱性 耐熱等級(jí)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(dá)225℃。在-150低溫

13、下不會(huì)脆裂。,23,,化學(xué)性能 PES具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性，可耐酸，堿、鹽、油、潤(rùn)滑脂、脂肪族烴和醇等，但不耐極性有機(jī)溶劑，如酮、酯、氯仿等。 在水中不會(huì)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(diǎn)：,耐有機(jī)溶劑性 差成型溫度 高制品 易應(yīng)力開(kāi)裂疲勞強(qiáng)度 低,25,聚

14、砜塑料的改性,玻璃纖維增強(qiáng)聚砜： 力學(xué)性能可進(jìn)一步提高：強(qiáng)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(zhǎng)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(yīng)力開(kāi)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(duì)溫度敏感性高于壓力熔體的熱穩(wěn)定性好冷凝溫度高，內(nèi)應(yīng)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(dòng)性差，因此加工十分困難?？刹捎米⑸洹D出、壓制等方法成型加工。另外，加工前應(yīng)對(duì)其物料進(jìn)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(jiǎn)切速率的增加呈下降趨勢(shì)，但下降幅度并不大．當(dāng)PES在正常加工溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間或多次受熱時(shí)，會(huì)出現(xiàn)熔體增稠的現(xiàn)象，可能是分子鏈產(chǎn)生支化或輕度交

16、聯(lián)所致，因此加工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制熔體在設(shè)備中的停留時(shí)間．一般不應(yīng)超過(guò)40min． 加工前粒料應(yīng)進(jìn)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(yīng)采用較高的注射速率；以避免熔料充模流動(dòng)性變差而使制品欠料． PES在成型時(shí)一般均形成無(wú)定形結(jié)構(gòu)，因此擠出時(shí)的出模膨脹率較小，注射時(shí)的收縮率也較小

17、，但當(dāng)加入少量的成核劑時(shí)也會(huì)形成晶體結(jié)構(gòu)。,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(yīng)用,（一） 、汽車(chē)、航空領(lǐng)域： 在航空航天和汽車(chē)制造領(lǐng)域，PSU適用于制作防護(hù)罩元件、電動(dòng)齒輪、蓄電池蓋、雷管、電子發(fā)火裝置元件、燈具部件、飛機(jī)內(nèi)部配件和飛機(jī)外部零件、宇航器外部防護(hù)罩等。PSU還可以制作照明器擋板、電傳動(dòng)裝置、傳感器。 （二） 、衛(wèi)生、醫(yī)療領(lǐng)域： PSU完全符合

18、衛(wèi)生要求，能經(jīng)得起130℃蒸汽反復(fù)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(guò)濾器、透析膜等。,34,,（三） 、日用品應(yīng)用領(lǐng)域： 用PSU制作的日用品主要為耐熱耐水解的產(chǎn)品，有加濕器、蒸汽熨斗、照相機(jī)盒、放映機(jī)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(fù)合材料。用石墨織物增強(qiáng)的帶硅烷基的PSU可制作升降舵等飛機(jī)部件。PSU和固體潤(rùn)滑劑聚四氟乙烯并用，可制作耐磨性涂料。（五） 、工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域： PSU還可以制造各種化工加工設(shè)備，有泵外罩、塔外保護(hù)層、食品加工設(shè)備、污染控制設(shè)備、奶制品加工設(shè)備及工程、建筑、化工用管道等。,35,聚醚砜的應(yīng)用,聚醚砜的這些性能特點(diǎn)決定了它擁有的多種性能。適用于制造高強(qiáng)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(yīng)用于電子電器、機(jī)械設(shè)備、交通運(yùn)輸、醫(yī)療、食品等領(lǐng)域：（1）電器電子領(lǐng)域因?yàn)樗哂袃?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(shù)脂黏結(jié)性好等，故可作H級(jí)絕緣材料用。主要制品有：線圈骨架、電位計(jì)的外部底座、吹風(fēng)器零件、印刷電路板、按鈕式開(kāi)關(guān)、可控硅的絕緣體、電動(dòng)工具馬達(dá)的絕緣體、打印機(jī)、送風(fēng)機(jī)、繼電器等的線圈骨架、DIP開(kāi)關(guān)，各類(lèi)插接件。,36,,(2)機(jī)械領(lǐng)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(diǎn)，在一般樹(shù)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(lèi)機(jī)器的杠桿、柄、支架等，X-射線裝置的觀察玻璃、鏈鋸、農(nóng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和汽化器等絕緣體、活塞環(huán)、耐熱滾輪、齒輪、復(fù)印機(jī)零件、照相機(jī)零件、復(fù)印機(jī)零部件、工業(yè)用吹風(fēng)機(jī)罩、汽車(chē)空調(diào)的零部件、電弧焊槍的手柄、齒輪、各種物質(zhì)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(yīng)用于熱水、蒸汽用閥門(mén)、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(mén)、超濾裝置用零部件。,37,(3)交通運(yùn)輸 主要在汽車(chē)、飛機(jī)等運(yùn)輸行業(yè)利用其在-100℃～180℃廣闊溫度范圍內(nèi)的剛性和尺寸穩(wěn)定性，高溫抗蠕變性，耐汽油、柴油、各類(lèi)機(jī)油等特長(zhǎng)。主要制品有：各種軸承保持架、制動(dòng)軸的軸瓦、點(diǎn)火器的噪音消除器、發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪、汽化器的線圈骨架、霧燈反光鏡、止推環(huán)以及飛機(jī)熱空氣導(dǎo)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(diǎn)，采用

23、PES使用溫度可達(dá)180℃，產(chǎn)品的精度高、耐油性好，還具有耐磨及容易裝配等優(yōu)點(diǎn)。(4) 醫(yī)療、食品領(lǐng)域 醫(yī)療器械通常要求材料透明，強(qiáng)度高和能夠經(jīng)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(wú)毒性、衛(wèi)生性，在食品工業(yè)中用于各種

24、閥門(mén)和管路。,38,5) 汽車(chē)領(lǐng)域： 利用聚醚砜的耐磨、耐負(fù)載、耐化學(xué)性制成的止推環(huán)。用于空調(diào)壓縮系統(tǒng)的密封條 利用聚醚砜耐化學(xué)性、可塑性、可替換金屬性生產(chǎn)的濾網(wǎng)利用聚醚砜的耐化學(xué)性、耐磨性、 利用聚醚砜的耐化學(xué)性、抗形變性、耐熱性、不產(chǎn)生碎屑的特點(diǎn)制成的 熱穩(wěn)定性、可塑性生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器傳動(dòng)密封環(huán)。在ABS剎車(chē)系統(tǒng)中使用的零件 齒輪傳動(dòng)裝置(6) 其它領(lǐng)域：照明方面：電影機(jī)的反射鏡、聚光燈的反射鏡、頻閃觀測(cè)器的反射鏡、手術(shù)