PPS是什么塑料?

PPS是什么塑料
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聚苯硫醚(PPS),全称为聚亚苯基硫醚,英文名称为Polyphenylene sulfide,简称PPS (以下称聚苯硫醚或称PPS)。聚苯硫醚的分子结构比较简单,分子主链由苯环和硫原子交替排列,大量的苯环赋予聚苯硫醚以刚性,大量的硫醚键又提供柔顺性。分子结构对称,易于结晶,无极性,电性能好,不吸水。

PPS的突出性能有:良好的耐热性能,可在200-240℃温度范围内使用;耐腐蚀性接近聚四氟乙烯;电性能优异;机械性能优异;阻燃性能好;制品的尺寸稳定性好,可用多种加工成型方法加工,并可精密成型。

纯PPS因性能脆而很少单独使用,应用的PPS多为其改性能品种。具体有:玻璃纤维增强PPS,玻矿纤维增强PPS,碳纤维增强PPS等。

1.结晶性聚合物PPS的玻璃化转变温度为85℃,结晶化的放热峰为127℃,熔点为285℃,注塑成型温度为280~320℃。

2.PPS是结晶性树脂,结晶度的高低影响制品的物理性能。成型收缩率、冲击强度、热变形温度、表面硬度、耐蠕变性、耐热性及耐候性等特性均受PPS树脂的结晶度控制,因此在各种品种的PPS成型时,应适当地控制模具温度,但也不必将PPS的结晶度提高,即可以按照制品的特性加以控制结晶度,这是使用PPS的优点之一。

3.成型温度较宽,流动性好。


1.制品的设计

由于PPS是结晶性树脂,制品的角及壁厚变化部位将产生应力集中。在这些部位易产生开裂,尺寸变化、冲击强度下降。因此,设计时要注意,制品上角部加R,并尽量使壁厚均匀。在适当的位置添加加强筋,可增加制品的强度,刚性,消除残留应力,提高流动性。

2.钢材的选择和处理

PPS大部分在高温下成型,故模具的材质应以模具温度140~150℃为基准。大量生产制品时所用的模具应选用高熔钢,或SK、SKD,SKH等材料,表面光洁度应控制在10S以下。

3.流道和浇口设计

模具的流道形状宜选用圆形或梯形,同时开设冷料井,对于难免发生熔接痕的制品,在模具的熔接痕发生处可设置溢流区,改变树脂的流动方向以改善熔接痕的强度。

4.成型收缩率

PPS树脂是结晶性树脂,在成型时结晶度随模具温度而变化,因此成型收缩率随模具温度而变化,其流动方向的收缩率与垂直方向的收缩率也有差异,通常流动方向的收缩率为0.1%~0.3%,垂直方向的收缩率为0.4%~0.8%,同时还应考虑退火对尺寸变化的影响。

5.排气槽

如果PPS树脂的制品有气泡使其特性明显下降,而且由于排气不良导致发生烧焦现象,使制品发生部分变色和表面粗糙,因此为了得到良好的制品必须设有排气槽,其深度为0.015~0.02 mm,宽度为2 mm。

6.模具温度的控制

生产用的模具,通常采用电热棒式加热器。为防止模具散热,在模具两外侧加装石棉板隔热板。


1.材料干燥工艺。尽管PPS具有较低的吸水率(0.03%左右),为了减少喷嘴漏料,出现银丝及气泡,应将其干燥充分,应选用抽湿干燥机,干燥温度为160℃,干燥3~4 h。

2.料筒温度

料筒温度为280~320℃,随着材料品种和制件结构的不同而改变,增强材料比纯料的料温高,薄壁件比厚壁件的料温高。

3.注塑压力与注射速度

注塑压力和注射速度对熔体流动性影响很大,对充模和制品的质量起重要作用。注塑压力一般为80~130 MPa,注射速度越快,产品的表面光洁度越好,但易发生产品翘曲,烧焦,对此必须注意,一般使用中等注射速度。

4.螺杆转速和背压

为防止制品的质量每次变动不一,加上若干背压对于获得品质稳定的制品有所帮助,成型时螺杆转速一般为60~100 r/min,而高循环成型时虽可用200 r/min以上,但此时树脂容易发热,必须将料筒温度设定较低些。

5.模具温度

模具温度一般为 120~140℃。

6.冷却时间

一般为20~50 s,在薄壁成型时,即使数量很多,每一循环也要为10~30 s。

7.嵌件预热

预热温度一般为80~100℃。


为了消除制品的内部残留应力,提高尺寸稳定性及与嵌件的结合力,应将制品进行退火处理。退火条件依制品的厚度而定,一般为160~200℃,2h。对低模温成型的制品,其退火温度相应降低。


PPS制品采用超声波焊接工艺。超声焊接工艺的压力为300~1000 N,振幅20~60 μm,焊接时间0.5~2 s,低模温成型的制品比高模温成型的制品的焊接性能好。


1.玻纤增强PPS与其它玻纤增强的工程塑料一样,因其与料筒及螺杆磨损,所以应选用特制的耐腐蚀、耐磨损的料筒及螺杆。

2.成型后的清洗应先选用成型温度高的玻纤增强聚砜、聚碳酸酯,最后用高密度聚乙烯清洗。

3.浇口、流料的使用比例依制品所要求的性能而定,一般使用比例为20%以下,粉末应筛除掉。

凭借机械强度高、耐高温、耐化学药品性、难燃、热稳定性好、电性能优良等优点,聚苯硫醚作为特种塑料被广泛应用于新能源汽车驱动系统。聚苯硫醚另外一个通俗的名字就是我们常说的PPS

本期就和大家聊聊熟悉又陌生的材料超新星聚苯硫醚-PPS。

PPS具有较长的历史,早在1888年由Freidel和Craft确认了其存在。20世纪40年代后半期人们开始考虑将其作为用于商业用途的重要树脂进行开发。

1897 年,法国人 Grenvesse 首先报道了在实验室合成了PPS。之后的几十年中,虽然许多研究者通过探索,采用不同的方法合成了一些类似 PPS 的树脂,但都未能顺利的工业化。直到 1968 年,当时的美国菲利普斯石油公司(Phillips Petroleum Company)通过硫化钠法制得了现今意义上的PPS树脂(使用硫化物和多卤代芳族化合物通过缩聚反应合成PPS),并申请专利USP3,354,129

1971 年,菲利普斯石油公司率先实现了PPS的工业化生产,并以 “Ryton® PPS”为商品名投放市场(2014年,索尔维2.2亿美元收购Ryton®PPS),得到了各产业部门高端用户的青睐。从此,PPS引起了世界各国的高度重视,针对PPS的各种研究也开始活跃起来。

由于专利权的保护,Phillips Petroleum 公司的 PPS 树脂在全球一直处于垄断地位。1985 年,Phillips Petroleum 公司的PPS专利权到期,多家美、日公司采用相同或者相近的技术纷纷跟进,开始生产PPS,使竞争加剧,同时也加速了 PPS 产业的发展。

其中,日本吴羽公司1987年开始生产自主开发的直链型PPS树脂Fortron@ PPS。同年,日本宝理(大赛璐与塞拉尼斯的合资公司)与吴羽开展业务合作,从吴羽采购其制造的线性PPS进行改性生产与销售(2012年,宝Fortron@ PPS改名为DURAFIDE® PPS)。

日本油墨(DIC)从菲利普斯石油公司进口原树脂基材,通过添加玻玻璃纤维强化材料和填充剂,以PPS改性料的形式进行了市场开发

1987-1988年,日本东丽推出TORAYROM®PPS。

1992年吴羽与塞拉尼斯公司(Celanese)旗下泰科纳(Ticona)成立合资企业Fortron Industries公司,快速地扩大产能并占领市场。使Fortron® PPS成为了继Ryton® PPS之后的第二个主要聚苯硫醚品牌。

近几十年来,PPS的生产一直由美国、日本、德国等少数发达国家所垄断。目前,世界上PPS的生产和销售主要在日本,其次是美国。美国菲利普斯石油公司,日本东丽-菲利普斯公司和日本吴羽化学工业公司是全球最主要的PPS生产商。

2000年,美国雪佛龙(Chevron)公司和菲利普斯石油公司成立Chevron-Phillips Chemical公司,PPS生产厂归属其下。

2016年帝斯曼(DSM)与特种化学品生产商浙江新和成特种材料有限公司(新和成)成立合资公司——帝斯曼新和成工程塑料(浙江)有限公司,合资公司产品采用Xytron™ PPS商标。

判断高分子材料的性能和应用领域,需要回归本源,也就是分子结构,分子结构决定了其70%的基础性能和应用范畴,所谓“骨骼清奇,内功深厚”。添加剂,比如玻纤,矿粉,碳纤,导电,导热等等,都可以认为是额外修炼的拳法和套路,针对的是提高某一方面性能。比如,玻纤的添加是为了增强材料体系的强度和模量,矿粉与玻纤的混合添加是为了获得强度的同时,降低由于玻纤曲线带来的各向异性。那么,首先让我们来看一下PPS的分子结构到底有何特殊;PPS 分子结构与尼龙类材料(PA66)及PPA (如6T)分子结构对比,如下图:

如上图对比所示,所有的尼龙(聚酰胺)类材料,都具有如红色椭圆圈出的酰胺键结构,酰胺键的形成是由二胺和二酸缩聚脱水产生,此反应在一定条件下可逆。也就是说,所有的尼龙类材料,从分子结构的角度来说,都会吸水,在长期浸润与高湿高温或纯水或水和乙二醇的环境下都会被水解。号称不会水解的尼龙类材料,基本上属于“耍流氓”行为。另外,酰胺键本身具有极性,这一特点带来了不少优势,当然也有劣势,比如介电损耗偏高,几乎不可能用于天线的设计。普遍来说,尼龙(聚酰胺类材料)耐酸性都不好;PA6T 由于苯环结构的存在,一定程度上提高了其耐热性,刚性,耐化学腐蚀,耐水解性,但是也降低了分子本身的韧性。当然,从使用量来说,尼龙类(聚酰胺)材料在所有工程塑料中也相当可观,其广泛用于连接器如DDR,手机中框,家电/家居,传感器,汽车内外饰如天窗框架,发动机周边,如油底壳,进气歧管,电动车充电接头,高压连接器等,电气行业,如微型断路器,继电器等等。

反观PPS, 其分子由上图所示的单体结构不断重复,形成分子量很大的高分子,其结构中,由于苯环的存在,带来了极其优异的刚性,耐热性,以及天生的阻燃性,长期老化性能极其优异;无可与其他媒介产生反应的官能团,导致其不吸水,更重要的是其耐化学性极其优异。实验中,用98%的浓硫酸在100度下浸泡1000小时,也无法让其分子产生降解,用PPS自己的语言来说“老子连浓硫酸都不怕,还怕毛线的水,水/乙二醇 或者ATF 油”。并且整个分子链的极性很低,其具有极其优异的电气性能,如优异的绝缘性,绝缘性能几乎不随环境温度升高而衰减,高温老化对其影响也不大。由于这些性能,其广泛应用于水泵,水阀,油泵,点火线圈,电动车中的各种功率电子和绝缘部件,如电容,电感线圈,电机绕线支架,IGBT壳体,绝缘母排等等;以及5G 基站天线等等,笔记本电脑外壳,手机天线隔断条等等;以及污水处理,高污染的化学腐蚀的化学环境。

相关常用材料性能对比如下: