聚苯乙烯(PS)类树脂的性能及应用研究

聚苯乙烯（PS）类树脂的性能及应用研究
摘要：聚苯乙烯树脂(PS)是一种热塑性高分子材料，其玻璃化温度为104℃，具有价廉、容易着色、透明、吸湿性低、电性能好和良好耐化学介质稳定性，广泛用于电子电器工业、化学工业及日用品等。

本文主要介绍了聚苯乙烯树脂(PS)的性能和及目前在各方面的应用情况.
关键词：PS 性能加工塑料应用
正文：
1.PS的定义和合成
<一> 定义
聚苯乙烯树脂是由苯乙烯单体通过自由基聚合而成的聚合物聚苯乙烯的英文是“polystyrene”，缩写为PS。

玻璃化温度80～90℃，非晶态密度1.04～1.06克/厘米3，晶体密度1.11～1.12克/厘米3，熔融温度240℃，电阻率为1020～1022欧·厘米。

导热系数30℃时0.116瓦/(米·开)。

通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度0～70℃，但脆，低温易开裂。

此外还有全同和间同立构聚苯乙烯。

全同聚合物有高度结晶性。

聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙），聚苯乙烯.可发性聚苯乙烯（EPS).高抗冲聚苯乙烯（）及间规聚苯乙烯（SPS）
<二> 聚合方法
本体聚合——获得的PS纯净度高，主要用来制造对电性能要求高的制品。

悬浮聚合——获得的PS分子量高分布窄但纯度不如本体聚合PS，可用来制造一般日用和工业用品、和PS泡沫塑料。

乳液聚合——主要用于涂料和PS泡沫塑料。

溶液聚合——主要用于配制清漆。

2． PS的结构
聚苯乙烯的分子链上交替连接着侧苯基。

由于侧苯基的体积较大，有较大的位阻效应，而使聚苯乙烯的分子链变得刚硬，因此，玻璃化温度比聚乙烯、聚丙烯都高，且刚性脆性较大，制品易产生内应力。

由于侧苯基在空间的排列为无规结构，因此聚苯乙烯为无定形聚合物，具有很高的透明性。

侧苯基具有很大的空间位阻，造成PS分子链很僵硬，Tg在80℃。

侧苯基的存在使聚苯乙烯的化学活性要大一些，苯环所能进行的特征反应如氯化、硝化、磺化等聚苯乙烯都可以进行。

此外，侧苯基可以使主链上a 氢原子活化，在空气中易氧化生成过氧化物，并引起降解，因此制品长期在户外使用易变黄、变脆。

但由于苯环为共扼体系，使得聚合物耐辐射性较好，在较强辐射的条件下，其性能变化较小。

3 PS的性能
<一> 基本特征
聚苯乙烯为无色、无味的透明刚性固体，透光率可达88%～90%，制品质硬，落地时会有金属般的响声。

聚苯乙烯的密度在1.04～1.07 之间，尺寸稳定性好，收缩率低。

聚苯乙烯容易燃烧，点燃后离开火源会继续燃烧，并伴有浓烟。

<二> 力学性能
聚苯乙烯属于一种硬而脆的材料，无延伸性，拉伸时无屈服现象。

聚苯乙烯的拉伸、弯曲等常规力学性能在通用塑料中是很高的，但其冲击强度很低。

聚苯乙烯的力学性能与合成方式、相对分子质量大小、温度高低、杂质含量及测试方法有关。

<三> 热性能
聚苯乙烯的耐热性能较差，热变形温度约为70～95℃，长期使用温度为60～80℃。

聚苯乙烯的热导率较低，约为0.10～0.13W/ ( m·K ) ，基本不随温度的变化而变化，是良好的绝热保温材料。

聚苯乙烯泡沫是目前广泛应用的绝热材料之一。

聚苯乙烯的线膨胀系数较大，为（6～8 )X10-5K-1，，与金属相差悬殊甚大，故制品不易带有金属嵌件。

此外，聚苯乙烯的许多力学性能都显著受到温度的影响。

<四> 电性能
聚苯乙烯是非极性的聚合物，使用中也很少加人填料和助剂，因此具有良好的介电性能和绝缘性，其介电性能与频率无关。

由于其吸湿率很低，电性能不受环境湿度的影响，但由于其表面电阻和体积电阻均较大，又不吸水，因此易产生静电，使用时需加人抗静电剂。

<五> 耐化学药品性
聚苯乙烯的化学稳定性比较好，可耐各种碱、一般的酸、盐、矿物油、低级醇及各种有机酸，但不耐氧化酸，如硝酸和氧化剂的侵蚀。

聚苯乙烯还会受到许多烃类、酮类及高级脂肪酸的侵蚀，可溶于苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷以及醋类当中。

此外，由于聚苯乙烯带有苯基，可使苯基a 位置上的氢活化，因此聚苯乙烯的耐气候性不好，如果长期暴露在日光下会变色变脆，其耐光性、氧化性都较差，使用时应加人抗氧剂。

但聚苯乙烯具有较优的耐辐射性。

<六> 加工性
聚苯乙烯是一种无定形的聚合物，没有明显的熔点，从开始熔融流动到分解的温度范围很宽，约在120～180℃之间，且热稳定性较好，因此，成型加工可在很宽的范围内进行。

聚苯乙烯由于其成型温度范围宽且流动性、热稳定性好，所以可以用多种方法加工成型，如注射、挤出、发泡、吹塑、热成型等．
(1) 由于聚苯乙烯的吸湿率很低，约为0.01%～0.2 % ，因此加工前一般不需要干燥，如果需要制成透明度高的制品时，才需干燥。

(2) 聚苯乙烯在成型过程中，分子链易取向，但在制品冷却定型时，取向的分子链尚未松弛完成，因此易使制品产生内应力．因此，加工时除了选择合适的工艺条件及合理的模具结构外，还应对制品进行热处理，热处理的条件一般为60～80℃下处理1～2h 。

聚苯乙烯的成型收缩率较低，一般为0.2%～0.7% ，有利于成型尺寸精度较高及尺寸稳定的制品。

(3) 聚苯乙烯的主要成型方法为注射、挤出和发泡．注射成型是聚苯乙烯最常用的成型方法。

可采用螺杆式注射机及柱塞式注射机．成型时，根据制品的形状
和壁厚不同，可在较宽的范围内调整熔体温度，一般温度范围为180～220℃。

挤出成型可采用普通的挤出机。

挤出成型的产品有板材、管材、棒材、片材、薄膜等。

成型温度范围为150～200℃。

4.4 PS的应用
聚氯乙烯是通用塑料中最容易加工的品种之一，成型温度与分解温度相差大，可在很宽的温度范围内加工成型。

同时，它具有成本低、刚性大、透明度好、电性能不受频率的影响等特点，因此可广泛地应用在仪表外壳、汽车灯罩、照明制品、各种容器、高频电容器、高频绝缘用品、光导纤维，包装材料等。

可发性聚苯乙烯由于其质量轻、热导率低、吸水性小、抗冲击性好等优点，广泛地应用于建筑、运输、冷藏、化工设备的保温、绝热和减震材料等方面。

聚苯乙烯还可通过发泡成型来制备包装材料及绝热保温材料。

聚苯乙烯的泡沫制品也是其树脂的主要用途。

其发泡方法主要有两种。

第一种方法是首先把聚苯乙烯树脂制备成含有发泡剂的珠粒，称为可发性聚苯乙烯（EPS）。

其方法是将聚苯乙烯珠粒在加热、加压条件下把戊烷、丁烷、石油醚等低沸点物理发泡剂渗人到珠粒中去，再使之溶胀即制得可发性聚苯乙烯珠粒。

然后将可发性聚苯乙烯再通过预发泡、熟化处理，最终经过模压成型制得聚苯乙烯泡沫制品。

这种产品主要为厚板、包装箱等。

第二种方法是直接将发泡剂（如偶氮化合物、碳酸铵等）及其他助剂与聚苯乙烯混合均匀，然后通过挤出发泡、冷却定型即可。

其主要产品为片材、仿木型材等。

4.5 PS的改性—高抗冲PS和ABS树脂
<一> 高抗冲PS（HIPS）
由于聚苯乙烯的脆性大、耐热性低等缺陷，因而限制了其应用范围。

为改善这些缺陷，研制出了高抗冲聚苯乙烯。

高抗冲聚苯乙烯的英文缩写为HIPS。

高抗冲聚苯乙烯的组成为聚苯乙烯和橡胶。

其制备方法有两种，分别为机械共混法和接枝聚合法。

机械共混法是把聚苯乙烯和橡胶按比例配好，在挤出机、捏合机或双辊辊压机中共混。

橡胶主要为丁苯橡胶、顺丁橡胶等。

橡胶的用量一般为10%一20％。

由于两种聚合物的相容性有限，橡胶相在聚苯乙烯相中分散不均匀，因此增韧效果不显著，共混物的韧性不会大幅度提高，仅有某些改善。

电接枝聚合法是把顺丁橡胶或丁苯橡胶溶解在苯乙烯单体中进行本体聚合或悬浮聚合。

由，接枝共聚法制备的高抗冲聚苯乙烯，其分子主链是由丁二烯、苯乙烯两种单体相嵌形成的嵌段共聚物，但又含有苯乙烯侧支链。

由于共聚物中橡胶含量较少（一般为5 %～10 % ) ，因此分子链端以苯乙烯为主。

这种共聚物可以克服机械共混法橡胶相分散不均匀的缺点，韧性有大幅度的提高，目前已成为高抗冲聚苯乙烯的主要生产方法。

高抗冲聚苯乙烯的加工性能良好，与ABS 树脂的成型性能相近，成型收缩率与ABS 相近，因此，成型ABS 的模具也适应于高抗冲聚苯乙烯。

高抗冲聚苯乙烯的加工方法可以是注塑、挤出、热成型、吹塑、泡沫成型等。

高抗冲聚苯乙烯除了冲击性能优异外，还具有聚苯乙烯的大多数优点，如尺寸稳定性好、刚性好、易于加工、制品光泽度高、易着色等，但其拉伸强度、光稳定性、氧渗透率较差。

适于制造各种电器零件、设备罩壳、仪表零件、冰箱内衬、容器、食品包装及一次性用具等。

HIPS虽然价格略高于GPPS ，但由于性能的改善，目前已大量生产。

专用级HIPS 已在许多应用中可代替工程塑料。

<二> ABS树脂
ABS树脂是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物。

英文名称：acrylonitrile-butadiene-styrene
缩写为：ABS，ABS是一种用途广泛的通用工程塑料。

ABS 树脂兼有三种组分的共同性能，成为具有“坚韧、质硬、刚性”的材料．丙烯睛能使聚合物耐化学腐蚀，且有一定的表面强度，丁二烯使聚合物呈现橡胶状韧性；苯乙烯使聚合物显现热塑性塑料的加工特性，即较好的流动性。

ABS 树脂较聚苯乙烯具有耐热、抗冲击强度高、表面硬度高、尺寸稳定、耐化学药品性及电性能良好等特点。

控制A:B:S 的比例可以调节其性能生产出不同型号、规格的ABS 树脂，以适合各种应用的需要。

例如增加组成中丙烯睛的含量时，其热稳定性、硬度及其他力学强度提高，而抗冲击强度和弹性降低。

当树脂中丁二烯含量增加时，抗冲强度提高了，而硬度、热稳定性、熔融流动性则降低。

目前生产的ABS 树脂中单体含量一般为：丙烯睛20%～40%，丁二烯10%～30% ，苯乙烯30%～60%。

2. ABS的应用领域
ABS 树脂优良的综合性能使其制品的应用范围很宽广。

如应用在机械工业中可作为结构材料使用。

可用来制造齿轮、轴承、泵叶轮、电机外壳、仪表盘、冰箱外壳、蓄电池槽等。

在汽车工业中，可制作手柄、挡泥板、加热器、灯罩、热空气调节导管等。

在航空工业中，可用来制作机舱装饰材料以及窗柜、隔声材料等。

此外，ABS 还可用来制造纺织器材、计算机零部件、建筑用板材、管材以及生活日用品等。

参考文献
1 酞阳晓末等回收泡沫PS的增韧技术．塑料科技．
1998．(2)：22～23．
2 X．Zhu．Polym．Degrad Stab．，1997，(57)：167．
3 万荣芬等．Ps_—一新型防肩潦料中国潦料。

1997，
(3)：13～14．
4 李良波等．丙烯酸接枝改性PS沥青防水潦料．潦
料i业．1997．(6)：32-33．
5 潘祖仁．高分子化学．北京：化学工业出版社，
1986 46～78．
6 李秀艳等．氯乙烯一乙烯异丁基醚共乘转树膳潦屡
的外增塑研宽现代潦料与潦装，1999，(2)：5～7．
7 何曼君等．高分子特理上海：复旦大学出版社。

1990 228～261
8.废聚苯乙烯作为涂料基料的研制张小冬荆进国房红斌。