特种工程塑料的性能及应用_刘增田

第19卷　第1期2006年3月

聊城大学学报(自然科学版)

J ournal of Liaoch eng University(Nat.Sci.)

Vol.19.No.1

M ar.2006特种工程塑料的性能及应用①

刘增田

(山东经贸职业学院工商管理系,山东潍坊261011)

摘　要　介绍了特种工程塑料的品种、性能及应用.

关键词　特种工程塑料,材料,性能

中图分类号　TQ444;TQ050.4 文献标识码　A 文章编号　1672-6634(2006)01-0081-03

0　引言

特种工程塑料至今尚未确切的定义,通常将具有优异的综合性能,如拉伸强度、刚性、压缩强度、冲击强度高,在热、冷条件下、化学介质中物理、电学性能保持稳定,可长期使用的一类高分子材料称为工程塑料.其基材多是分子主链除含有碳原子外,还含有氧、氮、硫等原子的杂链型分子结构的聚合物.而特种工程塑料是指综合性能更高,长期使用温度在150℃以上,主要应用于高技术领域的一类高分子材料[1],又称高性能工程塑料而耐热工程塑料.特种工程塑料是现代先进材料之一.这是自20世纪60年代以来,首先为满足国防军工和尖端技术的需要而发展起来的一类综合性能优异的结构型聚合物材料.具有重量轻、强度高和耐热性好等优良特性.目前,已工业化生产的特种工程塑料品种很多,主要有聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚砜(包括聚芳砜、聚醚砜、聚苯砜)、聚芳酯、液晶聚合物等.

1　聚苯硫醚　Polyph enylene Sulfide(PPS)

PPS是分子链含亚苯硫醚重复结构单元的聚合物,其突出特点是有极好的粘合性能、耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃、无毒、机构性能和电性能优异.此外,在特种工程塑料中的PPS价格最为低廉,性价比很高,因此可广泛应用于玻璃等无机材料的粘接、高性能耐腐涂层、耐高温绝缘涂层、原子能、兵器、航空航天等领域.PPS致命弱点是耐冲击性能差,未改性的PPS其拉伸强度和冲击强度在工程塑料中仅属中等水平,伸长率较低且成型加工困难,因此,它的优异性能也难以发挥,PPS通过增强,复合共混,共聚改性后,用途更为广泛.

1.1　填充增改性PPS

对提高PPS的物理机械性能和耐热等级,常利用PPS树脂与纤维和无机填料等的良好亲和性,对其进行增强改性,常用的纤维有玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维等,无机填料有云母、碳酸钙等.用玻纤(GF)增强后的PPS的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度和热转变温度等性能有极大的提高,增强PPS具有优异电性能,可应用于高温高频以及高温条件下的电器元件,增强PPS的优异的耐化学药品腐蚀性使其用于制作接触酸、碱、盐和有机溶剂等化学药品的化学制作以及用作汽车上耐油、耐温和高力学性能部件.碳纤维增强PPS具有极好的宽频吸波性能,因此在稳身技术中得以应用,它能有效地吸收雷达波,可制成飞机的肋条、加强杆、蒙皮以及一些连接件、紧固件等雷达波吸收件[2].

1.2　复合共混改性PPS

现在,PPS的改性方法已从单一的填充改性发展到双组分多组分的复合共混改性.采用其它高聚物与PPS复合共混制得到的高分子合金改善了PPS的耐冲击性能、韧性和加工成型等性能.可用于制备防粘、

①收稿日期:2005-11-02

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耐磨部件及在高温高频环境下使用的电子电器元件,在航空航天、军事工业、电子产品等高新技术领域中已有所应用.当前应用比较广泛的PPS合金体系有PPS/PSF(聚砜)、PPS/PTFE(聚四氟乙烯)、PPS/PA (聚酰胺)、PPS/LCP(液晶聚合物)等.

2　聚酰亚胺Plyimides(PI)

PI是一类在大分子主链上具有酰亚胺环的芳杂聚合物,分为热固性PI和热塑性PI两种.热塑性PI 成型温度高,且有小分子发挥发物放出,因而作复合材料应用并不广泛.热固性PI则不同,它以带可交联端基的低分子量、低粘度单体和其预聚物为初始材料,通过加热完成固化,从根本上改善了工艺性.由于其具有良好的耐热性、化学稳定性、电绝缘性、机械强度及耐磨性等优良性能,自问世以来获得迅速发展,以其为基本的复合材料广泛应用于航空航天、军用品等尖端技术领域,如PM R-Ⅱ型PI树脂使用温度高达371℃,可用作B-2隐性轰炸机的机身基材.新型部分氟化PI树脂已应用于新一代战斗机的装置上[4].PI 虽具有优异的性能,但其应用受到加工问题和成本的限制,因此需对其进行改进.主要改性方法有:共聚改性、共混改进、填充增强改进和化学结构改性,而以化学结构改性最为突出.化学结构改性是:在高分子链上引入柔性基团,如异丙基、氟代异丙基、醚基、硅烷基、酯基、酰胺基等,引入不对称结构或将庞大侧基接枝于高分子链上,破坏PI的结构规整性,可使PI加工性能获得改善.由于硅氧烷链既有较好的柔性又有较高的热稳定性,因此在PI分子链上引入硅烷,不仅可以改进PI的加工性能,而且还可以提高材料韧性,降低PI的玻璃化转变温度对加宽PI的使用温度范围等,它可用于制造飞机的零部件,聚苯并咪唑和PI-二甲基硅氧烷的嵌段共聚物能组成想容性很好的合金,这种合金材料具有宇航材料所要求的卓越的热稳定性和机械强度,是一种极有希望的宇航材料[5].

3　聚醚醚酮Polyethereth er Ketone(PEEK)

PEEK是一种线型芳香族结晶型热塑性塑料,具有前所未有极高性能的特种工程塑料,自诞生以来就一直被作为一种重要的战略国防军工材料.它具有很高的耐热性(连续使用温度260℃)、耐热变型性好、很好的阻燃性和耐热水性(200℃的蒸汽中可连续使用),其耐放射性也非常好[6],它是继聚四氟乙烯后又一部受欢迎的耐磨减磨材料,在航空、航天、原子能等领域有等广泛的应用[7].在汽车和其它工业上,利用其良好的耐摩擦性能和机械性能,可以替代金属作为制造发动机内罩的材料,用其制造的汽车轴承、垫片、密封件、离合器齿环等各种零部件,在汽车的传动、刹车和空调系统中也被广泛应用.在原子能领域,由于PEEK树脂具有耐高温性、耐辐射、且不容易水解,所以用其制作的电线电缆、线圈骨架等已成功应用于核电站.在石油勘探与开采工业中,使用PEEK可解决开采机械涉及的特殊几何尺寸问题.在电子信息领域,利用PEEK树脂具有优良的电气性能,做理想的电绝缘体,且在高温、高压和高湿度等恶劣工作条件下,PEEK树脂的绝缘性仍然有效保留.PEEK树脂可用于晶片承载片绝缘膜,连接器、印刷电路板、高温接插件等.在医疗方面.可制造杀灭病菌用元器件以及气机和液相色谱仪的零件.PEEK树脂可在134℃下经受多达3000次的循环高压灭菌,这一特性使其可用于生产灭菌要求、需反复使用的医疗设备.由于PEEK树脂在热水、蒸汽、溶剂和化学试剂等条件下能表现出较高的机械强度、良好的抗应力性能和水解稳定性,用它可制作需要高温蒸汽消母的各种医疗器械.更可取的是PEEK树脂无毒、质量轻、耐腐蚀,还是与人体骨骼最接近的材料,可与肌体有机结合,所以用PEEK树脂代替金属制造人体骨骼是其在医疗领域方面一个非常重要的作用,具有深远的意义和价值.在涂料方面,通过静电喷涂、流化床喷涂和等离子涂覆等技术,将PEEK树脂的精细粉末涂料覆盖在金属表面,可大幅度提高和改善金属部件的耐腐蚀、耐磨损、绝缘和隔热等性能.在航空航天领域,它可代替铝和其它金属材料制造各种飞机零部件.PEEK树脂密度小,加工性能好,因此可以直接加工成型精细度要求高的大型部件.它还具有良好的耐雨侵蚀性能,可用于制造飞机外部零件.PEEK树脂本身具有优良的阻燃性能,燃烧时的发烟量和有毒气体的释放量很少,因此该材料常用来制造飞机内部零件.以降低飞机发生火灾的危害程度.如短纤维增强的PEEK复合材料在F/A-18战机的机翼壁板和武装直升机的机翼等处使用.