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聚醚砜材料的性能及在汽车上的应用
2004.10.19   点击235次

随着高新技术领域的发展,人们对材料的要求越来越高。一些通用工程塑料已不能满足要求,于是自六十年代后期发展了一系列综合性能优异的结构型﹑耐热型热塑性工程塑料,聚芳砜类高聚物就是其中一种。

其中聚醚砜(PolyEtherSulfone)是英国帝国化学公司(ICI)1972年开发成功的热塑型特种工程塑料,其分子结构式为:

它的分子结构中既不含热稳定性较差的脂肪烃链节,又不含刚性大的联苯链节,而主要由砜基﹑醚基和次苯基组成。砜基附予耐热性;醚基使聚合物链节在熔融状态时具有良好的流动性,易于成型加工;在对苯撑结构上交替连结砜基和醚基能得到非结晶性的聚合物。聚醚砜被人们誉为是第一个综合了高热变形温度﹑高冲击强度和优良成型性的工程塑料。

聚醚砜类高聚物的性能特点

1 、PES的耐热等级高热变型温度为200℃~220℃,连续使用温度为本180℃~200℃,玻璃化温度高达225℃。UL温度指数为180℃。

2、机械性能好,尺寸稳定

PES为结晶性树脂,具有在较宽的温度范围内保持稳定的机械性能的特点,其模量在—10℃到200℃几乎不变,特别在100℃以上,它比任一种热塑型树脂都好。聚醚砜的耐蠕变性也极为突出,在180℃以下温度范围内,其抗蠕变性是热塑型树脂中最优异的一种。特别是其玻璃纤维增强牌号树脂有时比热固型树脂还好。它尺寸稳定性好,线膨胀系数小,温度依赖性小,耐冲击,具有与聚碳酸脂相同的耐冲击性。

3、耐化学药品性

它耐汽油﹑机油﹑润滑油等油类,氟利昂等清洗剂。它的耐溶剂干裂性是非晶树脂中最好的,除丙酮﹑氯仿等极性溶剂外,能耐大部分溶剂。

4、耐热水﹑耐水解性

可耐150℃~160℃热水或蒸汽,在高温下仍具有较好的耐酸和碱性能。

5、阻燃性

无须添加任何阻燃剂就有优异的难燃性,自熄性可达V – O级(UL94,0.46mm)。此外,其燃烧时发烟量非常低,仅次于聚醚醚酮而居第二位(采用美国NBS规定方法)。

6、易于加工成型

不仅可以挤出成型﹑注射﹑模压﹑吹塑﹑吸塑和制成发泡体,还可以进行镀膜﹑超声波融接﹑机械加工﹑溶剂黏结涂敷等二次加工。

7、电性能优异

PES的介电常数在20℃,60Hz到106Hz时,均保持在3.5左右;介电损耗在60Hz,20℃到150℃时,保持在0.001左右。即使在200℃的高温下也具有1013Ω.cm这样高。

聚醚砜类聚合物应用领域

聚醚砜的这些性能特点决定了它拥有的多种性能。适用于制造高强度﹑低蠕变性﹑高尺寸稳定性﹑能在较高温度下使用的制品,广泛应用于电子电器﹑机械设备﹑交通运输﹑医疗﹑食品等领域:

1、电器电子领域

因为它具有优异的尺寸稳定性﹑耐热﹑阻燃﹑可耐焊锡﹑耐各种清洗剂,可镶嵌金属件﹑与环氧树脂黏结性好等,故可作H级绝缘材料用。主要制品有:线圈骨架﹑电位计的外部底座﹑吹风器零件﹑印刷电路板﹑按钮式开关﹑可控硅的绝缘体﹑电动工具马达的绝缘体﹑打印机﹑送风机﹑继电器等的线圈骨架﹑DIP开关,各类插接件。

2、机械领域

利用其高温抗蠕变性(150℃),尺寸稳定性﹑耐油性﹑韧性好等优点,在一般树脂不能满足使用要求的地方得到了广为利用。主要制品有:各类机器的杠杆﹑柄﹑支架等,X-射线装置的观察玻璃﹑链锯﹑农机发动机和汽化器等绝缘体﹑活塞环﹑耐热滚轮﹑齿轮﹑复印机零件﹑照相机零件﹑复印机零部件﹑工业用吹风机罩﹑汽车空调的零部件﹑电弧焊枪的手柄﹑齿轮﹑各种物质分析组件。利用其在160℃的热水或蒸气条件下还能保持优异的抗蠕变﹑刚性和尺寸稳定性,应用于热水﹑蒸汽用阀门﹑防腐蚀电极的绝缘体﹑温度传感器的组件﹑泵的泵体和叶轮﹑散热器阀门﹑超滤装置用零部件。

3、交通运输

主要在汽车﹑飞机等运输行业利用其在-100℃~180℃广阔温度范围内的刚性和尺寸稳定性,高温抗蠕变性,耐汽油﹑柴油﹑各类机油等特长。主要制品有:各种轴承保持架﹑制动轴的轴瓦﹑点火器的噪音消除器﹑发动机齿轮﹑汽化器的线圈骨架﹑雾灯反光镜﹑止推环以及飞机热空气导管和窗框等。使用工程塑料制造轴承保持架和金属相比,具有重量轻﹑噪音小的优点,采用PES使用温度可达180℃,产品的精度高﹑耐油性好,还具有耐磨及容易装配等优点。

4、医疗﹑食品领域

医疗器械通常要求材料透明,强度高和能够经受各种消毒杀菌处理,包括煮沸消毒以及用蒸汽﹑环氧乙烷气体﹑γ射线﹑紫外线杀菌等。PES能较好地满足上述要求,所以广泛用于制备各种医疗器械,如接触透镜杀菌容器﹑防毒面具零件﹑牙科用反射镜支架﹑人工呼吸器﹑血压检查管﹑外科容器和注射器等。由于PES的无毒性﹑卫生性,在食品工业中用于各种阀门和管路。

5、其它领域:

照明方面:电影机的反射镜﹑聚光灯的反射镜﹑频闪观测器的反射镜﹑手术照明用的反射镜﹑雾灯的反射镜﹑指示灯罩。

涂层方面:由于它有与铁﹑铅等金属的附着力好,涂层表面硬度高等优点,因此,可作为化工防腐﹑不粘涂具等的涂料用。

制成品方面:它既可以用挤出法制成不同厚度的薄膜作H级绝缘用,又可挤成片材﹑棒材﹑管材,也可用溶液法制成超过滤膜或反渗透膜用等。

聚醚砜类高聚物的合成

聚醚砜(PES)可由4-氯-4‵-羟基二苯砜钠盐的自缩聚﹑ 4-二苯醚磺酰氯的自缩聚﹑双酚S 和二氯二苯砜的共缩聚以及二磺酰氯和联苯醚共缩聚等方法制备。

ICI公司的PES年产量为千吨以上,商品名称为Victrex,主要品级有通用品级4100G﹑4800G,玻璃纤维增强品级4101GL30等。此外,德国的巴斯夫(BASF)公司﹑美国的联合碳化物公司(UCC)以及日本的住友化学工业公司也有PES类产品生产。

聚醚砜类高聚物在汽车领域的应用

利用聚醚砜的耐磨、耐负载、耐化学性制成的止推环。

用于空调压缩系统的密封条 利用聚醚砜耐化学性、可塑性、可替换金属性生产的滤网

利用聚醚砜的耐化学性、耐磨性、 利用聚醚砜的耐化学性、抗形变性、耐热性、不产生碎屑的特点制成的 热稳定性、可塑性生产的发动机控制器传动密封环。在ABS刹车系统中使用的零件 齿轮传动装置

结语  由于聚醚砜是具有多种优异性能的特种高分子材料,因此可在汽车领域更大范围的代替金属制成零件  。但是较高的价格是限制它使用的一个重要因素。另外,由于聚醚砜制成的零件一般使用在发动机、底盘等技术含量较高的部位,国内零部件企业目前很少使用聚醚砜这种材料。但是,随着汽车轻量化的发展和聚醚砜等特种工程塑料生产成本的降低,它们在汽车行业的应用前景会越来越大。