高溫天持續!盤點 8 類性能超乎想像的耐高溫工程塑料

塑連網-小郭 發佈 2022-07-15T21:32:08.294590+00:00

塑料按長期使用溫度分類,可分為通用塑料、工程塑料和高溫工程塑料,其中高溫塑料又被稱為耐熱塑料、高性能塑料、特種工程塑料等。通用塑料長期使用溫度在100℃以下。通常包括PE、PP、PS、PVC、ABS。通用塑料是我們日常使用量最大的一類塑料,通常用作包裝、日用品、玩具等。

塑料按長期使用溫度分類,可分為通用塑料、工程塑料和高溫工程塑料,其中高溫塑料又被稱為耐熱塑料、高性能塑料、特種工程塑料等。

通用塑料長期使用溫度在100℃以下。通常包括PE、PP、PS、PVC、ABS。通用塑料是我們日常使用量最大的一類塑料,通常用作包裝、日用品、玩具等。

工程塑料的長期使用溫度在100℃至150℃左右。五大工程塑料包括PA、POM、PBT、PC和PPO。通常應用於機械零件、汽車、電器電子等領域。

高溫工程塑料的使用溫度在150℃以上,這類材料除了較高的耐熱性和阻燃性外,通常還具有卓越的機械加工性能、耐老化性、尺寸穩定性和優良的電性能。可以用於替換金屬材料,廣泛應用於電子電器、航空航天、醫療器材、汽車、軍事領域。是塑料金字塔頂端的材料。

常見的高溫工程塑料分為以下8類:

NO.01

高溫尼龍

高溫尼龍分為三類:

1、脂肪族尼龍——PA46

PA46是由丁二胺和己二酸縮聚而成的脂肪族聚醯胺,比起PA6和 PA66,PA46的每個給定長度的鏈上的醯胺數目更多,鏈結構更加對稱,這使得它的結晶度可以高達70%,並賦予其非常快的結晶速度。

PA46的熔點為295℃,未增強的PA46的HDT(熱變形溫度)有160℃,而經過玻纖的增強後,其HDT可高達290℃ ,長期使用溫度也有163℃。PA46獨特的結構賦予了其它材料無法達到的獨特性能。

PA46主要應用於電子、航空航天、汽車。

帝斯曼30%玻纖增強PA46應用於飛機發動機鑲板

帝斯曼40%玻纖增強PA46用於汽車進氣歧管

2、半芳香尼龍——PPA

PPA由含苯環的二元酸和脂肪族二胺縮聚而成,其熔點介於310-325℃之間,熱變形溫度介於280-290℃。主要品種有PA4T、PA6T、PA9T、PA10T等。

相比普通的PA66,PPA的吸水率很低,即使在冷水中浸泡幾年,其拉伸強度也可以保持80%以上,且PPA耐油性很好,即使在高溫下也對潤滑油、燃油有極高的抗性。PPA還具有極佳的尺寸穩定性和耐候性。

常用於汽車、電器電子、機械工業、日用品領域。

汽車噴油器

連接器

3、全芳香尼龍——PARA

PARA是由杜邦發明的,其中最著名的是Nomex(聚間苯二甲醯間苯二甲胺又叫芳綸1313)和Kevlar(全對位聚芳醯胺又叫芳綸1414)。

這類材料主要用於製備高性能纖維和片材,製成的纖維具有高強度、高剛性、高模量、高耐熱、高介電強度的特點。

可以應用於超強纖維和增強材料,用於軍事、航空和航天等結構部件。

芳綸1414防彈衣

索爾維PARA應用於一次性手術器具

NO.02

聚苯硫醚(PPS)

聚苯硫醚(PPS)是近年來發展最快、用量最大的特種工程塑料,具有優異的耐高溫性、耐化學性、耐候性、阻燃性、以及電性能,尺寸穩定性好等優勢,被廣泛應用於汽車、電子電氣、機械行業、石油化工、製藥業、輕工業以及軍工、航空航天、5G通信等領域,是應用最廣泛的特種工程塑料。

PPS也是目前中國國產化程度最高的特種工程塑料,自給率可以達到80%以上。

根據不完全統計,全球聚苯硫醚(PPS)主要企業產能超過20萬噸。從產能分布來看,目前全球聚苯硫醚(PPS)行業產能主要集中於日本、中國。

截至2021年PPS主要企業產能匯總表

數據來源:前瞻網

DIC、東麗、索爾維、吳羽等傳統PPS巨頭在PPS生產、技術等方面仍然是較為領先,它們四家的產能占全球產能56%以上。但是中國企業呈現快速崛起勢頭,浙江新和成、重慶聚獅等國產企業均已形成規模化生產,其他亦有多家企業已量產或在規劃布局。

NO.03

聚芳醚酮(PAEK)類

聚芳醚酮(PAEK),是主鏈由亞苯基環通過醚鍵、酮鍵連接而成的聚合物,按照醚基、酮基數量和順序不同可分為聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮 醚酮酮(PEKEKK)等。

1、PEEK(聚醚醚酮)

PEEK是一種綜合性能優良的特種工程塑料。其耐熱性、耐水性、耐溶劑性、電絕緣性優異;疲勞強度高;耐放射性是所有塑料中最好的;氧指數較高,燃燒時產生的煙少且無毒。

PEEK人造骨骼

2、PEK(聚醚酮)

PEK由於其分子結構中的醚鍵和酮基的比例低於PEEK,因而其熔點和玻璃化溫度均高於PEEK ,耐熱性優於PEEK,連續使用溫度為250℃。

PEK型材

3、PEKK(聚醚酮酮)

PEKK中文名叫聚醚酮酮,是一種高性能材料。這種材料熔點很高,差不多有300℃到600℃,還有很強的耐化學性和耐磨損性。近年來PEKK在3D列印領域的應用進展飛速,比傳統3D列印材料具有更好的性能。

PEKK應用於3D列印

NO.04

聚醯亞胺(PI)類

聚醯亞胺(PI)是分子結構含有醯亞胺基鏈節的芳雜環高分子化合物 ,是目前工程塑料中耐熱性最好的品種之一,能耐受極端溫度,熱分解溫度高達600℃,在-269℃的液氦中不會脆裂。此外還擁有極佳的機械性能、耐酸鹼性能、生物相容性和電性能。

聚醯亞胺用於高性能零部件

聚醯亞胺工程塑料可分為既有熱固性也有熱塑性,可分為聚均苯四甲醯亞胺 (PMMI) 、聚醚醯亞胺 (PEI) 、聚醯胺一醯亞胺 (PAI)等,在不同領域有著各自的用途。

PMMI在1.8MPa的負荷下熱變形溫度達360℃,電性能優良,可用於特種條件下的精密零件 ,耐高溫自潤滑軸承、密封圈、鼓風機葉輪等 ,還可用於與液氨接觸的閥門零件,噴氣發動機燃料供應系統零件 。

PEI具有優良的機械性能、電絕緣性能、耐輻照性能 、耐高溫和耐磨性能,熔融流動性好,成型收縮率為0.5%~0.7%,可用注射和擠出成型,後處理較容易,還可用焊接法與其他材料結合,在電子電器 、航空、汽車 、醫療器械等產業得到廣泛應用。

PAI的強度是當前非增強塑料中最高的,拉伸強度為190MPa,彎曲強度為 250MPa,在1.8MPa負荷下熱變形溫度高達274℃。PAI具有良好的耐燒蝕性和高溫、高頻下的電磁性,對金屬和其他材料有很好的粘接性能,主要用於齒輪 、軸承和複印機分離爪等,還可用於飛行器的燒蝕材料、透磁材料和結構材料。

NO.05

聚碸(PSU)類

PSU是略帶琥珀色、非晶型透明或半透明聚合物,其力學性能優異、剛性大、耐磨、高強度,即使在高溫下也保持優良的機械性能是其突出的優點;其範圍為為-100~150℃,,長期使用溫度為160℃,短期使用溫度為 190℃。

聚碸有普通雙酚A型PSU(即通常所說的PSU)、聚苯碸和聚醚碸。

1. 普通雙酚A型PSU的分子式:

碸基的共軛效應提供了抗氧化性和熱穩定性;醚鏈改善了韌性,苯環保證了其力學強度與模量。

2. 聚苯碸PPSU的分子式:

聚苯碸主鏈上的苯環,提供了高的耐熱性和機械性能;醚鍵提供了優良的流動性和加工性能。

3. 聚醚碸PESU的分子式:

醚基提供了柔順性及高流動性,碸基提供了耐熱性,亞苯基提供了剛性。

雙酚A型聚碸、聚芳碸、聚醚碸的性能比較

NO.06

聚芳酯(PAR)

聚芳酯(PAR)是主鏈上含有苯環和酯鍵的熱塑性樹脂。PAR具有良好的透光率(接近90%)、韌性、耐熱性、彈性回復、耐候性和阻燃性能,連續使用溫度最高達到170℃。主要用於精密器件、汽車、醫療、食品及日用品。

PAR用於車燈零部件

PAR結構與PC相似,其性能大體一樣,可共用模具成型,但PAR的主鏈上芳環密度高,使得PAR耐熱性比PC更好,熱變形溫度比PC高20~40℃,且耐紫外線性、耐蠕變性優異。但斷裂伸長率和抗衝擊性能不如聚碳酸酯。

PAR和PC的性能比較

NO.07

液晶聚合物(LCP)

LCP中文名稱為液晶化合物,所謂「液晶」就是在熔融狀態既擁有液體的流動性,又保持晶體的分子有序排列狀態的物質。

LCP的機械性能優秀,最大的特點是隨著壁厚的變薄,相對強度反而增大。LCP擁有較好的熱性能,連續使用溫度可以達到200℃-300℃。

LDS-LCP材料 用於手機天線

LCP的介電常數和介電損耗很小,因此被應用於電子器件上,如連接器、插槽、開關、支架和傳感器等。最廣受研究關注的是手機5G天線的應用。

NO.08

氟塑料類

氟塑料(Fluoroplastie)指用氟樹脂製成的塑料。主要品種有聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚全氟乙丙烯(FEP),聚偏氟乙烯(PVDF)等。使用溫度在150℃-260℃之間。

聚四氟乙烯(PTFE)

聚四氟乙烯商品名「鐵氟龍」、「特氟龍」、「特富隆」、「泰氟龍」、"4F"等,是當之無愧的「塑料王」。PTFE是由四氟乙烯自由基聚合而製得的一種全氟聚合物,它具有 -CF2-CF2-重複單元線性分子結構,是結晶性聚合物,熔點為327℃,熔融黏度很大,380℃時達1010Pa.s,不便於成型加工,密度為2.13~2.19 g/cm3。PTFE 具有優異的耐化學品性,其介電常數為2.1,損耗因數低,在很寬的溫度和頻率範圍內是穩定的。

它從低溫到高溫(-196℃~260℃)的機械性能都很好。PTFE抗沖強度高,但拉伸強度、耐磨性、抗蠕變性比其它工程塑料差。有時需對其改性,加入玻璃纖維、青銅、碳和石墨來改善其特殊的機械性能。它的摩擦係數幾乎比任何其它材料都低,具有很高的氧指數(OI),極限氧指數(LOI)高達 95 %。主要應用於防腐、防腐管道及配件、換熱器、機械、電子電器、醫用材料、微粉等方面。

PTFE 具有非常高的熔體粘度,這妨礙了慣用的熔融擠塑或模塑技術的採用。PTEE 產品的主要品牌和生產廠商有 Auimont USA 公司的 At-goflo 牌、杜邦公司的 Teflon 牌、ICI AInericas Inc 的 FI 牌、HoechstCelanese 公司的 HoSaflon 牌,山東高分子材料有限公司等。

聚全氟乙丙烯(FEP)

聚全氟乙丙烯FEP 是由四氟乙烯和六氟丙烯共聚而成。FEP 結晶物的熔化點為580 ℃ ,密度為 2.15 g/cm3,它是一種軟性塑料,其拉伸強度、耐磨性、抗蠕 變性低於許多工程塑料。它是化學惰性材料,在很寬的溫度和頻率範圍內具有較低的介電常數(2.1)。該材料不引燃,氧指數高達95,可阻止火焰的擴散。具有優良的耐候性,摩擦係數較低,從低溫到392℃均可使用。

該材料可製成用於擠塑和模塑的粒狀產品,用作流化床和靜電塗飾的粉 末,也可製成水分散液。半成品有膜、板、棒和單纖維。其主要用於製作管道和化學設備的內襯、滾筒的面層及各種電線和電纜,如飛機掛鈎線、增 壓電纜、報警電纜、扁形電纜和油井測井電纜。

FEP 膜已用作太陽能收集 器的薄塗層。生產廠商和品牌有杜邦公司的 Teflon 牌、Daikin 公司的 Neoflo 牌、Hoechst Celanese 公司的 IHoustaflow 牌、日本大金公司、上海三愛富新材料股份公司、浙江巨化集團、中昊晨光化工研究院、常熟大金化 工(中國)有限公司、山東東嶽神州新材料有限公司等。

聚三氟氯乙烯(PCTFE)

聚三氟氯乙烯PCTFE是由三氟氯乙烯自由基引發聚合的重複單元線性主鏈的聚合物。PCTFE是結晶性的高分子,熔點為425℃ ,密度為2.13 g/cm3。PCTFE 在室溫下對大多數活潑的化學品呈惰性,而在212℃以上可被少數幾種溶劑溶解,也可被一些溶劑溶脹。

PCTFE 具有優異的阻隔氣體的能力,其膜產品的水蒸汽透過性在所有透明塑料膜中是最低的。其電性能與其它全氟聚合物相似,但介電常數和損耗因數稍高,尤其是在高頻時。PCTFE可製作厚的(3.175 mm)光學透明製件。PCTFE 樹脂可製成用於模塑和擠塑的粒料。

膜厚度為0.0254mm~0.254mm,亦可製成棒和管材。市場主要經銷商和品牌有 3M 公司的 Kel-FI 牌、Daikin 公司的 Dai- flon 牌、AlliedlSignal 公司的 Acfon 牌、比利時 Solvay 公司等。

文章來源:聚丙烯人

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