第三章8-聚砜类塑料

第十一章聚砜类塑料1聚砜类塑料2聚砜类塑料的应用领域3聚砜类塑料聚砜类塑料是20世纪60年代出现的一类热塑性工程材料，是分子主链上含有芳基和砜基的非结晶型塑性工程材料。目前主要有三类

双酚A型聚砜聚芳砜聚醚砜4是20世纪60年代出现的一类工程塑料。在分子主链上含有芳香基和砜基的非结晶性工程塑料。5分子主链上含有砜基的聚合物R和R′可为芳香基或脂肪基6聚砜是一类在分子主链上含有芳香基和砜基的非结晶型热塑性塑料，目前主要有三类双酚A型聚砜聚芳砜聚醚砜聚砜类塑料的改性品种71.双酚A型聚砜双酚A型聚砜英文名:polysulfone简称:PSU（PSF）分子结构式:以双酚A和4，4′－二氯二苯砜为原料，经缩聚反应制备而成8双酚A型聚砜可以看成是由异亚丙基、醚基、砜基和亚苯基连接起来的线性高分子聚合物。双酚A型聚砜的硫原子是最高氧化态，分子中所有的链不易水解，耐酸、耐碱。溶于N,N-二甲基乙酰胺等极性溶剂中9砜基的共轭效应抗氧化性热稳定性醚链改善韧性苯环力学强度与模量102、聚醚砜（Polyethersulphone)简写为PES透明琥珀色无定形聚合物；（商品名：Victrex）

具有优异的耐热性，突出的抗蠕变性和尺寸稳定性、优良的电绝缘性11聚芳砜（Polyarylsulphone)简写为PAS透明琥珀色坚硬固体（商品名：Astrel）

12聚砜塑料的结构与性能双酚A型聚砜的结构与性能

a.异丙撑基可减小分子间作用力，赋予聚合物一定的柔顺性和良好的熔融加工性；非极性的甲基侧链使聚合物的吸湿性小；电性能有所提高，但对聚合物的耐热性不利，致使PSU的Tg、热变形温度和最高连续使用温度均低于PAS、PES。

13b、醚键较异丙撑基更能增加分子链的柔顺性，使聚合物的熔融加工性和在溶剂中的溶解性提高，同时也使聚合物的耐热性有所降低。c、砜基上的氧原子对称、无极性，主链上的硫原子处于最高氧化态，使聚合物的热氧稳定性好；14此外，砜基与相邻的两个苯环组成了高度共轭的二苯砜结构，形成了一个十分稳固、刚硬、一体化的坚强体系，使得聚合物能吸收大量的热能和辐射能而不至于使主链断裂，因此，热稳定性好，热分解温度高达426℃，耐辐射性优良，硬度大，力学性能优。综合而言，PSU分子链的刚性相当大，致使聚合物的熔融流动温度相当高，熔体黏度大，熔体黏度对温度敏感而对剪切速率不敏感。刚性链聚合物的静强度很高，在受力时形变小，尺寸稳定，耐蠕变能力强，但同时又使大分子链受外力作用后残余的内应力难以消除，易产生应力开裂。15聚芳砜PAS分子主链可以看作是由高度共轭的二苯砜醚基和联苯基组成的．由于硫原子处于最高氧化态、芳香环又难以氧化，因此，PAS的耐热氧能力很高。与PSU相比，PAS的分子链中不含亚异丙基却含大量的联苯基，因而其耐热性更加突出但分子链中的醚键仍能提供一定的柔韧性，使其可在-240℃的低温下使用。但是，PAS分子链的刚性大大超过PSU，因此．其熔体黏度更高，熔融流动性更差，更难以加工。

16聚醚砜PES与PSU相比，PES的大分子主链上不含对耐热性和热氧稳定性不利的亚异丙基；与PAS相比，其分子主链中又不含使分子链过分刚硬的联苯基。而是保留了使聚砜塑料具有高的耐热性、热氧稳定性、力学性能和电绝缘性的二苯砜基，以及能赋于聚砜良好加工性的醚基。因此，PES兼备了PSU和PAS的优点，综合性能优于PSU和PAS。它的耐热性优于PSU而低于PAS，但加工性比PAS好．可用一般热塑性塑料的加工方法加工，被称为第一个综合了高热变形温度，高冲击强度和最优良成型工艺性的工程塑料。

17聚砜塑料的性能①双酚A型聚砜

a、力学性能：

特点：抗蠕变能力很强，尺寸稳定性很高，随温度升高力学性能下降幅度小

非晶态线性高聚物18PSU的力学性能优良，其拉伸强度和弯曲强度都高于聚碳酸酯、聚甲醛、ABS和聚酰胺等通用工程塑料，高温下的力学性能保持率高。其冲击强度在-60～120℃范围内变化不大。PSU的耐蠕变性能也十分突出，其蠕变值仅为0.14％-0.2％，且在较高温度及较大负荷下的变化很小．缺点：抗疲劳性差，疲劳强度和寿命不如POM和PA，易出现应力开裂。19热学性能

PSU具有突出的耐热氧性，热稳定性：其最高使用温度可达150～165℃。最低使用温度可达-100℃，短期使用温度达195℃．Tg为190℃，Td为426℃.20电学性能PSU具有优异的电学性能，在水及潮湿空气中其电学性能的变化也程小，在190℃高温下仍可保持良好的电学性能。

21化学性能PSU可耐无机酸、碱及盐，化学稳定性较好，不耐浓硫酸及硝酸，可被极性有机溶剂，如芳香烃、酮类及卤代烃等腐蚀．其耐辐射性优良，但耐候性和耐紫外线性能不佳．

22聚芳砜

力学、热学性能

PAS琥珀色透明坚硬固体，相对密度为1.36g／cm3，折射率为1.65，吸水率为1.4％，收缩率为0.8％。

PAS的力学性能特别好，且力学性能受温度影响很小；其硬度、耐蠕变性、耐磨性都优于PSU。

与PSU相比，PAS的强度和耐热性都有大幅度提高，拉伸强度提高25％，耐热温度由150℃提高到260℃，并且短期可在300℃下使用。23化学性能

PAS的耐酸、碱及水蒸气性优良，对燃料油、烃油、硅油及氟里昂等稳定，耐各种常用的工业溶剂，但不耐某些极性溶剂，如二甲基甲酰胺、丁内酯等。电学性能

PAS的电性能优异，适宜作C级绝缘材料，温度和频率对电性能影响很小。24聚醚砜物理、力学性能

PES的相对密度为1.37,吸水率为0．43％，收缩率为0．6％．PES的透明性在聚酯类塑料中是最好的，其透光率可达88％，折射率为1.62，在透明塑料中是最大的．适于制造透镜。PES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。

25结构与性能醚基柔顺性及高流动性砜基耐热性亚苯基刚性

26聚醚砜物理、力学性能

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。与PSU相比，PES的强度及耐热性稍有提高，耐蠕变性极为突出，在较高温度及较大负荷下，耐蠕变性仍极为优异。27PES的耐热性耐热等级高，热变形温度为200℃～220℃，连续使用温度为180℃～200℃，玻璃化温度高达225℃。在-150低温下不会脆裂。

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化学性能

PES具有优异的耐化学腐蚀性，可耐酸，碱、盐、油、润滑脂、脂肪族烃和醇等，但不耐极性有机溶剂，如酮、酯、氯仿等。

在水中不会水解，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。

29聚砜塑料的缺点：耐有机溶剂性差成型温度高制品易应力开裂疲劳强度低30聚砜塑料的改性玻璃纤维增强聚砜：力学性能可进一步提高：强度、模量、刚性、抗蠕变性、尺寸稳定性，抗疲劳性、耐热性；降低成型收缩率和线膨胀系数；但脆性增加、断裂伸长率降低。31聚砜合金以PSU合金为主，主要改善耐溶剂性、耐应力开裂性、耐冲击性、熔融加工型、电镀性等。32聚砜的改性品种玻璃纤维增强聚砜在聚砜中加入玻璃纤维增强后，可明显提高聚砜的强度、刚度、尺寸稳定性、阻燃性和应力开裂性等加热玻璃纤维后，可降低聚砜原已很低的成型收缩率和线性膨胀系数，从而使聚砜制品的尺寸精度接近金属材料的水平。当玻璃纤维含量超过30%时，聚砜的拉伸强度和弯曲模量都会成倍增长，疲劳破坏应力可提高2~3倍，而蠕变量仅为未增强时的1/5~1/3但玻璃纤维加入后会增强聚砜的脆性。33聚砜合金

国际上除了玻璃纤维增强的高刚性PSU复合材料外，还开发了许多高性能的聚砜合金，如聚砜/聚酰胺、聚砜/橡胶、聚醚砜/聚苯硫醚以及聚醚砜/聚碳酸酯等

聚砜合金品种有很多其中最常见的聚砜与ABS以及聚甲基丙烯酸甲脂的合金。这些合金可以改善聚砜的耐溶性，抗冲击性、成型加工型、耐应力开裂性等。与纯聚砜相比，耐溶性可大幅度提高，熔融流动性提高4倍，加工温度也可降低，一般为260~340℃

聚砜与ABS以及聚甲基丙烯酸甲脂的合金为白色不透明体，相对密度为1.20~1.22，与纯聚砜相比，力学性能，模量、蠕变性能变化不大，但耐热性有所降低，长期使用范围为-143~120℃

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日本住友化学公司在聚醚砜中添加聚四氟乙烯和羟基苯甲酸酯，可使材料的弹性模量和耐磨性能大大提高。

巴斯夫公司开发的聚砜/聚醚酮嵌段共聚物具有良好的耐化学腐蚀和耐高温性能。在PSF中加入0.5%的溴化聚苯醚，可得到阻燃等级为V-0级的透明阻燃产品。

基于聚砜/聚醚砜的Ultrason

S和Ultrason

E产品在高温下具有很好的尺寸稳定性和抗水、抗油性能，可连续在190℃下工作，短期耐温可高达390℃，该产品产能已由3000t/年扩增到5000t/年。

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最近，巴斯夫公司新推出了专门配方的聚醚砜(PES)Ultrason牌号，用于要求可承受微波炉加热和煮沸高温的食品器皿的生产。该产品采用了新型抗紫外线(UV)稳定剂，不仅提高了PES牌号的透明度，还确保该材料30年不变色。其使用温度范围为-14℃～220℃，制备的盘子可以从冰箱内取出后马上直接放入微波炉。制备的白色部件(如盖)有极好的抗食物染色能力，同时具备耐洗涤剂化学侵蚀的性能。

36聚砜塑料的成型加工PSU的成型工艺性熔体粘度对温度敏感性高于压力熔体的热稳定性好冷凝温度高，内应力难以自行消除加工前干燥成型收缩率小熔体粘度大，模具要求37PAS的成型加工加工特性

PAS其熔体黏度高，流动性差，因此加工十分困难。可采用注射、挤出、压制等方法成型加工。另外，加工前应对其物料进行充分干燥。38PES加工特性PES的熔体为假塑性流体，即熔体表现黏度随简切速率的增加呈下降趋势，但下降幅度并不大．当PES在正常加工温度范围内长时间或多次受热时，会出现熔体增稠的现象，可能是分子链产生支化或轻度交联所致，因此加工时应严格控制熔体在设备中的停留时间．一般不应超过40min．

39PES加工特性

加工前粒料应进行干燥，使含水量降至0.12％以下。干燥条件为120～140℃、10h或160℃、3h以上。PES的熔融温度范围较窄，大约为315-335℃，熔体冷却速率较快，因此，应采用较高的注射速率；以避免熔料充模流动性变差而使制品欠料．PES在成型时一般均形成无定形结构，因此挤出时的出模膨胀率较小，注射时的收缩率也较小，但当加入少量的成核剂时也会形成晶体结构。

40双酚A型聚砜塑料的应用(PSU)（一）、汽车、航空领域：在航空航天和汽车制造领域，PSU适用于制作防护罩元件、电动齿轮、蓄电池盖、雷管、电子发火装置元件、灯具部件、飞机内部配件和飞机外部零件、宇航器外部防护罩等。PSU还可以制作照明器挡板、电传动装置、传感器。41双酚A型聚砜塑料的应用（二）、卫生、医疗领域：

PSU完全符合卫生要求，能经得起130℃蒸汽反复消毒，用于卫生医疗器械可代替不锈钢、铝等以降低成本。用PSU制作的医疗制品较玻璃制品成本低、而且不易破裂，故用于仪器外壳、齿科仪器、心瓣盒、刀片清理系统、软接触镜片的成型盒、微型过滤器、透析膜等。42（三）、日用品应用领域：用PSU制作的日用品主要为耐热耐水解的产品，有加湿器、蒸汽熨斗、照相机盒、放映机元件等。（四）、粘合剂、涂料：所有带硅烷的聚砜均可作为粘合剂。用于上浆玻纤和石墨纤维，制作复合材料。用石墨织物增强的带硅烷基的PSU可制作升降舵等飞机部件。PSU和固体润滑剂聚四氟乙烯并用，可制作耐磨性涂料。（五）、工业应用领域：PSU还可以制造各种化工加工设备，有泵外罩、塔外保护层、食品加工设备、污染控制设备、奶制品加工设备及工程、建筑、化工用管道等。43聚醚砜的应用(PES)聚醚砜适用于制造高强度、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.44聚醚砜的应用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。

45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。46机械领域

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。47机械领域

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。48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。

49交通运输使用工程塑料制造轴承保持架