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高性能特种工程塑料的创新应用

文章出处:徐州腾飞工程塑料有限公司   发布时间:2016-08-30 09:52:00    点击数:-   【

近十年以来,特种工程塑料(high performance polymers/Ultra polymers)的应用已经逐渐从之前的军工和航空航天延伸到了越来越多的民用领域,例如汽车,装备制造,高端消费品等等。特别是其中我国具有完全自主工业化生产能力的聚醚醚酮PEEK和聚苯硫醚PPS,在产品质量可以媲美进口同类型材料的同时,更是具有非常明显的价格优势,市场前景十分看好。

图1:以PEEK树脂为原料制成的软管,棒材以及耐磨轴承

PEEK和PPS可归类于结晶性热塑性塑料,表1归纳了这两种工程塑料的基本物理和力学性能。从中可以看到PEEK在强度,韧性,最高工作温度等等方面都较PPS更优异;而另一方面,PPS非常明显的成本优势和更好的加工性能使其应用范围更加广泛,其全球产能和年复合增长率在热塑性特种工程塑料中都位列前茅。由于用量的不断增长和应用领域的不断扩展,如今PPS已被称为继PA,PC,PBT/PET,POM和PPO之后的第六大工程塑料。

图2:PPS已经越来越多的运用在汽车电子,制动系?#24120;?#20197;及发动机内部及周边

由于PEEK和PPS非常优异的理化性能,非填充的纯树脂经注塑和机械加工后就可以胜任很多?#37327;?#26465;件下的复杂应用。而PPS和PEEK经过填充和?#19981;?#25913;性后,还可以进一步结合树脂和填料的优点,拓展附加值更为广阔的应用。下面笔者就结合自己多年的改性工程塑料配方设计经验,介绍两个PPS和PEEK复合材料在民用新领域的全新探索。

表1:PEEK和PPS基本物理和力学性能对比,测试标准ASTM 

笔记本?#26696;前?/strong>


传?#25104;希?#31508;记本?#21069;?#29992;料一直是高流动增强阻燃PC或者PC/ABS合金的天下,后来随着笔记本向轻薄便携和大屏多功能两个方向的发展,笔记本?#21069;?#29992;料也有相当一部分转向了阻燃增强PA,这样做的一大好处就?#24378;?#20197;在不增加纤维添加量的情况下,利用尼龙自身的高流动性和结晶性,降低产品的注塑成型?#35759;?#24182;提高强度和韧性。然而改性尼龙材料的缺点也很明显的:高吸水率导致制件注塑后形变,以及尼龙无卤阻燃体系的昂贵价格和对材料力学性能的?#22909;?#24433;响,限制了改性尼龙材料应用在更薄,更大的笔记本?#26696;前?#19978;。为了解决这个问题,近?#25913;?#26469;改性材料界和各笔记本大厂都不约而同的把目光聚焦在了PPS上。虽然原材料成本远高于其他工程塑料,但笔者认为PPS的以下突出特点,决定了它在笔记本?#26696;前?#36825;个应用上有着其他树脂所不可比拟的独到优势:

  • 本征阻燃。与PC和PA不同,PPS纯树脂及其玻纤/矿粉填充的复合材料在不添加任何阻燃剂的情况下,可以轻松达到V-0@0.8mm甚至更薄厚度的V-0阻燃级别。虽然PC和PA有着比PPS更便宜的价格和更好的力学强度(尤其是冲击强度),但是添加了无卤阻燃配方(V-0@0.8mm级别)的PC和PA复合材料的成本却会大幅上升,很多时候甚至高于具有同等力学强度的PPS材料。

  • 超高流动性,这个优势主要是针对PC而言。新一代超薄笔记本?#26696;前澹?#21402;度0.8-1mm)对于弯曲模量的要求往往高达15000 – 17000 MPa(ASTM标准)。但是在3C行业严格的成?#31350;?#21046;压力下,配方设计师往往被要求选用成本更低廉的玻纤,而不是碳纤作为增强填料。而对于PC及其合金而言,其较差的流动性决定了玻纤添加量的上限?#35805;?#19981;宜超过40 % (弯曲模量只可以达到10000 MPa,ASTM标准)。更高的添加量除了会严重影响材料的流动性造成加工困难外,还会产生表面浮纤,翘曲严重,力学性能变差等问题。而对于半结晶性的PPS而言,其非常高的流动性可以?#24066;?#29627;纤填充量轻松超过50 %,同时在高温熔融?#19981;?#25380;出的过程中,PPS相较于PC更低的粘度可以使玻?#21496;?#21463;?#31995;?#31243;度的剪切?#22270;费梗?#20174;而在最终注塑成型的制品中具有更长的保留长度,达到进一步提升模量的效果。

  • 超低吸水率,这个优势主要是针对PA而言。就流动性而言,高填充的PA和PPS不相上下;而对于力学强度,同等填充量的PA复合材料还要更占优势。但是除了无卤阻燃的限制外,另一个PA应用于新一代笔记本?#21069;?#30340;制?#23478;?#32032;就是其较高的吸水率?#21512;?#27604;高温尼龙PA6 0.6-1 % 的吸水率,PPS 0.03 % 的吸水率?#36127;?#21487;以忽略不计。由此带来的后果是PPS制品由于吸水变形而产生的产品不良率要?#38887;?#31561;条件下的PA制品低得多。

  • 独特的金属质感和更高表面硬度。接触过PPS的材料工程师都知道,当一块PPS注塑制件跌落桌面时,会发出PPS所独有的非常清脆的碰撞声。通过特制模具和合理模温的搭配,PPS注塑制件在人手的触碰下?#19981;?#21457;出类似碰?#27493;?#23646;的声音,其的表面?#19981;?#22914;镜面般光滑,有着金属般的光泽。


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