第十一章聚砜類塑料1聚砜類塑料2聚砜類塑料的應(yīng)用領(lǐng)域3聚砜類塑料聚砜類塑料是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一類熱塑性工程材料，是分子主鏈上含有芳基和砜基的非結(jié)晶型塑性工程材料。目前主要有三類

雙酚A型聚砜聚芳砜聚醚砜4是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一類工程塑料。在分子主鏈上含有芳香基和砜基的非結(jié)晶性工程塑料。5分子主鏈上含有砜基的聚合物R和R′可為芳香基或脂肪基6聚砜是一類在分子主鏈上含有芳香基和砜基的非結(jié)晶型熱塑性塑料，目前主要有三類雙酚A型聚砜聚芳砜聚醚砜聚砜類塑料的改性品種71.雙酚A型聚砜雙酚A型聚砜英文名:polysulfone簡稱:PSU（PSF）分子結(jié)構(gòu)式:以雙酚A和4，4′－二氯二苯砜為原料，經(jīng)縮聚反應(yīng)制備而成8雙酚A型聚砜可以看成是由異亞丙基、醚基、砜基和亞苯基連接起來的線性高分子聚合物。雙酚A型聚砜的硫原子是最高氧化態(tài)，分子中所有的鏈不易水解，耐酸、耐堿。溶于N,N-二甲基乙酰胺等極性溶劑中9砜基的共軛效應(yīng)抗氧化性熱穩(wěn)定性醚鏈改善韌性苯環(huán)力學(xué)強度與模量102、聚醚砜（Polyethersulphone)簡寫為PES透明琥珀色無定形聚合物；（商品名：Victrex）

具有優(yōu)異的耐熱性，突出的抗蠕變性和尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)良的電絕緣性11聚芳砜（Polyarylsulphone)簡寫為PAS透明琥珀色堅硬固體（商品名：Astrel）

12聚砜塑料的結(jié)構(gòu)與性能雙酚A型聚砜的結(jié)構(gòu)與性能

a.異丙撐基可減小分子間作用力，賦予聚合物一定的柔順性和良好的熔融加工性；非極性的甲基側(cè)鏈?zhǔn)咕酆衔锏奈鼭裥孕?；電性能有所提高，但對聚合物的耐熱性不利，致使PSU的Tg、熱變形溫度和最高連續(xù)使用溫度均低于PAS、PES。

13b、醚鍵較異丙撐基更能增加分子鏈的柔順性，使聚合物的熔融加工性和在溶劑中的溶解性提高，同時也使聚合物的耐熱性有所降低。c、砜基上的氧原子對稱、無極性，主鏈上的硫原子處于最高氧化態(tài)，使聚合物的熱氧穩(wěn)定性好；14此外，砜基與相鄰的兩個苯環(huán)組成了高度共軛的二苯砜結(jié)構(gòu)，形成了一個十分穩(wěn)固、剛硬、一體化的堅強體系，使得聚合物能吸收大量的熱能和輻射能而不至于使主鏈斷裂，因此，熱穩(wěn)定性好，熱分解溫度高達(dá)426℃，耐輻射性優(yōu)良，硬度大，力學(xué)性能優(yōu)。綜合而言，PSU分子鏈的剛性相當(dāng)大，致使聚合物的熔融流動溫度相當(dāng)高，熔體黏度大，熔體黏度對溫度敏感而對剪切速率不敏感。剛性鏈聚合物的靜強度很高，在受力時形變小，尺寸穩(wěn)定，耐蠕變能力強，但同時又使大分子鏈?zhǔn)芡饬ψ饔煤髿堄嗟膬?nèi)應(yīng)力難以消除，易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。15聚芳砜PAS分子主鏈可以看作是由高度共軛的二苯砜醚基和聯(lián)苯基組成的．由于硫原子處于最高氧化態(tài)、芳香環(huán)又難以氧化，因此，PAS的耐熱氧能力很高。與PSU相比，PAS的分子鏈中不含亞異丙基卻含大量的聯(lián)苯基，因而其耐熱性更加突出但分子鏈中的醚鍵仍能提供一定的柔韌性，使其可在-240℃的低溫下使用。但是，PAS分子鏈的剛性大大超過PSU，因此．其熔體黏度更高，熔融流動性更差，更難以加工。

16聚醚砜PES與PSU相比，PES的大分子主鏈上不含對耐熱性和熱氧穩(wěn)定性不利的亞異丙基；與PAS相比，其分子主鏈中又不含使分子鏈過分剛硬的聯(lián)苯基。而是保留了使聚砜塑料具有高的耐熱性、熱氧穩(wěn)定性、力學(xué)性能和電絕緣性的二苯砜基，以及能賦于聚砜良好加工性的醚基。因此，PES兼?zhèn)淞薖SU和PAS的優(yōu)點，綜合性能優(yōu)于PSU和PAS。它的耐熱性優(yōu)于PSU而低于PAS，但加工性比PAS好．可用一般熱塑性塑料的加工方法加工，被稱為第一個綜合了高熱變形溫度，高沖擊強度和最優(yōu)良成型工藝性的工程塑料。

17聚砜塑料的性能①雙酚A型聚砜

a、力學(xué)性能：

特點：抗蠕變能力很強，尺寸穩(wěn)定性很高，隨溫度升高力學(xué)性能下降幅度小

非晶態(tài)線性高聚物18PSU的力學(xué)性能優(yōu)良，其拉伸強度和彎曲強度都高于聚碳酸酯、聚甲醛、ABS和聚酰胺等通用工程塑料，高溫下的力學(xué)性能保持率高。其沖擊強度在-60～120℃范圍內(nèi)變化不大。PSU的耐蠕變性能也十分突出，其蠕變值僅為0.14％-0.2％，且在較高溫度及較大負(fù)荷下的變化很?。秉c：抗疲勞性差，疲勞強度和壽命不如POM和PA，易出現(xiàn)應(yīng)力開裂。19熱學(xué)性能

PSU具有突出的耐熱氧性，熱穩(wěn)定性：其最高使用溫度可達(dá)150～165℃。最低使用溫度可達(dá)-100℃，短期使用溫度達(dá)195℃．Tg為190℃，Td為426℃.20電學(xué)性能PSU具有優(yōu)異的電學(xué)性能，在水及潮濕空氣中其電學(xué)性能的變化也程小，在190℃高溫下仍可保持良好的電學(xué)性能。

21化學(xué)性能PSU可耐無機酸、堿及鹽，化學(xué)穩(wěn)定性較好，不耐濃硫酸及硝酸，可被極性有機溶劑，如芳香烴、酮類及鹵代烴等腐蝕．其耐輻射性優(yōu)良，但耐候性和耐紫外線性能不佳．

22聚芳砜

力學(xué)、熱學(xué)性能

PAS琥珀色透明堅硬固體，相對密度為1.36g／cm3，折射率為1.65，吸水率為1.4％，收縮率為0.8％。

PAS的力學(xué)性能特別好，且力學(xué)性能受溫度影響很?。黄溆捕?、耐蠕變性、耐磨性都優(yōu)于PSU。

與PSU相比，PAS的強度和耐熱性都有大幅度提高，拉伸強度提高25％，耐熱溫度由150℃提高到260℃，并且短期可在300℃下使用。23化學(xué)性能

PAS的耐酸、堿及水蒸氣性優(yōu)良，對燃料油、烴油、硅油及氟里昂等穩(wěn)定，耐各種常用的工業(yè)溶劑，但不耐某些極性溶劑，如二甲基甲酰胺、丁內(nèi)酯等。電學(xué)性能

PAS的電性能優(yōu)異，適宜作C級絕緣材料，溫度和頻率對電性能影響很小。24聚醚砜物理、力學(xué)性能

PES的相對密度為1.37,吸水率為0．43％，收縮率為0．6％．PES的透明性在聚酯類塑料中是最好的，其透光率可達(dá)88％，折射率為1.62，在透明塑料中是最大的．適于制造透鏡。PES具有在較寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的機械性能的特點，其模量在-10℃到200℃幾乎不變，特別在100℃以上，它比任一種熱塑型樹脂都好。

25結(jié)構(gòu)與性能醚基柔順性及高流動性砜基耐熱性亞苯基剛性

26聚醚砜物理、力學(xué)性能

聚醚砜的耐蠕變性也極為突出，在180℃以下溫度范圍內(nèi)，其抗蠕變性是熱塑型樹脂中最優(yōu)異的一種。特別是其玻璃纖維增強牌號樹脂有時比熱固型樹脂還好。它尺寸穩(wěn)定性好，線膨脹系數(shù)小，溫度依賴性小，耐沖擊，具有與聚碳酸脂相同的耐沖擊性。與PSU相比，PES的強度及耐熱性稍有提高，耐蠕變性極為突出，在較高溫度及較大負(fù)荷下，耐蠕變性仍極為優(yōu)異。27PES的耐熱性耐熱等級高，熱變形溫度為200℃～220℃，連續(xù)使用溫度為180℃～200℃，玻璃化溫度高達(dá)225℃。在-150低溫下不會脆裂。

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化學(xué)性能

PES具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性，可耐酸，堿、鹽、油、潤滑脂、脂肪族烴和醇等，但不耐極性有機溶劑，如酮、酯、氯仿等。

在水中不會水解，可耐150℃～160℃熱水或蒸汽，在高溫下仍具有較好的耐酸和堿性能。

29聚砜塑料的缺點：耐有機溶劑性差成型溫度高制品易應(yīng)力開裂疲勞強度低30聚砜塑料的改性玻璃纖維增強聚砜：力學(xué)性能可進(jìn)一步提高：強度、模量、剛性、抗蠕變性、尺寸穩(wěn)定性，抗疲勞性、耐熱性；降低成型收縮率和線膨脹系數(shù)；但脆性增加、斷裂伸長率降低。31聚砜合金以PSU合金為主，主要改善耐溶劑性、耐應(yīng)力開裂性、耐沖擊性、熔融加工型、電鍍性等。32聚砜的改性品種玻璃纖維增強聚砜在聚砜中加入玻璃纖維增強后，可明顯提高聚砜的強度、剛度、尺寸穩(wěn)定性、阻燃性和應(yīng)力開裂性等加熱玻璃纖維后，可降低聚砜原已很低的成型收縮率和線性膨脹系數(shù)，從而使聚砜制品的尺寸精度接近金屬材料的水平。當(dāng)玻璃纖維含量超過30%時，聚砜的拉伸強度和彎曲模量都會成倍增長，疲勞破壞應(yīng)力可提高2~3倍，而蠕變量僅為未增強時的1/5~1/3但玻璃纖維加入后會增強聚砜的脆性。33聚砜合金

國際上除了玻璃纖維增強的高剛性PSU復(fù)合材料外，還開發(fā)了許多高性能的聚砜合金，如聚砜/聚酰胺、聚砜/橡膠、聚醚砜/聚苯硫醚以及聚醚砜/聚碳酸酯等

聚砜合金品種有很多其中最常見的聚砜與ABS以及聚甲基丙烯酸甲脂的合金。這些合金可以改善聚砜的耐溶性，抗沖擊性、成型加工型、耐應(yīng)力開裂性等。與純聚砜相比，耐溶性可大幅度提高，熔融流動性提高4倍，加工溫度也可降低，一般為260~340℃

聚砜與ABS以及聚甲基丙烯酸甲脂的合金為白色不透明體，相對密度為1.20~1.22，與純聚砜相比，力學(xué)性能，模量、蠕變性能變化不大，但耐熱性有所降低，長期使用范圍為-143~120℃

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日本住友化學(xué)公司在聚醚砜中添加聚四氟乙烯和羥基苯甲酸酯，可使材料的彈性模量和耐磨性能大大提高。

巴斯夫公司開發(fā)的聚砜/聚醚酮嵌段共聚物具有良好的耐化學(xué)腐蝕和耐高溫性能。在PSF中加入0.5%的溴化聚苯醚，可得到阻燃等級為V-0級的透明阻燃產(chǎn)品。

基于聚砜/聚醚砜的Ultrason

S和Ultrason

E產(chǎn)品在高溫下具有很好的尺寸穩(wěn)定性和抗水、抗油性能，可連續(xù)在190℃下工作，短期耐溫可高達(dá)390℃，該產(chǎn)品產(chǎn)能已由3000t/年擴增到5000t/年。

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最近，巴斯夫公司新推出了專門配方的聚醚砜(PES)Ultrason牌號，用于要求可承受微波爐加熱和煮沸高溫的食品器皿的生產(chǎn)。該產(chǎn)品采用了新型抗紫外線(UV)穩(wěn)定劑，不僅提高了PES牌號的透明度，還確保該材料30年不變色。其使用溫度范圍為-14℃～220℃，制備的盤子可以從冰箱內(nèi)取出后馬上直接放入微波爐。制備的白色部件(如蓋)有極好的抗食物染色能力，同時具備耐洗滌劑化學(xué)侵蝕的性能。

36聚砜塑料的成型加工PSU的成型工藝性熔體粘度對溫度敏感性高于壓力熔體的熱穩(wěn)定性好冷凝溫度高，內(nèi)應(yīng)力難以自行消除加工前干燥成型收縮率小熔體粘度大，模具要求37PAS的成型加工加工特性

PAS其熔體黏度高，流動性差，因此加工十分困難?？刹捎米⑸洹D出、壓制等方法成型加工。另外，加工前應(yīng)對其物料進(jìn)行充分干燥。38PES加工特性PES的熔體為假塑性流體，即熔體表現(xiàn)黏度隨簡切速率的增加呈下降趨勢，但下降幅度并不大．當(dāng)PES在正常加工溫度范圍內(nèi)長時間或多次受熱時，會出現(xiàn)熔體增稠的現(xiàn)象，可能是分子鏈產(chǎn)生支化或輕度交聯(lián)所致，因此加工時應(yīng)嚴(yán)格控制熔體在設(shè)備中的停留時間．一般不應(yīng)超過40min．

39PES加工特性

加工前粒料應(yīng)進(jìn)行干燥，使含水量降至0.12％以下。干燥條件為120～140℃、10h或160℃、3h以上。PES的熔融溫度范圍較窄，大約為315-335℃，熔體冷卻速率較快，因此，應(yīng)采用較高的注射速率；以避免熔料充模流動性變差而使制品欠料．PES在成型時一般均形成無定形結(jié)構(gòu)，因此擠出時的出模膨脹率較小，注射時的收縮率也較小，但當(dāng)加入少量的成核劑時也會形成晶體結(jié)構(gòu)。

40雙酚A型聚砜塑料的應(yīng)用(PSU)（一）、汽車、航空領(lǐng)域：在航空航天和汽車制造領(lǐng)域，PSU適用于制作防護罩元件、電動齒輪、蓄電池蓋、雷管、電子發(fā)火裝置元件、燈具部件、飛機內(nèi)部配件和飛機外部零件、宇航器外部防護罩等。PSU還可以制作照明器擋板、電傳動裝置、傳感器。41雙酚A型聚砜塑料的應(yīng)用（二）、衛(wèi)生、醫(yī)療領(lǐng)域：

PSU完全符合衛(wèi)生要求，能經(jīng)得起130℃蒸汽反復(fù)消毒，用于衛(wèi)生醫(yī)療器械可代替不銹鋼、鋁等以降低成本。用PSU制作的醫(yī)療制品較玻璃制品成本低、而且不易破裂，故用于儀器外殼、齒科儀器、心瓣盒、刀片清理系統(tǒng)、軟接觸鏡片的成型盒、微型過濾器、透析膜等。42（三）、日用品應(yīng)用領(lǐng)域：用PSU制作的日用品主要為耐熱耐水解的產(chǎn)品，有加濕器、蒸汽熨斗、照相機盒、放映機元件等。（四）、粘合劑、涂料：所有帶硅烷的聚砜均可作為粘合劑。用于上漿玻纖和石墨纖維，制作復(fù)合材料。用石墨織物增強的帶硅烷基的PSU可制作升降舵等飛機部件。PSU和固體潤滑劑聚四氟乙烯并用，可制作耐磨性涂料。（五）、工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域：PSU還可以制造各種化工加工設(shè)備，有泵外罩、塔外保護層、食品加工設(shè)備、污染控制設(shè)備、奶制品加工設(shè)備及工程、建筑、化工用管道等。43聚醚砜的應(yīng)用(PES)聚醚砜適用于制造高強度、低蠕變性、高尺寸穩(wěn)定性、能在較高溫度下使用的制品，廣泛應(yīng)用于電子電器、機械設(shè)備、交通運輸、醫(yī)療、食品等領(lǐng)域.44聚醚砜的應(yīng)用電器電子領(lǐng)域因為它具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、耐熱、阻燃、可耐焊錫、耐各種清洗劑，可鑲嵌金屬件、與環(huán)氧樹脂黏結(jié)性好等，故可作H級絕緣材料用。主要制品有：線圈骨架、電位計的外部底座、吹風(fēng)器零件、印刷電路板、按鈕式開關(guān)、可控硅的絕緣體、電動工具馬達(dá)的絕緣體、打印機、送風(fēng)機、繼電器等的線圈骨架、DIP開關(guān)，各類插接件。

45機械領(lǐng)域

利用其高溫抗蠕變性（150℃），尺寸穩(wěn)定性、耐油性、韌性好等優(yōu)點，在一般樹脂不能滿足使用要求的地方得到了廣為利用。46機械領(lǐng)域

主要制品有：各類機器的杠桿、柄、支架等，X-射線裝置的觀察玻璃、鏈鋸、農(nóng)機發(fā)動機和汽化器等絕緣體、活塞環(huán)、耐熱滾輪、齒輪、復(fù)印機零件、照相機零件、復(fù)印機零部件、工業(yè)用吹風(fēng)機罩、汽車空調(diào)的零部件、電弧焊槍的手柄、齒輪、各種物質(zhì)分析組件。47機械領(lǐng)域

利用其在160℃的熱水或蒸氣條件下還能保持優(yōu)異的抗蠕變、剛性和尺寸穩(wěn)定性，應(yīng)用于熱水、蒸汽用閥門、防腐蝕電極的絕緣體、溫度傳感器的組件、泵的泵體和葉輪、散熱器閥門、超濾裝置用零部件。48交通運輸主要在汽車、飛機等運輸行業(yè)利用其在-100℃～180℃廣闊溫度范圍內(nèi)的剛性和尺寸穩(wěn)定性，高溫抗蠕變性，耐汽油、柴油、各類機油等特長。主要制品有：各種軸承保持架、制動軸的軸瓦、點火器的噪音消除器、發(fā)動機齒輪、汽化器的線圈骨架、霧燈反光鏡、止推環(huán)以及飛機熱空氣導(dǎo)管和窗框等。

49交通運輸使用工程塑料制造軸承保持架