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PPS—特种工程塑料的首选，你对它有多了解？
PPS塑料(聚苯硫醚)，英文名称:Polyphenylenesulphide，比重:1.36克/立方厘米，成型收缩率:0.7%，成型温度：300℃～330℃。它是一种综合性能优异的热塑性特种工程塑料，其突出的特点是耐高温，耐腐蚀和优越的机械性能。PPS是含硫芳香族聚合物，线型PPS在350℃以上交联后成热固性塑料，支链型结构PPS为热塑性塑料。
01
发展历史
★
1968年
美国菲利普斯成功研制出了采用对二氯苯和硫化钠为原料，在极性有机溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）中进行溶液缩聚合成聚苯硫醚的方法。
1973年
Phillips Petroleum公司的Texas工厂以RYTON为商品名，开始商业化生产。
1984年
Macallum采用对二氯苯和碳酸钠以及磺黄的熔融反应，在实验室里首次成功合成了PPS。
1986年
日本吴羽化学工业公司采用新技术，开发了线性PPS，商品名“Fortron”PPS——第二代线性高分子量PPS树脂。
之后
Phillips Petroleum公司与日本东丽工业公司等进行技术合作，使PPS的合成生产技术日趋成熟； 大日本油墨化学公司（DIC)、日本东曹-保士谷公司、日本出光兴产株式会社等公司纷纷建立自己的PPS合成生产线生产PPS树脂。
02
产能分布
03
物化特性
PPS 性能优良，尤其通过增强、改性、共混合金化及原位复合技术制成了用途广泛的各种复合材料。
PPS 有十分优异的热性能、电性能、耐化学性能、耐辐射、阻燃等性能，如纯 PPS 的极限氧指数可高达 44% ，采用玻璃纤维( GF) /矿物填充 PPS 氧指数可高达 53% 。PPS 的分子结构决定了其性能，赋予了其独特的物理化学特性。
物理特性
1.电绝缘性（尤其高频绝缘性）
介电常数很小。介电损耗低，是优良的电绝缘材料，白色硬而脆，跌落于地上有金属响声，透光率仅次于有机玻璃，耐水性。
2.强度
一般，刚性很好，但质脆，易产生应力脆裂；不耐苯、汽油等有机溶剂；通过加玻璃纤维或其它增强材料改性后，可以使冲击强度大为提高耐热性和其它机械性能。适于制作耐热件、绝缘件及化学仪器、光学仪器等零件。
3.成型性能
良好，无定形料，吸湿小，但宜干燥后成型。
4.流动性
介于ABS和PC之间。凝固快、收缩小、易分解，应用范围一般可应用于制造PPS管、PPS板材等材料，多用于建筑、家居方面。
化学特性
1.耐燃性优异
本身的化学结构相当稳定，而且含有阻燃性的元素——硫，纯PPS在厚度为0.8mm时便可通过UL-94 V0级。有优良的阻燃性，为不燃塑料。
2.耐辐射性好
是其它工程塑料无法比拟的新材料，在电子、电气、机械、仪器、航空、航天、军事等特别是原子弹、中子弹领域，是作为耐辐射唯一理想的优良材料。
3.化学稳定性相当好
除了受强氧化酸的侵蚀外，不受绝大多数酸碱盐的侵蚀，具有接近于PTFE的化学稳定性。不易溶于任何已知的有机溶剂，与一般有机溶剂接触时不会出现塑件开裂现象。
04
合成方法
根据制造方法的不同，PPS 分为交联型与直链型两种。
直链型有优良的韧性和延伸性; 交联型在氧气存在的情况下能加热固化，超过 200 ℃ 热处理时熔融指数急剧下降，利用该性能可将聚合终了的低黏度 PPS 通过热处理制造适合注塑、挤出任意黏度的聚合物。
• 主要有溶液聚合法和自缩聚法
溶液聚合法是以对二氯苯和硫化钠为原料，在极性有机溶剂如六甲基磷酸三胺（HPT）或N－甲基吡洛烷酮（NMP），温度为175～350℃、常压下进行溶液聚合制备聚苯硫醚，反应副产物为氯化钠，反应式为：
自缩聚法是以卤代苯硫酚金属盐为原料，在氮气保护下于200～250℃下自缩聚制备聚苯硫醚，反应副产物为卤化金属盐，反应式为：
(式中X为Br或Cl；M为 Na，Cu，Li，K)
1. 硫磺溶液法
2. 氧化聚合法
3. Macallum法
通常合成出来的PPS是一种平均分子量仅在4000-5000左右，而结晶度高达75％的白色粉末。它的相对密度为1.362，熔点285℃，熔融指数高达3000～4000g/10 min（343℃,0.5 MPa负荷、2 mm喷嘴下测试）。在 170℃以下不溶于现已知的任何有机溶剂，这种低分子量的聚合物力学性能很低，只能作防腐涂层外，无法直接作为塑料使用。
05
共混改性
为了进一步改善 PPS 的性能，扩大适用范围，须对其进行改性研究，以达到以下 5 个目的:
(1) 提高强度;
(2) 提高冲击性能;
(3) 提高润滑性;
(4) 改善电性能以及研制具有特殊性能的共混材
料;
(5) 利用自身性能改善其他聚合物的性能，即
合金化新型材料。
研究表明，PPS 添加无机填料后仍能与其他聚合物有良好的相容性，这为其合金化和复合改性创造了有利条件。
最早开发成功的是 PPS 与氟塑料共混合金，此后形成了合金系列。PPS 合金化后拉伸强度、弯曲强度、抗冲击性能、耐热性能大幅提高，为进一步的挤出、吹塑成型工艺的实施提供了可能。
目前，全世界销售的 PPS 复合改性品种多达200 余种，主要有 GF 增强、碳纤维( CF) 增强、无机填料填充、GF 和填料共同填充增强等共混改性。
小编选取了 8 项 PPS 共混复合改性配方实例和改性应用进展，以供参考。
1.抗静电 PPS 复合材料配方
PPS 粉 50%( 质量分数，下同) ，天然鳞片状石墨 5% ，导电性石墨 2% ，硫酸钙二水合物微粉 22% ，GF 21% 。测试结果表明: 该配方抗静电性、成型加工流动性、力学性能及尺寸稳定性均优良，可应用于录像机、电视和电脑的碟片及光驱，以及要求有抗静电的光电器材或电磁器材。
2.纤维填充 PPS 合金配方
PPS 18% ～54% ，聚苯醚( PPE) 6% ～ 42% ，无机纤维 40% ，相容剂适量。测试结果表明: 该配方耐热性、尺寸稳定性好，可应用于汽车气缸盖。
3.无机物填充 PPS 配方
PPS 29% ～ 91% ，白云石( 平均粒径 2． 5 μm) 9% ～ 71% 。测试结果表明: 该配方有优良的刚性、尺寸稳定性及阻燃性，并有极好的表面光滑性、高强度、热稳定性，可应用于电器、机械的插接件。
4.PPS 的润滑及耐磨配方
聚四氟 乙 烯( PTFE) 20% ～ 60% ，PPS 40% ～ 80% 。测试结果表明: 该配方兼有 PPS 的成型加工性和力学强度，并且具有 PTFE 极好的润滑性，可应用于抗磨及耐磨材料。
5.PPS 与工程塑料合金配方
PPS 40% ～90% ，聚酰亚胺( PI) 5% ～ 55% ，PPE 5% ～ 55% ，相容剂适量。测试结果表明: 该配方制得的产品易于上漆，具有较高的冲击性能和尺寸稳定性，可应用于汽车外装饰材料。
6.高刚性、高耐热 PPS 配方
线性PPS 40% ，线性不饱和化合物( 带有烃基、羰基、酸酐或环氧官能团的线性不饱和化合物) 40% ，珠光云母粉 8% ，有机或无机纤维 12% 。测试结果表明: 该配方的耐热性和刚性优异，同时具有良好的加工性能、耐冲击和润滑性，可应用于电器、电子和精密仪器的铸封材料。
7.氧化锌晶须 ( ZnOw) 增强 PPS 专用料
PPS 100 份( 质量份数，下同) ，Zn Ow 35 份，偶联剂0.1 ～ 1.0 份，其他助剂适量。通过 Zn Ow 改性 PPS并辅以 GF，可制得拉伸强度高、抗静电性能好的复合材料。测试结果表明: PPS /ZnOw抗静电复合材料具有优良的吸波性能，可应用于微波发热材料和电波吸收材料，在诸多领域具有广泛的应用前景。
8.纳米二氧化硅( Nano-SiO2) 改性 PPS 专用料
PPS 100 份，Nano-SiO2 3.0 份，偶联剂 0.1 ～ 1.0 份，其他助剂适量。测试结果表明: Nano-SiO2能显著提高 PPS 的力学性能和综合性能，充分显示出无机纳米粒子在塑料改性中的优异特性。
06
应用领域
Part1
机器控制
PPS的用途十分广泛，主要应用于：
以下机器的控制类零部件是今后PPS应用最广泛的领域。尤其是用于以发动机相关机器为中心的驱动类、刹车类、燃料类、照明类、冷却类的零部件以及控制。
（1）点火、电气类
点火线圈外壳、绕线管、晶体管点火器外壳、IC调节器、整流器端子台、交流发电机刷架、保险丝盒、空调装置管夹；
（2）驱动类
ABS系统的液压活塞、变速器液压活塞
（3）照明类
前灯反射罩（投射型）、灯泡座
（4）控制类
混合动力车的变压器零部件、压力传感器、位置传感器、ECU控制单元外壳（发动机、动力方向盘…）、电磁阀体
（5）燃料类
燃料、吸气流量计、燃料泵叶轮、外壳、节流阀体
、排气控制阀、喷嘴绕线管
（6）冷却类
温度调节器零部件、冷却水泵叶轮、外壳、散热器上水管、下水管
Part2
电子电气
在SMT工序中除高耐热性、精密成型性、尺寸稳定性等以外，PPS还具有不添加阻燃剂就可以达到UL94 V-0级的高度阻燃性。这些特性对于以连接器为代表的电气•电子零部件可称为是最佳的成型材料。
（1）主要电子零部件
微型开关、电容器、光电断路器、SMT对应连接器、光纤连接器、各种绕线管、晶体管密封、硬盘激励器线圈密封
（2）一般电气·电子零部件
CD驱动器光学拾波器底座、DVD旋转球光学拾波器底座、硬盘驱动电机轴承、电动机绝缘装置、纽扣电池绝缘密封、液晶投影仪外壳
（3）家电零部件等其他
液晶投射TV灯外壳、微波炉零部件、电磁炉灶台、灯座、吹风机喷嘴、蒸气熨斗零部件
Part3
住宅办公
住宅设备中以热水器为代表的用水相关设备多使用增强系列。因具备低结晶度性能而利于尺寸精度的改性PPS系列适用于精密设备零部件用途。优良的低摩擦、低磨损性能，适合用于齿轮和轴承等对滑动特性有特殊需要的项目用途上。在激光复印机和打印机等用途方面，多使用既具有PPS耐固定热的耐热性又有利于齿轮或轴承周围滑动性。
（1）住宅设备
热水器
• 泵壳、叶轮
• 接头
• 阀门
水龙头器具
通用小型泵壳、叶轮
（2）OA设备
复印机、打印机
• 驱动齿轮
• 轴承座
• 辊罩
（3）精密设备
小型齿轮泵
流量计
手表机芯
Part4
高端应用
PPS 的应用是以其优异的耐热性为中心，兼顾其减摩自润滑性、化学稳定性、尺寸稳定性、阻燃性、电绝缘性和介电特性及优良的力学性能等，使其在航空航天、核工业、电子电气、食品与药品工业等高新技术领域作为耐高温、高阻燃、高刚性、高电性能、高黏接性的非金属材料获得广泛应用。
由于PPS 固有的阻燃性，属于本质阻燃材料，使其无须添加阻燃剂即可达到高阻燃等级，因而被美国航天
航空总署( NASA) 认为是防火安全性最好的塑料，并被选为空间技术八大专用材料之一。
PPS 在民用工业领域也获得一席之地，如在化工行业中，可制作合成、输送、储存物料的反应罐、管道、阀门、化工泵等; 在机械行业中，可制作叶轮、叶片、齿轮、偏心轮、轴承、离合器、耐磨零件及传动部件; 在电子电气方面，可制作变压器骨架、高频线圈骨架、插头、插座、接线架、接触器转鼓鼓片及各种精密零件等; 在汽车行业中，可制作发动机活塞环、排气循环阀、汽车流量阀等。
07
结语
由于 PPS 显示的独特性能，使得世界各国竞相关注，成为研究开发的重点和热点。而我国 PPS 树脂无论在数量还是质量上，与国外相比仍然有一定的差距。
PPS 树脂通用原料多而专用料少，不能满足细分市场的不同需求。今后，PPS 改性研究应着重于物理改性与化学改性并用及纳米技术的应用，缩小与国外技术的差距，以期拓展其多种功能，赋予其更高的性能，开发出满足航空航天、军工、电子、汽车、环保、食品药品等各领域的专用材料和功能材料，满足国民经济发展的需求。
