聚苯硫醚 (PPS)概述

聚苯硫醚,通常称为 PPS,是一种半结晶热塑性塑料,具有聚合物结构,使其具有显着的耐化学性。 事实上,在低于 392 o F (200 o C) 的温度下,这种高性能热塑性塑料还没有已知的溶剂。 它的其他显着属性是其固有的阻燃性、电气性能和高机械强度。 大多数商业等级的 PPS 无需阻燃添加剂即可达到 UL 94 V-0 可燃性等级。

虽然未改性的 PPS 聚合物具有良好的综合性能,但添加纤维增强材料可显着提高其韧性、结构和热性能。 热变形温度增加两倍和弯曲模量增加三倍以上是 40% 玻璃纤维增强 PPS 远高于未填充等级用于承受较高热条件的模制和机加工零件的主要原因。

PPS 树脂供应商,等级

PPS 于 1972 年由 Phillips Petroleum 以Ryton®品牌开发和商业化,被认为是最初的高性能工程热塑性塑料。 索尔维从雪佛龙菲利普斯手中收购了 PPS 业务,扩大了公司的聚合物产品组合,推出了广泛的 Ryton ® PPS 等级产品系列,其中包括采用玻璃和碳纤维增强材料以及其他性能增强添加剂的配方。 最常见的 Ryton 等级是 40% 玻璃纤维增强Ryton R-4 PPS

自聚合物开发和商业化以来,全球可用的 PPS 等级的种类已显着增加。 已开发出具有熔体加工特性的树脂配方,适用于注塑、吹塑、粉末涂层和挤出加工。 除了未填充的 PPS 聚合物性能之外,PPS 产品的改进包括添加玻璃和矿物增强材料以提高强度,以及耐磨添加剂。

如今,索尔维仍然是全球领先的注塑和挤出用 PPS 树脂和化合物供应商之一。 其产品范围包括未填充等级,以及几种用玻璃纤维以及矿物和玻璃纤维组合增强的配方。

塞拉尼斯是另一家全球高性能聚合物生产商,以 Forton ®品牌提供多种聚苯硫醚等级。 其产品线包括未填充、玻璃纤维和矿物增强等级以及其他配方,以改善基本 PPS 聚合物的特定性能。 除了性能增强型 PPS 材料外,Fortron 树脂产品线还列出了为注塑、挤出和其他熔融工艺开发的牌号。

其他全球 PPS 树脂供应商(如东丽)提供多种聚苯硫醚等级,主要用于大批量工业、汽车和电气应用的注塑成型。

Drake 开发 Ryton R-4 PPS 可加工毛坯形状

索尔维的 40% 玻璃增强 Ryton R-4 一直是 PPS 工程材料中的主力军,在过去的 5 年中服务于广泛的行业中的无数应用。 然而,在其历史的大部分时间里,它的主要用途是用于注塑成型零件。 在零件配置过于复杂或数量太少而无法进行注塑模具投资的加工应用中,它的潜力要有限得多。 限制因素是缺乏高质量的可加工原料形状,这些形状具有许多行业所需的机加工零件和原型的树脂认证。

为了满足这一需求,Drake 投资了一项技术,以生产各种可加工棒材和板材尺寸的 40% 玻璃增强 Ryton R-4 PPS。 由于 Drake 的 Ryton R-4 PPS 型材是由 100% 纯 Ryton R-4 240 树脂挤出的,因此材料的性能处于最佳水平,并且可以获得 ASTM D-4067 PPS 000G40 和 ASTM D-6358 PPS 011G40 的材料认证.

玻璃纤维填充的 PPS 共混物通常以压缩成型形状或柱塞挤压棒的形式提供。 PPS 粉末在内部与短玻璃纤维混合。 短纤维用于防止混合物中的纤维集束和玻璃结块。 与长纤维赋予的增强作用相比,这些短纤维更像是填料。 然后将 PPS – 玻璃纤维混合物加热至接近 PPS 的熔点 (545⁰F/ 285⁰C)。 在高压下,玻璃纤维-粉末混合物被固结并融合成所需的形状。

由于压缩成型和柱塞挤出中使用的 PPS 的原材料形式是一种可变粉末混合物,因此它不能通过 ASTM 标准的 PPS 树脂认证。 此外,粉末和短玻璃纤维混合物不太可能满足 ASTM 对 40% 玻璃增强 PPS 的性能要求。

柱塞挤压棒的一个特征弱点是低伸长率。 随着更多的粉末混合物被添加并压在其前面的固化材料上,该过程往往会在每个压制周期之间形成“扑克筹码”分层。 当将柱塞挤压棒弯曲成圆形时,效果很明显。 通常它会打破一个分层并暴露其他分层。

除了长度短的缺点外,压缩成型工艺容易发生变化,导致质量和物理性能不一致。 它们包括混合比差异、混合不均匀、干燥和水分控制问题、空气滞留以及压力和温度控制不准确。 此外,鉴于聚合物固有的低导热性和粉末-玻璃纤维混合物的低堆积密度,将它们加热到其成型温度通常需要较长的热循环,这会降解 PPS 聚合物。 在生产较大尺寸时尤其如此。 此外,由于沿模具侧壁的摩擦损失导致的成型压力变化通常会在顶部和底部与中间部分产生具有不同密度和物理特性的压缩成型形状。

相比之下,熔体挤出是使用树脂供应商的均匀预混料的 40% 玻璃纤维增强 Ryton R-4 树脂的连续工艺,该树脂以颗粒形式进行了测试和认证。 粒料在挤出机机筒中均匀熔化。 在 Drake 控制内部压力和输出速率的严格条件下,挤出机螺杆将熔融的 Ryton R-4 PPS 通过模具以所需的原料形状移动。 然后,挤出的形状在严格控制的冷却条件下均匀凝固,从而最大限度地减少内应力。

由 Drake 的挤出工艺生产的 Ryton R-4 PPS 坯料形状在整个横截面以及从尺寸到尺寸都表现出一致的性能和均匀的机械加工性。

Ryton R-4 PPS 性能简介

高强度

与未填充的 PPS 等级相比,40% 玻璃纤维增强的 Ryton R-4 最令人印象深刻的特点之一是其异常高的结构强度。 根据从挤出的 Drake Ryton R-4 坯料形状中获取的属性值,Ryton R-4 240 PPS 中的玻璃纤维增强材料将这种超高性能聚合物的弯曲模量提高了几乎是未增强等级的四倍。

在强度性能方面,它也与其他超高性能热塑性塑料相比令人印象深刻。 在 Ryton PPS 树脂生产商 Solvay 进行的物理测试中,Ryton R-4 240 PPS 在室温下的弯曲模量比 Solvay 的玻璃增强 KetaSpire PEEK 高 30%。 这种高强度与 Ryton R-4 固有的耐化学性和耐温性相结合,导致这种高性能材料广泛用于井下石油和天然气工业设备中的机械加工和注塑成型部件,例如杆导和泵部件。

耐温性

未填充的 PPS 具有相对较低的热变形温度和软化点。 这些因素限制了该材料在许多需要高温结构强度的严苛服务应用中的使用。 然而,Ryton R-4 PPS 中 40% 的玻璃纤维增强材料显着提高了聚合物的热性能,并将这种超高性能热塑性塑料的固有优势扩展到更广泛的应用领域。

数据表特性显示,Ryton R-4 树脂的热变形温度 (HDT) 与 203°F (95°C) 的未填充 PPS 相比,其热变形温度 (HDT) 达到了令人印象深刻的 509°F (265°C)。 重要的是要注意,HDT 来自模制的样品,这些样品采用最佳定向的纤维进行测试。 实际的注塑成型零件或从库存形状加工的零件不太可能达到这种最佳结果。 尽管如此,高 HDT 使 Ryton R-4 PPS 与其他几种超高性能热塑性塑料同级,可用于电气连接器、汽车发动机部件以及井下石油和天然气应用,这些应用在静态负载下长时间处于高温状态。

耐化学性

PPS 声称在超高性能材料中具有非凡的耐化学性:在低于 392 o F (200 o C) 的温度下,它不受任何已知溶剂的影响。

再加上其在高温下的高强度,PPS 的这一固有属性使工程师能够设计注塑和挤压部件,从而在化学加工和油气井下设备的极端操作环境中保持可靠的结构完整性和功能。

电气性能、可燃性等级

Ryton R-4 和其他等级的 PPS 的介电性能在耐极端温度聚合物中名列前茅。 这种高性能材料的介电强度为 22kV/mm,在 25 o C 和 1kHz 下具有 3.90 的低介电常数,以及在一定温度和频率范围内的低损耗因数。

这种电气特性曲线与其 UL 94 V-0 和 5VA 可燃性等级相结合,是其用于注塑成型和精密加工的电气连接器和连接器主体的原因,这些电气连接器和连接器主体的应用范围从核潜艇到石油和天然气工业中使用的组件。

Ryton R-4 PPS 的典型应用

高温下的结构强度、出色的电气性能、可燃性等级及其耐化学性之间令人印象深刻的整体平衡导致了 Ryton R-4 PPS 的无数注塑成型应用。 Drake Plastics 开发了尺寸稳定且可靠的各种尺寸的坯料形状,这使得该材料在苛刻的最终使用条件下的长期可靠性也适用于精密加工的部件。 这些是 Drake Plastics 通过注塑和精密 CNC 加工生产的许多 Ryton R-4 PPS 组件的示例:

  • 无数应用的关键要求包括高强度、防潮和耐化学腐蚀,并以合理的成本提供出色的电绝缘性。
  • 由 Drake 的 Ryton R-4 PPS 棒加工而成的等离子炬绝缘子依靠该材料的高结构强度和在极端工作温度峰值下的稳定性。
  • 船用和井下电气连接器和绝缘体利用 Ryton R-4 PPS 的电气和隔热特性、耐化学性和 UL 可燃性等级。
  • 由 Ryton R-4 制成的阀座和密封环具有尺寸稳定性和强度,可承受井下环境中的高静载荷和高温。