聚苯硫醚PPS的性能缺陷及四大改性方向

小夏 财经 更新 2024-01-30

聚苯硫醚(PPS)具有优良的机械强度、热稳定性和加工性能,是世界第六大工程塑料。 但PPS脆性大,不能自润滑,在高温下易氧化,限制了其工业应用。

主要应用领域

聚苯硫醚产品有不同的形式和等级,如树脂、纤维、长丝、薄膜和涂料,应用范围广泛。 聚苯硫醚的主要应用领域包括电子电气、化工、军工国防、纺织工业、环保工业等。

PPS本身具有良好的耐热性、阻燃性和耐化学性,应该是一种很有前途的材料,但纯PPS存在一些问题:

PPS的应用问题有哪些?

未经改性的PPS有一些不可避免的缺点:

难以加工:这是所有耐高温材料最大的痛点——加工温度高,无论是在成型工艺还是加工能耗方面,都极具挑战性。 此外,PPS在熔融过程中也容易发生热氧化交联反应,导致流动性降低,进一步增加加工难度

韧性差:PPS分子链刚性较强,最大结晶度可达70%,伸长率低,焊缝强度一般,最终导致未改性的PPS抗冲击性差,限制了应用范围

成本高:与一般工程塑料相比,PPS原料高出约1-2倍,部分改性材料性价比不高

绘画很难:耐化学性和耐介质性也是一把双刃剑,PPS的表面涂层和着色性能并不理想。 虽然这个缺陷目前没什么大不了的,但它是一个限制因素。

以下是PPS增强增韧改性、摩擦性能改性、导电性改性、流变性能改性和抗氧化性改性的研究。

1.PPS增强增韧研究。

PPS增强增韧改性方法主要包括纳米材料改性、纤维改性、合金共混改性、化学改性等。

纳米材料改性一般分为2种类型:

1)采用纳米材料对纤维表面进行处理;

2)采用纳米材料作为填料,直接增强增韧性。

纤维的添加可以在保持PPS优良性能的同时减少PPS用量,降低成本,克服PPS脆性断裂、断裂应变低等缺点。 KHANSM等人通过增加碳纤维(CF)层数来增强PPS。 结果表明:当CF层数从4层增加到20层时,材料的冲击强度从2层增加到2层60kJ m2 至 720kJ m2,硬度也明显提高。

合金共混可以克服单一聚合物的局限性。 聚苯醚(PES)具有优良的抗冲击性能,能有效克服PPS韧性差的缺点。 热塑性聚氨酯(TPU)具有优异的韧性,可用于增韧聚丙烯、PPS、聚酰胺(PA)和聚缩醛等多种热塑性塑料。

化学改性主要是通过在PPS中引入活性官能团(氨基、羧基等)来达到增强增韧的目的。

2、PPS摩擦性能改性研究。

一般通过合金共混、添加填料构建骨架材料等方式提高PPS复合材料的耐磨性,扩大其应用范围。

PA具有优良的耐磨性,其自润滑性能可以提高PPS在滑动或滚动下的耐久性。

纳米材料可以防止PPS分子链结构的蠕变和滑动,或提高转移膜与摩擦副的结合强度,改善PPS的摩擦性能。

纤维可以形成骨架来保护基体材料,有效地减小材料的接触面积,从而降低其摩擦系数。

在PPS SCF GR复合材料中加入二硫化钨(WS2)或氮化铝(ALN)纳米颗粒可以进一步改善其摩擦性能,因为纳米颗粒产生承重摩擦膜,增强了滑动副的边界润滑能力,缓解了摩擦表面的粘附和磨损倾向。

3.PPS导电性改性研究。

改性PPS导电性的主要方法是将PPS与导电性优良的材料共混,以提高PPS的导电性。

纤维素纤维、金属纤维和长碳纤维(LCF)都可以提高PPS的导电性。

这是由于复合膜的高孔隙率及其对液体电解质的较好亲和力,从而降低了膜与电极之间的界面电阻。

4.PPS流变性能改性研究。

Jiangt等人分别用圆形和矩形截面对GF(RDGF,RCGF)的PPS进行了改性。 结果表明,由于RCGF比RDGF具有更高的流动敏感性和更低的对称性,且其“网状”结构在低剪切速率下更容易破坏,因此PPS RCGF复合材料的黏度远低于PPS RDGF复合材料。

碳纳米管、GR、笼式倍半硅氧烷(POS)等纳米材料可有效降低PPS的熔体粘度,提高其熔融加工性能。

5、PPS抗氧化性能改性研究。

目前,PPS抗氧化性能的改性通常有三种方法:表面涂层、添加纳米材料和添加抗氧剂。

三防漆是一种处理方法,其中PPS纤维或纤维制品的表面覆盖有由抗氧化剂组成的保护涂层。 Baimq等人在PPS纤维表面涂覆聚苯并噁嗪(PBA),以改善其抗氧化性能。 这是因为PBA的交联大分子结构具有屏蔽作用,有效提高了PPS纤维的抗氧化性能。 但这种方法存在表面涂层不均匀、去除困难等问题,限制了其应用范围。

纳米材料的添加是目前改性PPS抗氧化性能最常用的方法。 加工过程中加入抗氧剂也可以提高PPS的抗氧化性能。 有机抗氧剂的耐热性较差,将无机纳米材料与有机抗氧剂结合可以提高抗氧剂的耐热性。

PPS是一个流行的改性应用方向

未改性的PPS很难应用,那么如果要改性,应该朝哪个方向改变呢?

近年来,随着5G和电动汽车的普及,改性PPS的应用范围不断扩大,如:电池支架、盖板、锂电池隔膜、5G通信设备、智能终端等一会。

下面我们来看看目前这些行业PPS的热点改性方向

加强和坚韧。

目前,PPS主要使用纤维填充物和合金来改善机械性能。

除常见的玻璃纤维增强外,目前碳纤维、芳纶纤维而其他填料也逐渐被“普及”改性体系。 这是比较常见的,所以我不会重复太多,而是展示一些具体案例

鞠赛龙 | pps+40gf |无卤阻燃,增强改性。

东丽 | pps+cf

帝人 |PPS+芳纶纤维 |玩具。

耐磨、耐冲击、韧性改性。

除纤维外,合金共混是另一种经过验证的改性系统。 其中,我必须关注它PPS弹性体体系

通俗地说,弹性体的改性原理相当于在材料上放了一个“气囊”:当共混物受到冲击时,弹性体颗粒会首先变形,并通过微孔和孔吸收冲击能量同时产生剪切屈服或银条纹,使材料由脆性断裂变为韧性断裂,韧性提高。

弹性体改性和增韧的原理。

例如,东丽之前已利用其专有的纳米合金技术开发了一种高弹性PPS树脂,其弹性模量高达1200MPa。

常用于PPS改性的弹性体有EGMA、SEBS(马来酸酐接枝)等。 有研究表明,当PoE-G-Mah增韧体系下PPS+GF的质量分数为6%时,复合材料的缺口冲击强度可提高25%。

东丽 |PPS弹性体 |涡轮机管路。

低介电修饰。

电介质越低,损耗越低,尤其是在 5G 高频下。

为了提高材料的介电性能,一般采用共混金。 例如,根据研究,PPS LCP 显示:该合金体系在1MHz时可实现2.的最佳介电常数5

具体而言,国内各大LCP厂商此前研发的PPS LCP+GF增强复合材料,满足了兼顾力学性能和焊接强度的需要,有望应用于复杂结构和大尺寸零件。

复合材料的机械性能和熔接线的抗拉强度。

除合金外,低介电填料也是可行的方法之一。 如:中空玻璃珠、低介电玻璃纤维等填料,也能有效降低PPS复合材料的介电常数。

空心玻璃珠。

据研究,挤出后介电常数可降至3以下,电性能稳定在40-120以内。 此外,通过填料的表面耦合,可以进一步提高复合材料的强度和介电性能。

导热改性。

在新能源汽车的动力电池或5G高频等应用场景中,不仅要求材料具有良好的耐热性,而且对导热性也提出了一定的要求。 但PPS本身导热系数较差,一般小于05w/(m·k)

目前主要使用金属和无机填料。 金属填料可以提高导热性,但也会降低绝缘性。

高导热复合材料的结构示意图。

在无机填料方面,包括氧化物、氮化物、碳基材料等。 PPS氧化镁是比较主流的选择,可以将材料的导热系数提高到161w/(m·k);

另一方面,氮化物的制备和工艺更复杂,但也具有更高的导热系数40%氮化硼复合材料的导热系数可达415 w/(m·k)

石墨烯、碳纳米管等碳材料也是PPS导热改性的选择,可以达到添加量和导热系数之间的良好平衡,如体积分数为293%的石墨烯可以使复合材料的导热系数达到4414w/(m·k)。

复合膜改性。

对于锂电池隔膜市场,PPS也在应用。

以前,聚烯烃通常用作隔膜材料,但聚烯烃材料的电解液润湿性和热稳定性较差,在高温下容易收缩和熔融。

PPS材料的耐化学性和耐热性也具有一定的改性应用潜力。 目前主要的方法是在PPS隔膜表面涂覆,制备复合隔膜。

这种方法已逐渐从学术研究转向工业应用以PPS无纺布为基材,PVS为涂层材料经过物理涂布、干燥和热压处理,制备了PVS PPS无纺布锂电池复合隔膜。

与传统的聚烯烃隔膜相比,PVS PPS的厚度增加,但可以保证更好的润湿性能它比聚烯烃隔膜具有更高的放电比容量。

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