BASF钟爱的一款特种材料
来源 : 公开网络
作者 : 公开网络
时间 : 2021-01-22




最近BASF在全球上市了一款全新的特种工程塑料,可在-30°C至180°C的温度环境下使用,粘度低,流动性佳,特别适用于制造需接触热油的汽车零部件。

这种材料虽不是BASF独有,但也近似一家独大。它就是聚醚砜塑料 Ultrason® E0510 C2TR。

大家对聚砜(PSU)听得很多,但是对聚醚砜(PESU)这个材料有点陌生,不少人不太清楚。我们今天就来看看聚醚砜(PESU)为什么会受到BASF的钟爱!

我们知道,随着高新技术领域的发展,人们对材料的要求越来越高。一些通用工程塑料已不能满足要求,于是自20世纪60年代后期发展了一系列综合性能优异的结构型、耐热型热塑性特种工程塑料,聚醚砜是其中一种。

聚醚砜是一种透明、琥珀色的无定型树脂,是英国帝国化学公司(ICI) 1972年开发成功的,并以Victrex商品牌号销售于全世界。

1992年后,美国的UCC公司,杜邦公司,德国巴斯夫以及日本的住友公司相继推出自己的牌号。目前聚醚砜最大的生产商是BASF公司以Ultrason E商品牌号生产并销售。

此前,聚醚砜的化学缩写形式一直是PES。EN ISO 1043:2011等现行标准将聚醚砜的化学缩写更新为PESU,以明确它是聚砜家族的一员。

聚醚砜分子结构式为:

它的分子结构中既不含热稳定性较差的脂肪烃链节,又不含刚性大的联苯链节,而主要由砜基、醚基和次苯基组成。

砜基赋予耐热性,醚基使聚合物链节在熔融状态时具有良好的流动性,易于成型加工,在对苯撑结构上交替连结砜基和醚基能得到非结晶性的聚合物。

聚醚砜被人们誉为是第一个综合了高热变形温度、高冲击强度和优良成型性的特种工程塑料。

 

聚醚砜(PESU)的合成

聚醚砜树脂的合成方法主要有以下三种:

1溶液脱盐法

先将溶剂环丁砜及双酚S加入到反应釜内,升温到80°C,待物料全部溶解后加入带水溶剂二甲苯和氢氧化钠,通入氯气升温至130-150°C进行成盐反应。然后再加入4, 4’-二氯二苯砜,与220°C进行缩聚反应,当反应黏度达0. 37dl/g左右时停止反应,降温,加入环丁砜稀释,于搅拌下通入氯甲烷(封端剂),并混入磷酸三苯酯(稳定剂),除料后经粉碎、水洗、干燥、挤出造粒而制得成品。

双酚溶液脱盐法在缩聚过程不会出现大分子链的支化现象,可以保证聚醚砜树脂制品的性能,但是第一步成盐过程中的会有水分生成且较难除净,直接影响第二步缩聚反应的进行。双酚溶液脱盐法的反应温度一般在200°C以上,可供选用的溶剂也较少。反应式如下:


2熔融脱盐法

熔融脱盐法是由4-氯4'-酚盐二苯砜在高温真空下进行熔融自聚反应制得PESU的过程,反应方程式如下:

熔融脱盐法可以获得线性大分子聚醚砜树脂,但反应条件较苛刻,需要真空及高温(约300°C左右),目反应结束后树脂的纯化、脱盐操作比较困难。

3脱卤化氢法

此方法是由4 ,4-二磺酸氯二苯醚与二苯醚进行缩聚反应:

或由4-磺酰氯二苯醚进行自聚反应获得,如下式:

用脱卤化氢法合成聚醚砜树脂的缩聚反应过程比较平稳,反应所需温度较低,可供选用的溶剂比较多,易于控制,成本也较低。但是反应过程中易发生分子链的支化现象,影响聚醚砜分子链的线性结构,从而影响聚醚砜树脂的性能,导致其机械强度降低,耐热性差,熔融指数小,后加工困难等 。

 

聚醚砜(PESU)的特性

力学性能:PESU为非结晶性树脂,具有在较宽的温度范围内保持稳定的机械性能的特点,100°C温度下的模量在所有热塑性工程塑料中是最高的。

PESU具有与聚碳酸酯相同的耐冲击性。不增强的树脂可以铆接,但对尖细的切口较敏感,因此设计上要注意。

耐热性:PESU具有优异的耐热性,其长期使用温度为180°C,热变形温度为203°C,而玻璃化温度则高达225°C。150°C空气中的耐热老化性实验表明随着热老化时间的推移拉伸强度略有提高,这是由于PESU分子由于受热而自由体积减小,整个分子结构变得更为紧密。

此外,-150°C的低温下制品不开裂。

 

抗蠕变性:PESU的耐蠕变性也极为突出,即使在高负荷下,其耐蠕变性也是极为优秀的。在180℃以下的温度范围内其抗蠕变性是热塑性树脂当中最优异的一种,特别是玻璃纤维增强PESU树脂比某些热固性树脂还好。

尺寸稳定性:PESU的尺寸稳定性好,成型收缩率小,仅为0.6%左右线膨胀系数。其温度信赖性也小,在-100- 225°C较宽的温度范围内保持恒定。特别是30%玻璃纤维增强PESU树脂,其线膨胀系数只有2.3×10-5 /℃,并且直到200℃仍然可以保持与铝相近似的值。

难燃性:PESU具有自熄性,不添加任何阻燃剂即有优异的难燃性,可达UL94V-0级(0.46mm),而且发烟量非常低,为聚四氟乙烯的1/2,仅次于聚醚醚酮。

耐化学性:PESU具有良好的耐化学性,能抵抗酸、碱、油脂、醇类、脂肪烃等多种化学品的侵蚀。但一些强极性溶剂(如酮、三氯乙烯)及浓硝酸,浓硫酸会对聚醚砜树脂的性能产生一定影响。此外,N,N-二甲基乙酰胺,N-甲基吡咯烷酮,二甲基亚砜等可以作为聚醚砜树脂的优良溶剂。



无毒性:在卫生标准方面,被美国FDA认可,也符合日本厚生省第434号和178号公告的要求。

 

PESU的加工成型

聚醚砜的工艺性

a.聚醚砜熔体为假塑性熔体,即熔体黏度随剪切速率的增加成下降趋势。但当聚醚砜在加工温度范围内(310℃-335℃) 长时间或多次反复加工时,则会出现熔体黏度增稠的现象。

其原因是剪切力导致分子链断裂形成了自由基,自由基又会使分子链发生支化或者轻度交联,因而熔体黏度增大,因此聚醚砜熔体不宜再加工设备中停留过长的时间,一般不曾超过40min。

b.聚醚砜在加工强必须干燥处理以除去水分,以防在制品表面出现银纹、气泡和碳化等缺陷,干燥条件为120-140℃烘干10h以上,或者在160°C下烘干3h以上,含水量控制在0.12% (质量分数)以下。

c.聚醚砜的熔融温度范围较窄(约为315-335°C )熔体冷却速度快,熔体黏度大,因此注射成型时应采用较高的注射速率,以避免不能注满模腔的缺陷产生,但过高的注射速率也会导致熔体冲模不稳、喷射和混入空气等缺陷。因此注射速率宜控制比普通塑料快20%左右较好。

d.聚醚砜为无定型聚合物,因此在挤出时出模膨胀现象较小,收缩率也较低,与双酚A型聚砜相比,残余应力也较小。

 

聚醚砜的成型加工方法

聚醚砜虽然是一种高温工程热塑树脂,但仍可以按常规热塑加工技术进行加工。可采用注射成型、挤出成型、吹塑成型、压缩成型或真空成型。但目前工业上以注塑和挤出成型为主。

a.注射成型

聚醚砜注塑宜采用螺杆式注塑机,螺杆为等距变形较好,均化段螺槽应比加工一般塑料时略深0. 04-0.08mm,以免熔体在此段受到过高的剪切摩擦热,注塑机喷嘴应采用直通式,模具设计时应避免出现熔接痕。注射玻纤增强聚醚砜时,注塑压力、模具温度和喷嘴温度相应有所提高。


b.挤塑成型聚醚砜通过挤塑成型可以使粉料造粒、着色,也可以成型管材、棒材、片材、薄膜、电线电缆包覆等许多制品,挤出时螺杆转速不宜太高,料筒温度特别是机头温度应精确控制。挤塑完成后应用PE充分清洗料简和螺杆,对口模等关键部位要用溶剂浸泡擦洗干净。

 

粘接性

聚醚砜树脂具有良好的粘接性,大多数粘合剂(如环氧树脂、聚氨酯、酚醛、硅树脂等)都可以用来粘接聚醚砜树脂以及聚醚砜树脂与其他材料。粘合剂的选择,取决于温度、湿度及其他的环境条件。

聚醚砜树脂进行粘接处理时前期粘接表面必须事先经过去脂,表面粗糙化处理等工作,以保证其表面具有良好的粘附性。一些有机溶剂(如N-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、N,N- 二甲基乙酰胺)也可以作为聚醚砜树脂的粘合剂,只是以此方法处理的聚醚砜树脂在使用过程中当受到机械应力的作用时容易产生应力断裂,因此用有机溶剂粘合的PESU树脂在使用前一定要使溶剂充分挥发。

如果有些聚醚砜树脂配件在使用过程中经常受到高负荷作用力或需频繁移动和更换,则可以使用螺栓、螺丝及其他搭扣配合装置。

 

聚醚砜的应用领域

聚醚砜特有的性能特点决定了它在多种领域都能得到广泛应用。聚醚砜树脂高机械性能、低蠕变性、良好的耐热耐老化性、特别是可以在高温下连续使用及在温度急剧变化的环境中仍能保持性能稳定的突出优点,广泛应用于医疗卫生、汽车制、热水、航天、电子电器等领域。

电器、电子领域

利用PESU的可耐焊锡性、尺寸稳定性好、耐各种清洗剂、可镶嵌金属件、与环氧树脂粘结性好等优点,作为H级绝缘材料用于电子、电器领域。已经开发的主要制品有线圈骨架,电位计的外壳和底座,吹发器零件,印刷线路板、按钮式开关、可控硅的绝缘体,电动工具马达的绝缘体、打印机、送风机、继电器等的线圈骨架、DIP 开关,各类接插件等。还可以采用挤出成型法制成不同厚度的薄膜用于各种电子设备和电器产品。

 

机械领域

利用其高温抗蠕变性,尺寸稳定性、耐油性、韧性好等优点,在一般树脂不能满足使用要求的地方得到了厂泛应用。已经开发的主要制品有各种机器的杠杆、柄、支架等,X-射线装置的观察玻璃,链锯、农机发动机和汽化器等的绝缘体,活塞环,耐热滚珠,齿轮,复印机零件,照相机零件,放映机零部件,工业用吹风机置,汽车空调的零部件,电弧焊枪的手柄,各种分析仪器元件等。

汽车领域

主要利用其在100~190°C广阔温度范围内的刚性和尺寸稳定性,高温抗蠕变性,耐汽油、柴油、各类机油等特长。已经开发的制品有各种轴承保持架,制动轴的轴瓦,点火器的噪音消除器,发动机齿轮,汽化器的线圈骨架,雾灯的反射镜,止推环等。

热水领域

主要利用其在160°C的热水或蒸气中还能保持优异的抗蠕变性,刚性和尺寸稳定性等特点。开发的主要制品有热水、蒸气用阀门,防腐蚀电极的绝缘体,温度传感器的元件,各种液体和粉体泵的泵体和叶轮,散热器阀门,超滤装置用零部件等。

医疗器具、食品加工机械领域

主要利用其可以采用蒸气灭菌、干蒸( 180°C)灭菌、V射线灭菌等灭菌法消毒,而且可以耐反夏消毒等特点。开发的主要制品有接触透镜灭菌器,牙科用钻的柄,外科用容器,注射器,食品工业用阀门和管子。

其他领域

照明设备

可用于电影机的反射镜,聚光镜的反射镜,频闪观测的反射镜,手术照明用的反射镜,雾灯的反射镜,指示灯罩等。

飞机

可用作窗框,热风通风管道,卫生间的内装饰材料。

涂料

由于它有与铁、铅等金属的附着力好,涂层表面硬度高等优点,因此,可用于化工防腐、炊具不粘等的涂料。

形材

PESU可以用挤出成型法制成片材、棒材、管材、薄膜等型材,广泛应用于各个领域。此外, PESU还可用溶液法制成超滤膜或反渗透膜等。

针式滤器PESU-聚醚矾膜为水系膜,具有较高的化学和热稳定性,流速快,耐酸碱能力强,( PH范围1-14),具有高机械强度。

看了这许多,现在的你是否有买买买的冲动?!