聚芳酯(Polyarylate,简称PAR),又称芳香族聚酯,是一种分子主链上带有芳香族环和酯键的热塑性特种工程塑料。由日本Unitika公司1973年实现工业化生产,商品名称为U聚合物,是综合性能非常优良的耐高温塑料。
聚芳酯(PAR)通常由二元酚(如双酚A钠盐)和二元羧酸(如苯二甲酰氯)通过界面缩聚或溶液缩聚制得,化学结构式如下图所示。聚芳酯具有优异的耐热性、透明性、阻燃性、耐冲击性、耐磨性、耐蠕变性、耐紫外线屏蔽性和耐候性,以及良好的电性能等优势。聚芳酯的熔点与热分解温度相差较大,可采用注射、挤出和吹塑等加热熔融的方法成型加工。

聚芳酯的性能
(1)物理力学性能
聚芳酯(PAR)具有优良的耐蠕变 性、耐冲击性、应变回复性、耐磨性,以及较高的机械强度和刚性。表1列举了聚芳酯几个主要品级的物理力学性能。
表1 聚芳酯的物理力学性能
聚芳酯在很宽的温度范围内显示出较高的拉伸强度。
与聚碳酸酯相比,聚芳酯的抗冲强度的绝对值略低,但它与试样厚度的依存性比聚碳酸酷要小,当厚度在6.4mm 以上时,其抗冲强度反而比聚碳酸酯高(表2)。聚芳酯的抗冲强度与分子量(特性黏数)的关系较大,当特性黏数小于0.5时,悬臂梁抗冲强度降至150 J/m以下。在 21 MPa的载荷下,其蠕变量也很小。
表2 聚芳酯和聚碳酸酯抗冲强度的比较
对于高分子材料来说,除了完全弹性体外,外力作用下均会产生永久变形。但聚芳酯显示了优异的应变回复性。表3表示出了聚芳酷、聚碳酸酯和聚甲醛的滞后损失率和形变的关系。从表中可知,聚芳酯的滞后损失小,当形变较大时,聚芳酯的滞后损失比聚碳酸酯和聚甲醒要小得多。在较高的温度下,聚芳酯仍能保持这一优良性能,不致产生过大的残留应变。
表3 聚芳酯及聚碳酸酯和聚甲醛的滞后损失率和应变的关系
(2)热性能
聚芳酯的分子主链中含有较密集的苯环,所以具有优异的耐热性。在1.82MPa下,聚芳酯(U-100) 的热变形温度达175℃。用热重法测定,其初始失重温度为400℃, 分解温度为443℃;用示差扫描量热法(DSC法)测定,聚芳酯的玻璃化转变温度为193℃,比聚碳酸酯约高50℃左右,比聚砜也要高3~4℃。因此,聚芳酯各种性能受温度的影响,要比聚碳酸酯和聚砜更小,而且线膨胀系数小,尺寸稳定性更好。与其他一些工程塑料相比,聚芳酯还具有优良的耐焊锡性和很低的热收缩率(表4)。
表4 聚芳酯及其他工程塑料的热收缩率
聚芳酯属自熄性塑料,不燃。不含阻燃剂的1.6mm厚的试样可达到UL94V-0级。聚芳酯的氧指数为36.8。它除了比含有卤素的聚氯乙烯、聚偏氯乙烯及聚四氟乙烯、聚苯硫酯、聚酰亚胺等低一些而外,比其他塑料,包括含有阻燃剂的品种的氧指数均要高。
(3)电性能
聚芳酯的电性能类似聚甲醛、聚碳酸酯和聚酰胺,而耐电压性特别好(参见表5、表6)。聚芳酯的吸湿性小,它的电性能在潮湿环境中也是十分稳定的。例如,聚芳酯的体积电阻率在干燥环境下为2x1016Ω·cm, 在23'C水中浸泡96 h后,仍有2.8X 1015Ω·cm。聚芳酯的电性能受温度的影响也较小,聚芳酯的体积电阻率在160℃仍能保持1014Ω·cm以上。
表5 聚芳酯的电性能
表6 聚芳酯及其他工程塑料的耐电压性
(4)化学性能
聚芳酯作为非结晶性工程塑料,容易被卤代经、芳香经或酣类溶剂所侵蚀,但其耐酸性和耐油性良好。表7列举了聚芳酯在一些有机溶剂中的内聚能密度及发生溶剂开裂的临界应变值。聚芳酯分子量越小,环境温度越高,溶剂开裂的时间越短。
表7 聚芳酯在一些有机溶剂中的内聚能密度及发生溶剂开裂的临界应变值
(5)其他性能
聚芳酯的透明性优异,折射率为1.61, 比聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸酯均高,而其光线透过率在厚度为2mm时为87%,与聚碳酸酯大体相同。聚芳酯具有优良的耐紫外线照射性。0.1 mm厚的聚芳酯能全部阻挡350nm以下波长的光。聚芳酯是耐候性优异的工程塑料之一。其耐候性明显优于聚碳酸酯。
聚芳酯的技术标准
表8 列出了晨光化工研究院聚芳酯企业标准的技术指标。
聚芳酯的成型加工
1) 成形特性
聚芳酯的熔体黏度较高,在同一温度下,大约为聚碳酸酯的10倍,这就要求有较高的成形温度,以获得较好的流动性。
聚芳酯的流动性与制品厚度也有一定关系,当厚度小于2mm时,流动性便迅速降低。因此,聚芳酯在成形薄壁制品时,应给予较高的温度和压力。
微量水分会引起聚芳酯在成形过程中分解,因此成形前对聚芳酣进行预干燥是十分重要的。含水量通常控制在0.02% 以下。干燥条件为110~140℃、6h。
2) 注射成形
聚芳酯可以用一般的注射机注射成形,但其熔体黏度较大,所需成形温度较高,为防止物料烧结炭化,一般应避免采用装有针型阀的注射机。
聚芳酯的成形收缩率与聚碳酸酯相近,均为0.05%左右。通常注射成形聚碳酸酯的模具,也可用于聚芳酯的注射,但对于形状较为复杂的制品,为弥补聚芳酯流动性欠佳的缺点,则应将模具浇口、流道等加工得稍大些。
聚芳酯在注射成形时的模具温度一般较高,如模温过低,注射成形后制品的残留应变大,有的甚至在不施加任何外力的情况下就产生开裂,对于厚度不均匀及弯角较多的制品,残留应变更大。
在进行模具设计时,应处理好与制品使用寿命密切相关的应力集中问题。在成形有弯角 R 的制品时,选取 R值十分重要。表9列出了具有不同弯角 R值的拉伸抗冲强度。从表中可知,R值小,抗冲强度则明显降低。
表9 具有不同弯角 R值的拉伸抗冲强度
当 R/T (制品厚度)在0.3以下时,应力集中系数迅速增大,在进行模具设计时,R/T一般取0.5以上为好。
表10 列举了聚芳酯的注射成形工艺条件
3)挤出成型
与注射成形相比,聚芳酯挤出成形的温度一般要低10~20℃左右。聚芳酯的熔体黏度较高,为了改善塑化效果,一般采用长径比、扭矩及功率较大的挤出机。为避免剪切发热造成聚芳酯烧结炭化,螺杆的转速不宜过高,螺杆和口模在结构上应尽量减少容易造成物料滞留的部位。
表11列举了聚芳酯挤出成形的工艺条件
4)吹塑成型
聚芳酯可采用吹塑成形方法制造耐热瓶和饮料水用瓶。聚芳酯的吹塑成形工艺与PET相似。一般采用一步法(热型还法)成形工艺,在同一台设备上,先经注射成形制成形坯,然后趁热双轴拉伸吹塑成形。
表12列出了聚芳酯吹塑成形品级U-8400的吹塑成形工艺条件
5)二次加工
聚芳酯的涂装性良好。聚氨酯、环氧树脂及乙烯基类型的涂料对聚芳酯均有很好的黏附性和密着性,而且在涂装时无需使用底漆。利用聚芳酯优良的耐热性,还可对其进行烘烤涂装。
与聚碳酸酯的硬度(铅笔硬度B级)相比,聚芳酯具有更高的硬度 (H级),但为了进一步提高它的硬度及耐擦伤性,还可用有机硅树脂系列的硬质涂料对其进行硬涂处理。
聚芳酯的应用领域
聚芳酯是透明特种工程塑料,具有优良的耐热性、阻燃性、抗冲击性、紫外线屏蔽性和耐候性等特点所以广泛用于电子电器、汽车、机械、医疗及食品等领域。
1)电子电器
主要用作开关(如键盘、透明旋钮、触头、手柄及外壳等),电位器,插座,连接器,线圈绕线管。 继电器(如外壳、基板及起动开关等),发光二极管(如外壳、反射板框、灯头等),照明灯泡零件,干燥器零件,高频电子加热器零件,磁带录音机的滑动零件(如齿轮、摇臂、滑杆等),微型电子计算机零件, LED (大型电子显示器)反射板, CD-ROM (只读光盘)驱动器的结构零件等。
2)汽车
聚芳酯在汽车上,主要用作灯光反射器、照明装置零件、滑动零件及透明零部件等。
3)机械
① 机械设备 聚芳酯主要用于制造塑料泵和各种滑动零部件。
② 办公自动化 聚芳酯可用于制造传真机零件、打印机的凸轮和FDD (电脑软盘驱动器)等。
③ 精密机械 聚芳酯可用于制造手表零件和照相机零件等。
4)医疗及食品
在医疗领域、目前已制造了多种药品中空容器。还制造了假牙及眼耳鼻喉科医疗器械。在食品领域,可用于制造耐热瓶。
5)其他
聚芳酯还可用于制造梳子、眼镜框架和夹子等日用杂货品。
