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工程塑料 |
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特种工程塑料的特点与应用 |
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特种工程塑料亦称高性能聚合物，一般均为根据特殊用途需求而研制，与通用工程塑料相比性能更优异、独特，长期使用温度在200℃以上。自上世纪60年代聚亚胺（PI）问世开始，开发成功并产业化的主要品种有聚亚胺（PI）、聚胺亚胺（PAI）、聚醚亚胺（PEI）、聚苯硫醚（PPS）、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）、聚醚醚酮（PEEK）、液晶聚合物（LCP）和氟塑料等。
聚亚胺
聚亚胺（PI）作为一种性能突出的尖端材料，以其优异的电绝缘性、耐磨性、耐高温、抗辐射和物理机械性能，在机械、电子电气、仪表、石油化工、计量等领域应用迅速增长，已成为全球火箭、宇航等尖端科技领域不可缺少的材料之一。随着航空航天、汽车，特别是电子工业持续快速的发展，迫切要求电子设备小型化、轻量化、高功能和高可靠性。性能优异的聚亚胺在这些领域大有作为，其目前的增长速度一直保持在10%左右，具有广阔的发展前景。
电子插接件要求加工材料具有较高的耐热性能，是特种工程塑料的
应用领域之一（相片提供Photo Courtesy：Solvay Group）
PI树脂可分为热固性和热塑性两大类。杜邦公司的Vespel树脂以均酐和二苯醚胺为基本结构，是典型的热固性PI。因其可加工性差，只能采用流延法制成薄膜使用，应用领域受到限制。目前较具代表性的热塑性聚亚胺主要有GE公司的聚醚亚胺和原阿莫科公司的聚胺亚胺。但这两种材料均存在耐热性能差，加工条件苛刻，在加工过程中性能会有所下降的缺点，呈假热塑性特性。
中国PI的研发基本与世界同步，现已开发了多个品种，如均苯型、偏酐型、联苯二酐型、双酚A二酐型、单醚酐型和酮酐型等。目前国内主要生产厂家有上海合成树脂研究所、常熟航天绝缘材料厂、宝应亚宝绝缘材料厂、西北化工研究院和四川大学实验厂等，估计中国目前总产能约为1500吨。近年来，国内不同企业或研发机构又开发出聚亚胺新品种。中国科学院化学所高技术材料实验室在科技部“863计划”的支持下，研制成功体积收缩率小、固化温度低、树脂储存稳定性好的光敏型BTPA-1000和标准型BTDA-1000聚亚胺专用树脂。其中光敏型BTPA-1000聚亚胺树脂具有特殊的光交联机理，国内多家半导体企业和科研院所已将该材料用于芯片及光电器件的制造。常州市广成新型塑料有限公司与南京工业大学紧密合作，开发出具有良好的热加工性能的热塑性聚亚胺。目前，该技术已产业化，形成200吨/年的生产能力。
聚醚亚胺
聚醚亚胺(PEI)是一种典型的热塑性聚亚胺，具有优良的综合性能，主要应用于电子、电机和航空等工业，并在传统产品和文化生活用品领域作为金属的代用材料。
在电气、电子工业部门，聚醚亚胺材料制造的零部件获得广泛应用，包括强度高和尺寸稳定的连接件、电路板、线圈、软性电路、反射镜、高精密光纤元件等。用它取代金属制造光纤连接器，可使元件结构最佳化，简化其制造和装配步骤，保持更精确的尺寸。
在航空、汽车运输领域，PEI可用于制造飞机的各种零部件，如舷窗、机头部件、座椅靠背、内壁板、门覆盖层以及供乘客使用的各种物件。在汽车领域，PEI被用以制造高温连接件、高功率车灯和指示灯、汽车空调用温度传感器以及控制空气和燃料混合物温度的传感器。
聚苯硫醚具有良好的自润滑性，可用于加工齿轮、轴承等
零部件（相片提供Photo Courtesy：成都乐天）
聚苯硫醚
聚苯硫醚（PPS）具有优异的耐热性，经美国UL认证连续使用温度为200℃~240℃，高荷重热变形温度达260℃以上，同时耐焊锡性极佳。PPS在不添加阻燃剂的情况下，在UL94燃烧性试验中为V-0/5V，是最高级别。PPS具有与PTFE（聚四氟乙烯）相媲美的优异耐化学药品性，目前尚未发现可在200℃以下溶解PPS的溶剂。PPS还具有机械强度高、刚性大、尺寸稳定性好、吸水率低等特点。通过填充碳纤维、氟树脂等润滑剂，可以大幅度提高摩擦、磨损特性。PPS成型加工性优良，流动性好，可进行薄壁、长流程的注射成型。
PPS应用领域广泛，在电气、电子零件领域，用作各种接插件、线圈管、固态继电器、电动机转筒、电容器护罩、磁传感器感应头、电容器等；由于尺寸稳定性好，用作各种精密零件加工，如照相机、转速表、齿轮、手表、复印机零件、电脑零件、CD零件；在汽车领域，用作排气处理装置零件、连接器、汽化器、配油器零件、散热器零件、转向拉杆端部支持、车灯反光镜、灯座、刹车零件、离合器零件、温度传感器、转动零件、油泵等。
PPS在1973年由美国Phillips石油公司首先实现工业化，并以商品名“Ryton”投放市场。在上世纪70年代，中国上海、天津、广州、四川等地对PPS进行了生产与应用的研究开发工作。其中研究最早和最有实力的单位是四川大学材料研究所，取得多项国家专利。2003年该公司在四川省德阳市中国专利技术产业化示范园开工千吨级聚苯硫醚装置，标志着中国聚苯硫醚工业取得长足进展。目前中国聚苯硫醚的生产能力约为2500t/a，生产单位主要有四川华拓科技公司、天津合成材料工业研究所、四川长寿化工总厂、广州市化工研究院、广州化学试剂厂、四川特种工程塑料厂、北京化工研究院等。除四川华拓外，绝大多数规模较小。
聚砜
聚砜（PSF）是透明、水解稳定的塑料，尺寸稳定性好，在室温下具有良好的形变稳定性；具有突出的热稳定性、优良的力学性能、突出的长期耐蠕变性，经长时间使用机械性能仍保持不变。它的耐湿热老化性能优良，寿命在145℃蒸汽下至少为12年。并且，它也是耐燃、耐辐射性、耐化学品的优良品种。
目前，电子电气是PSF的消费大户。电子电气向小型、轻量、耐高温方向发展，促进了PSF消费的增长。PSF可用于制作各种电气零件，如接触器、变压器绝缘件、可控硅帽、绝缘套管、线圈骨架、接线柱、印刷电路板、各种轴套、罩、影视系统零件、电容器薄膜、电刷座、硷性蓄电池盒等。
在航空航天和汽车制造领域，PSF适于制作防护罩元件、电动齿轮、蓄电池盖、电子发火装置元件、灯具部件、飞机内部配件和飞机外部零件、宇航器外部防护罩等。
目前全球PSF的生产能力约为3.5万吨，总消费量3万吨。中国PSF的产能大约为1500吨/年，产量维持在1000吨/年左右。中国PSF树脂牌号很少，主要应用于医疗器械、食品加工机械、电子仪表、纺织等工业。与国外相比，在生产工艺，包括单体合成、聚合、后处理回收等方面都还需要改进和提高，在汽车、航空航天等领域的应用也有待进一步推广。
聚醚砜
聚醚砜（PES）为结晶性树脂，在较宽的温度范围内能保持稳定的机械性能；在180℃以下温度范围内，其抗蠕变性是热塑性树脂中最优异的一种；它具有尺寸稳定性好、耐冲击、耐化学药品性优、难燃性优异等特点。PES不仅可以挤出、注射、模压、吹塑、吸塑加工和制成发泡体，还可以进行镀膜、超声波熔接、机械加工、溶剂粘接涂敷等二次加工。
因为PES具有优异的尺寸稳定性、耐热、阻燃、可耐焊锡、耐各种清洗剂、可镶嵌金属件、与环氧树脂粘接性好等特点，可作H级绝缘材料使用。在电子电气领域主要用于加工线圈骨架、电位计的外部底座、印刷电路板、按钮式开关、可控硅的绝缘体、电动工具马达的绝缘体、DIP开关、各类插接件等。医疗器械通常要求材料透明、强度高和能够经受各种消毒杀菌处理。PES能较好地满足这些要求，广泛用于制备接触透镜、杀菌容器、防毒面具零件、牙科用反射镜支架、人工呼吸器、血压检查管、外科容器和注射器等医疗器械。
PES是英国ICI公司在1972年开发出来的一种特种工程塑料品种。吉大新材料公司现有自主技术研发的300吨/年装置于2002年投产。
聚醚醚酮
聚醚醚酮（PEEK）具有优异的耐高温性。其玻璃化转变温度高达143℃，熔点334℃。它还是韧性和刚性兼备的塑料，特别是对交变应力的优良耐疲劳性是所有塑料中最出众的。PEEK树脂具有出众的滑动特性，适合于严格要求低摩摩擦系数和耐摩耗用途使用。PEEK树脂耐化学品性优良，在通常的化学药品中，能溶解或者破坏它的只有浓硫酸，它的耐腐蚀性与镍钢相近。PEEK树脂具有优异的阻燃性，1.45mm厚的样品，不加任何阻燃剂就可达到最高阻燃标准。PEEK树脂耐γ幅射能力也很强，超过了通用树脂中耐辐照性最好的聚苯乙烯。
PEEK可以替代铝和其它金属材料制造各种飞机内、外零部件。PEEK可取代金属作为制造发动机内罩的原材料，用其制造的轴承、垫片、密封件、离合器齿环等各种零部件在汽车的电机控制系统、ABS刹车系统和空调系统中被广泛采用。在电子电气领域，PEEK可用作H级以及C级绝缘材料，广泛用于电机、发电机、变压器、电容器及电缆、电线等的绝缘或保护层，以及可绕性印刷线路板、载波带、耐热耐药品的环型带等。
PEEK树脂由英国Victrex公司于1977年开发，至今仍以其独家生产经营为主。中国于20世纪80年代开始进行PEEK技术研发，经过近20年的努力，吉林大学特种工程塑料研究中心开发出具有自主知识产权的PEEK树脂合成路线，主要性能达到国外同类产品水平。2003年公司投资形成500吨/年的生产能力。
液晶聚合物
液晶聚合物（LCP）与其它有机高分子材料相比，具有较为独特的分子结构和热行为。它的分子由刚性棒状大分子链组成，受热熔融或被溶剂溶解后形成一种兼有固体和液体部分性质的液晶态。
LCP产品因化学结构和改性方法不同，性能差异甚大，但仍有如下共同的优异特性：高强度、高模量等优良机械性能、突出的耐热性、极佳的阻燃性、高尺寸稳定性和尺寸精度、耐天候老化和耐辐射性好、电性能优良、耐化学品性优良等特点。LCP熔体粘度低，流动性好，故成型压力小，周期短，可加工壁薄、细长和形状复杂的制品。
LCP广泛应用于电子电气（如高密度连接器、线圈架、线轴、基片载体、电容器外壳、插座、表面贴装的电子元件、电子封装材料、印刷电路板、制动器材、照明器材）、光纤通信（光纤二次被覆、抗拉构件、耦合器、连接器、加强筋）、航空航天（雷达天线屏蔽罩、耐高温耐辐射壳体、电子元件）、汽车工业（汽车燃烧系统元件、燃烧泵、隔热部件、精密元件、电子元件）、办公设备（软盘、硬盘驱动器、复印机、打印机、传真机零部件）、医疗器材（外科设备、插管、刀具、消毒托盘、腹腔镜及齿科材料）等领域。
热致性液晶（TLCP）是1976年美国Eastman Kodak公司首次发现PET改性对羟基苯甲酸（PHB/PET）显示热致性液晶之后才开始研究开发的，直到上世纪80年代中后期才进入实用阶段。目前，全球TLCP的年需求量超过2万吨，亚洲地区的市场增长率为30%，是全球TLCP增长最为迅速的地区。中国中科院北京化学所、清华大学、北京大学、浙江大学和成都有机硅应用研究中心等单位，自20世纪80年代开始相继开展了TLCP的研究开发工作。晨光化工研究院已建立起小规模生产装置，并拟合作建设300吨TLCP生产装置。
氟塑料
以聚四氟乙烯为代表的氟塑料具有一系列优良的使用特性：耐高温，长期使用温度达200℃；耐低温，在-100℃以下仍柔软；耐腐蚀，能耐王水和各种有机溶剂；耐天候，有塑料中最佳的老化寿命；高绝缘，体积电阻达1018欧姆．厘米，而且介电性能几乎与温度及频率的变化无关；高润滑，具有塑料中最小的静摩擦系数；不粘附，为固体材料中表面张力最小而不粘附任何物质；无毒害，具有生理惰性，可与血液接触。
由于氟塑料兼备以上种种实用性能，其应用越来越广泛。如化工防腐蚀管道及设备上的衬里和涂层、超纯物质的过滤材料、耐高低温的液压传递软管、耐各种苛刻环境之密封垫圈、低摩擦之桥梁伸缩滑块、各类无油润滑活塞环、高温高频电子仪器的绝缘、可挠电缆、高级印刷线路板、人体血管及心肺脏器的代用品等等。
氟塑料是相对开发较早，应用较为广泛的品种。2003年国内生产能力大约达到24000吨。生产主要集中在浙江、江苏、上海、辽宁4省市，这些地区的产能约占全国产能的80%以上。氟材料的消费分布较广，但原料型氟化工产品的消费也主要集中于上述4个地区。(end)
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(6/16/2005) |
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