特種工程塑料重要應(yīng)用
成都森發(fā)橡塑有限公司專業(yè)生產(chǎn)PI PSF PPS PEEK PES 型材,各種異型制品
特種工程塑料通常指性能更加優(yōu)越、獨特,且目前尚未大規(guī)模生產(chǎn),用途相對較窄,長期使用溫度均在200℃以上的一些塑料材料,比如聚酰亞胺(PI)、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)和聚醚砜(PES)等。這些材料主要應(yīng)用在電子電器、汽車工業(yè)、**產(chǎn)品和航空航天等行業(yè)領(lǐng)域。
聚酰亞胺(PI)是一種耐高溫的聚合物,550℃時能短期保持主要的物理性能,且能長期在接近330℃下使用。它具有優(yōu)良的尺寸和氧化穩(wěn)定性,耐化學(xué)藥品性和耐輻射性能以及韌性和柔軟性均很好,可廣泛用于航空/航天、電氣/電子、機車、汽車、精密機械和自動辦公機械等領(lǐng)域。目前,熱塑性聚酰亞胺主要用于汽車發(fā)動機部件、油泵和氣泵蓋、電子/電器儀表用高溫插座、連接器、印刷線路板和計算機硬盤、集成電路晶片載流子、飛機內(nèi)部載貨系統(tǒng)等。
20世紀50年代,美國和前蘇聯(lián)率先研發(fā)了PI這一耐熱高分子材料。經(jīng)過半個世紀的研發(fā),目前商業(yè)化品種已有10多種,主要品種有聚醚酰亞胺(PEI)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)和雙馬來酰亞胺(BMI)等。目前對PEI的開發(fā)趨勢是引入對苯二胺結(jié)構(gòu),或與其他工程塑料組合,以提高耐熱性。例如,與聚碳酸酯、聚酰胺等工程塑料組合后可提高機械強度;PAI是高強度的聚酰亞胺品種,目前發(fā)展趨勢是增強改性,以及同其他塑料合金化。
為了提高PI的應(yīng)用性能,對PI改性成為今后相當長時間內(nèi)PI的研究與開發(fā)熱點,如聚均苯酰亞胺用石墨或聚四氟乙烯填充后,可以明顯降低摩擦系數(shù),用于制作汽車止推墊圈、高溫剎車片、擋風(fēng)玻璃刮水器,以及飛機的氣體透平發(fā)動機用軸承、軸襯和墊圈;PI添加玻璃纖維或硼纖維后即成為超強級工程塑料,可用于制備噴射發(fā)動機結(jié)構(gòu)部件;含硅PI具有良好的溶解性、透氣性、抗沖擊性、耐候性和粘合性。
據(jù)了解,杜邦公司將在新加坡建成一個Vespel品牌的PI生產(chǎn)裝置,預(yù)計于2007年投產(chǎn)。日本尼桑(Nissan)化學(xué)公司計劃成倍提高用于制造液晶顯示屏的PI產(chǎn)量,其目標是,到2007年將這些產(chǎn)品的銷售額提高到220億日元。 目前,中國的PI生產(chǎn)廠家大約有26家。其中,中科院長春應(yīng)化所開展PI研發(fā)已有40余年,開發(fā)的PI相關(guān)技術(shù)已獲得包括美國磚利在內(nèi)的30余項發(fā)明磚利,其PI產(chǎn)品已在發(fā)電機組、空壓機、**包裝機械、傳輸泵密封等高技術(shù)領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。目前,該產(chǎn)品已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),年生產(chǎn)能力200t,已有17個牌號被試制出,產(chǎn)品可用于汽車和飛行器發(fā)動機、通訊儀器、建筑機械、工業(yè)機械、商用設(shè)備、電子電器、分析和*療設(shè)備以及傳輸和紡織設(shè)備等領(lǐng)域。
聚砜(PSF)樹脂剛性和韌性好,耐高溫、耐熱氧化,可在—100℃~150℃的溫度范圍內(nèi)長期使用,抗蠕變性能優(yōu)良,耐無機酸、堿、鹽溶液的腐蝕,耐離子輻射,無毒,絕緣性和自熄性好,容易成型加工,因此被廣泛應(yīng)用于航天/航空、電子電器、中空纖維、高分子功能薄膜、食品容器、*療器械、紡織機械、家電和汽車等領(lǐng)域。
目前**主要的PSF生產(chǎn)企業(yè)有BP公司、巴斯夫公司、ICI公司和俄羅斯謝符欽克工廠。主要的消費市場集中在美國、日本和西歐。在PSF改性材料開發(fā)上,**上除了玻璃纖維增強的高剛性PSF復(fù)合材料外,還開發(fā)了許多高性能的PSF合金,如聚砜/聚酰胺、聚砜/橡膠、聚醚砜/聚苯硫醚以及聚醚砜/聚碳酸酯等。
中國目前的PSF樹脂生產(chǎn)能力為1500t/年,產(chǎn)量維持在1200t/年左右。中國PSF樹脂牌號很少,主要應(yīng)用于*療器械、食品加工機械、電子儀表、紡織等工業(yè)。與國外相比,不僅在生產(chǎn)工藝,包括單體合成、聚合、后處理回收等方面有待提高,在汽車工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用也有待進一步推廣。
聚苯硫醚(PPS)具有優(yōu)異的耐熱性、阻燃性、絕緣性,其強度和硬度均較高,機械性能優(yōu)良,制品尺寸穩(wěn)定性好,可用多種成型方法進行加工,并且可以精密成型。由于PPS與無機填料、增強纖維的親和性以及與其他高分子材料的相容性好,因而可制成不同的增強填充材料及高分子合金,用途十分廣泛,主要用于汽車、電子電器、機械、石油、化工、制藥、輕工等行業(yè)。
目前,國外PPS的生產(chǎn)能力約為8萬t/年,生產(chǎn)量約為5.5萬t/年,生產(chǎn)量與需求量基本平衡,且需求以每年20%~30%的速度遞增。其中,美國每年生產(chǎn)PPS樹脂約2.1萬t,年消費量約1.8萬t;日本每年生產(chǎn)PPS樹脂約2.3萬t,年消費量約1.5萬t。據(jù)預(yù)測,**PPS需求年增長率約為10%,到2008年需求將達8萬t/年。
**PPS生產(chǎn)廠家主要有美國菲利浦斯石油公司(產(chǎn)能為9800t/年)、美國Fortron公司(產(chǎn)能5500t/年)、日本東麗-菲利浦斯公司(產(chǎn)能8500t/年)、日本吳羽化學(xué)工業(yè)公司(產(chǎn)能8000t/年)、日本東曹-保士谷公司(產(chǎn)能5000t/年)、日本東燃石化公司(產(chǎn)能7200t/年)等。據(jù)說,雪佛龍菲利浦斯化學(xué)公司將使其Ryton品牌PPS的產(chǎn)能翻番,在德克薩斯州博格地區(qū)的裝置能力將從1萬t/年提高到2萬t/年,新裝置預(yù)計2007年中期投產(chǎn)。Ticona公司與韓國Kureha公司在美國的合資企業(yè)Fortron公司是優(yōu)越的線性PPS生產(chǎn)商,該公司也將使其在美國北卡羅利娜州威明頓(Wilmington)的線性PPS生產(chǎn)能力到2007年初達到1.5萬t/年。
中國目前PPS的生產(chǎn)能力約為4000t/年,實際年產(chǎn)量約為1500t。
聚醚醚酮
聚醚醚酮(PEEK)是一種新型的半晶態(tài)芳香族熱塑性工程塑料。英國于20世紀70年代末開發(fā)成功并投入工業(yè)化生產(chǎn)。80年代中期,PEEK在英、美等國的航空航天工程上得到應(yīng)用,90年代以來開始被應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域,成為當今熱門的高性能工程塑料之一。
PEEK屬耐高溫?zé)崴苄运芰?,可?50℃下長期使用。PEEK在高溫下還能保持較高的強度,在200℃時的彎曲強度達24MPa左右,比PTFE在常溫下還高;在250℃下彎曲強度和壓縮強度仍有12~13MPa。PEEK的剛性較大,尺寸穩(wěn)定性較好,線膨脹系數(shù)較小,接近于金屬鋁材料。PEEK化學(xué)、熱穩(wěn)定性好,對酸、堿及幾乎所有的有機溶劑都有強的耐腐蝕性能,同時其自身具有阻燃性,在火焰條件下釋放煙和有毒氣體少,抗輻射能力強。PEEK具有突出的摩擦學(xué)特性,耐滑動磨損和微動磨損性能優(yōu)異,尤其是能在250℃下保持高的耐磨性和低的摩擦系數(shù)。此外,PEEK易于擠出和注射成型,加工性能優(yōu)異,成型效率較高。PEEK可與其他聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚砜(PESU)、聚醚酮(PEK)、聚酰亞胺(PI)等共混,也可采用碳纖維、玻璃纖維、晶須、ZrO2、CuO等復(fù)合增強,形成性能更優(yōu)越的復(fù)合材料。PEEK廣泛應(yīng)用在機械、石油化工、核電、軌道交通等領(lǐng)域,可用來制造壓縮機閥片、高壓蒸汽球閥座、軸承保持架、化學(xué)泵齒輪、滑動軸承、密封件、活塞環(huán)、滑履等機器零部件,產(chǎn)品質(zhì)量輕、使用壽命長,還能降低機器運轉(zhuǎn)噪音。另外,由于PEEK具有很好的電性能,因此可制成傳感器。
目前,**PEEK樹脂年消費量約3000t。其中,歐洲約占48%,美國約占41%,亞太約占6%,其他地區(qū)約占5%。
PEEK樹脂由英國Victrex(威格斯)公司開發(fā),至今仍基本上由其一家生產(chǎn)經(jīng)營。Victrex公司是迄今大的PEEK生產(chǎn)商,其市場銷量連續(xù)以每年20%的速度增長。可以說,Victrex公司處于PEEK市場的壟斷地位。2004年初,Victrex公司將位于英格蘭西北部城市黑池附近的ThorntonCleveleys的PEEK生產(chǎn)能力擴大到2800t/年,并建設(shè)了第2套二氟二苯基甲烷(DEDPM)原料裝置。Victrex還確定投資4300萬歐元在ThorntonCleveleys新建一套1450t/年的PEEK裝置,該項目有望在2007年底完成。此外,2005年6月,Victrex公司以約3000萬美元收購了德固賽公司在英國錫爾圣茲的PEEK主要原料4,4-二氟二苯甲酮(BDF)裝置,其中包括氟硼酸裝置,由此而完成了對Victrex公司PEEK產(chǎn)業(yè)鏈的擴充工作。
目前,德固賽公司也計劃進入PEEK市場領(lǐng)域。2005年6月初,德固賽公司與吉林大學(xué)組建了一個合資企業(yè),命名為吉大-德固賽公司。在**三大PEEK生產(chǎn)商中,德固賽是僅次于Victrex公司的笫二大生產(chǎn)商。該合資企業(yè)將開發(fā)和生產(chǎn)PEEK和聚醚砜(PES)工程聚合物。
印度Gharda化學(xué)公司是**上少數(shù)幾家PEEK生產(chǎn)商之一,現(xiàn)生產(chǎn)能力約80~100t/年。該公司計劃在1年內(nèi)將其在Panoli的PEEK裝置能力翻番,并于3年后再進一步擴增能力。目前Gharda公司在歐洲、印度和美國均申請有PEEK生產(chǎn)磚利。
比利時索爾維公司于2005年12月中旬收購了印度Gharda化學(xué)公司聚合物分部,從而提高了其高功能聚合物包括PEEK的地位。荷蘭LNP工程塑料有限公司推出了2種PEEK復(fù)合材料新品種ThermocompLF-100-12和ThermocompLF-1006。據(jù)悉,這種新型復(fù)合材料價格并不太貴,但具有較高的力學(xué)強度性能,并且其制品的熱性能和耐化學(xué)腐蝕性能也非常好。
中國于20世紀80年代開始PEEK技術(shù)的研發(fā),并在90年代初投入小批量商品化生產(chǎn)。
聚芳醚酮
聚芳醚酮是一類耐高溫?zé)崴苄蕴胤N工程塑料,近年來各大跨國公司都投巨資開發(fā)新品種。長春應(yīng)用化學(xué)研究所曾于1985年制備出一種可溶解的無定型聚芳醚酮,開創(chuàng)了可溶性聚芳醚酮的發(fā)展史。由大連理工大學(xué)開發(fā)的特種工程塑料雜萘聯(lián)苯型聚醚砜酮性能優(yōu)異,一舉打破了我國該領(lǐng)域長期遭遇的他國禁運封鎖。該產(chǎn)品已在工業(yè)廢水、廢氣處理、回收、海水淡化和國防工業(yè)等領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。
大連理工大學(xué)研究組以價廉易得的苯酚、苯酐為基本原料,經(jīng)溶液縮合聚合反應(yīng),研制成功既耐高溫又可溶解的聚芳醚酮新品種聚醚砜(PPES)和聚醚酮(PPEK)。PPES耐溫等級高,且成本顯著低于PPEK;而PPEK的力學(xué)性能優(yōu)于PPES。在綜合PPEK、PPES兩項磚利技術(shù)的基礎(chǔ)上,該小組又開發(fā)成功了雜萘聯(lián)苯型聚醚砜酮(PPESK)共聚樹脂,兼具了兩者的優(yōu)點。PPESK可以采用多種方法加工成型,可以廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電氣、核能、精密機械等**技術(shù)領(lǐng)域。