一文了解：特種工程塑料的基本性能

特種工程塑料是一類具有綜合性能較高、長期使用溫度在150℃以上的工程塑料材料，如聚苯硫醚 （PPS）、聚酰亞胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、液晶聚合物（LCP）和聚砜（PSF）。這些塑料具有剛性骨架，高熔點(diǎn)且分子鏈排列有序，在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。特種工程塑料主要應(yīng)用于電子電氣和特種工業(yè)領(lǐng)域，滿足高溫、耐腐蝕和耐磨等特殊性能需求，用于制造電子元件、絕緣材料、化工設(shè)備和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件等。

特種工程塑料行業(yè)主要的分類標(biāo)準(zhǔn)包括材料類型、性能特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)材料類型，特種工程塑料可分為聚苯硫醚（PPS）、聚酰亞胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、液晶聚合物（LCP）和聚砜（PSF）等。

特種工程塑料的研發(fā)背景是受當(dāng)時(shí)國際上的軍備競賽所推動(dòng)。當(dāng)時(shí)歐美各大公司都投入了大量的財(cái)力、人力競相開發(fā)。從20世紀(jì)60年代初到80年代基本定型，下面介紹一下如下幾種特種工程塑料：

1. 聚酰亞胺（PI）

聚酰亞胺（PI），最早是由美國杜邦公司開發(fā)成功的，商品名為Kapton，屬于非晶聚合物，Tg 在400℃以上。

聚酰亞胺是分子主鏈中含有酰亞胺環(huán)（-CO-NH-CO-）的芳雜環(huán)高分子化合物，具有良好的電氣絕緣性能、機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性、耐老化性能、抗輻射性能、低介電損耗等優(yōu)異性能，且這些性能在-269-400℃的溫度范圍內(nèi)不會(huì)有顯著變化，被列為“21世紀(jì)最有希望的工程塑料之一”。

聚酰亞胺（PI）的重復(fù)單元結(jié)構(gòu)式為：

2. 聚酰胺酰胺（PAI）

聚酰胺酰亞胺（PAI），最早是由日本東麗株式會(huì)社研發(fā)成功的商品名為 Torlon，屬非晶型、非熱塑性聚合物，Tg=285℃。

聚酰胺酰亞胺是公認(rèn)的高性能可熔融加工聚合物。在化學(xué)上，它屬于酰亞胺樹脂家族。在超高性能聚合物中，PAI 在高溫條件下的負(fù)載強(qiáng)度特別出色。即使接近玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）或軟化點(diǎn) 537°F (280°C)，它仍能保持其剛性，并以其**的抗壓強(qiáng)度和抗蠕變性長期抵抗靜態(tài)負(fù)載下的變形。聚酰胺-酰亞胺的耐磨性、廣泛的耐化學(xué)性和耐高能輻射性使其性能更加出眾，非常適合應(yīng)用于最嚴(yán)酷的服務(wù)環(huán)境。

聚酰胺酰亞胺（PAI）的重復(fù)單元結(jié)構(gòu)式為：

3. 聚醚酰亞胺（PEI）

聚醚酰亞胺（PEI），是由美國GE公司在20世紀(jì)70年代開發(fā)商品名為 Ultem，屬非晶聚合物，Tg = 217℃。它與前兩者不同，屬熱塑性聚酰亞胺，可用熱塑性加工工藝進(jìn)行擠出成型和注射成型。

聚醚酰亞胺（PEI）是高性能材料聚酰亞胺家族的一員，該家族還包括聚酰胺酰亞胺（PAI）。 PEI 是一種無定形熱塑性塑料，其聚合物結(jié)構(gòu)包括與聚酰亞胺（PI）分子結(jié)構(gòu)的醚（E）連接。這種改性使 PEI 可以通過注塑和擠壓進(jìn)行熔融加工，而這正是傳統(tǒng)聚酰亞胺材料（如 PI）的局限所在。

聚醚酰亞胺的基本形態(tài)是透明的琥珀色。其性能特點(diǎn)是強(qiáng)度重量比高，強(qiáng)度保持力高達(dá) 200°C (390°F)，具有長期抗熱氧化性、良好的電氣性能以及固有的耐化學(xué)性和阻燃性。PEI 在長時(shí)間暴露于蒸汽和熱水后仍能保持其特性，這也是食品加工設(shè)備和需要強(qiáng)力清洗或消毒的醫(yī)療應(yīng)用的一大優(yōu)勢。

聚醚酰亞胺（PEI）的重復(fù)單元結(jié)構(gòu)式為：

4. 聚砜（PSU）

聚砜（PSU或PSF），是20世紀(jì)60年代末由美國UCC公司開發(fā)成功并商品化，商品名為UDEL，屬非晶聚合物，Tg = 192℃。

聚砜的主鏈中含有苯環(huán)，且－SO2－基團(tuán)的硫原子處于最高的氧化狀態(tài)，因而抗氧化性能、機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性較好，醚鍵的存在又提供了一定韌性。此外，聚砜還具有無毒、可自熄、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在航天航空、汽車、餐具、醫(yī)療設(shè)備等多領(lǐng)域均有所應(yīng)用。

目前已商品化且較為成熟的聚砜樹脂有三類：雙酚A型聚砜（PSU）、聚亞苯基砜（PPSU）和聚醚砜（PES）。

聚砜（PSU）的重復(fù)單元結(jié)構(gòu)式為：

5. 聚醚砜（PES）

聚醚砜（PES），是20世紀(jì)70年代由英國 ICI 公司開發(fā)成功并商品化，商品名為PES，屬非晶聚合物，Tg = 225℃。

聚醚砜（PES）分子結(jié)構(gòu)中既不含熱穩(wěn)定性較差的脂肪烴鏈節(jié)，又不含剛性大的聯(lián)苯鏈節(jié)，而主要由砜基、醚基和次苯基組成。砜基賦予耐熱性，醚基使聚合物鏈節(jié)在熔融狀態(tài)時(shí)具有良好的流動(dòng)性，易于成型加工，在對(duì)苯撐結(jié)構(gòu)上交替連接砜基和醚基能得到非結(jié)晶性的聚合物。

PES被人們譽(yù)為是一個(gè)綜合了高熱變形溫度、高沖擊強(qiáng)度和優(yōu)良成型性的工程塑料。

聚醚砜（PES）的重復(fù)單元結(jié)構(gòu)式為：

6. 聚芳酯（PAR）

這是一族芳香聚酯類產(chǎn)品的總稱，其中最早開發(fā)成功并商品化的一種是由日本UNITIKA公司于20世紀(jì)70年代初開發(fā)完成的，商品名為：U-polymer，屬非晶聚合物，其中U-100的 Tg = 193℃。

聚芳酯（PAR），是分子主鏈上帶有苯環(huán)和酯基的特種工程塑料，主鏈芳環(huán)密度高，提高了耐熱性，熱變形溫度175℃℃；主鏈含有對(duì)位和間位苯環(huán)鏈節(jié)，阻礙了聚合物分子結(jié)晶，為無定形透明聚合物。透明性與PC、PMMA相比毫不遜色、具有接近90%的透光率；在較大溫度范圍內(nèi)彎曲回彈性好，耐蠕變性出色；耐候性能優(yōu)異，可阻止低于350nm的紫外線通過，長期戶外條件下，機(jī)械性能基本不變；具有自熄性，燃燒時(shí)發(fā)煙量少，無毒。

聚芳酯（PAR）可采用注射、擠出、吹塑等加熱熔融的加工方法?？捎糜谀透邷氐碾姎狻㈦娮雍推嚬I(yè)方面的元件和零部件，也常用作醫(yī)療器械。

聚芳酯（PAR）的重復(fù)單元結(jié)構(gòu)式為：

7. 聚苯硫醚（PPS）

聚苯硫醚（PPS），是20世紀(jì)70年代由美國飛利浦公司**開發(fā)成功并商品化，商品名為Ryton，屬結(jié)晶聚合物，Tg = 88℃，Tm = 277℃。

聚苯硫醚（PPS）由苯環(huán)和硫原子交替排列構(gòu)成，使得PPS結(jié)構(gòu)規(guī)整，擁有較高的結(jié)晶度，結(jié)晶度高達(dá)75％，熔點(diǎn)高達(dá)285℃。同時(shí)苯環(huán)為PPS提供良好的剛性和耐熱性，而硫醚鍵賦予PPS一定的柔順性。聚苯硫醚（PPS）具有優(yōu)異的耐熱性、阻燃性，絕緣性和耐腐蝕性，其熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、電性能等綜合性能，長期耐熱性高達(dá)220℃。因此，PPS 被譽(yù)為繼聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET）、聚甲醛（POM）、尼龍（PA）、聚苯醚（PPO）之后的“世界第六大工程塑料”。

聚苯硫醚（PPS）的重復(fù)單元結(jié)構(gòu)式為：

8. 聚醚醚酮（PEEK）

聚芳醚酮（PAEK）是一種由亞苯基環(huán)通過氧橋和羰基（酮）連接而生成的結(jié)晶型聚合物。由于結(jié)構(gòu)不同，聚芳醚酮種類多樣，主要有聚醚酮（PEK）、聚醚醚酮酮(PEEKK)、聚醚酮醚酮酮（PEKEKK）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）等幾個(gè)品種。

其中，聚醚醚酮（PEEK），是20世紀(jì)80年代由英國 ICI 公司**開發(fā)成功并商品化，商品名為PEEK，屬結(jié)晶聚合物，Tg = 143℃，Tm = 334℃。

聚醚醚酮（PEEK）是在主鏈結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)酮鍵和兩個(gè)醚鍵的重復(fù)單元所構(gòu)成的聚合物。聚芳醚酮分子結(jié)構(gòu)中含有剛性的苯環(huán)，因此具有優(yōu)良的高溫性能、力學(xué)性能、電絕緣性、耐輻射和耐化學(xué)品性等特點(diǎn)。聚芳醚酮分子結(jié)構(gòu)中的醚鍵又使其具有柔性，因此可以用熱塑性工程塑料的加工方法進(jìn)行成型加工。聚芳醚酮產(chǎn)品普遍耐磨、尺寸穩(wěn)定性好、具備自潤滑，同時(shí)具備較低的介電常數(shù)，因此適合作為嚴(yán)酷工況下的零部件使用。另外，其氧指數(shù)較高，不易燃燒，屬于自熄材料，阻燃性好。由于聚芳醚酮中只含有C、H、O三種元素，因此燃燒后的氣體無毒，是較好的阻燃材料。

PEEK 的熔點(diǎn)(Tm)高達(dá) 340℃，高熔點(diǎn)使 PEEK 具有優(yōu)異的耐高溫性。纖維補(bǔ)強(qiáng)級(jí)PEEK的熱變形溫度可高達(dá)315℃，而長期的連續(xù)使用溫度 (UL 946B)可達(dá) 260℃，短期耐熱溫度高達(dá)300°C。即使在260°C下使用5000小時(shí)，強(qiáng)度也幾乎與初始狀態(tài)相同，且熱穩(wěn)定性優(yōu)異。因此，PEEK在惡劣的環(huán)境中使用壽命長。