常州普威復(fù)合材料科技有限公司


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同為工程塑料,為什么在汽車(chē)應(yīng)用中PPO爭(zhēng)不過(guò)PA66?來(lái)一場(chǎng)性能PK吧!

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在五大工程塑料中,PPO相對(duì)是存在感比較低的一位。盡管它密度低,不易吸水,具有自熄性,機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性都很不錯(cuò),但在市場(chǎng)中,尤其是近些年比較火的汽車(chē)應(yīng)用里并不常見(jiàn)。


這是什么原因呢?我們從工程塑料里選了一個(gè)和PPO綜合性能較為類(lèi)似的材料PA66,比較它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)、熱性能、機(jī)械性能、耐化學(xué)性、耐環(huán)境性和加工特性。


PPO,也稱(chēng)為 PPE,是一種無(wú)定形熱塑性塑料,具有**的尺寸穩(wěn)定性、水解穩(wěn)定性和高耐熱性。而PA66是一種半結(jié)晶性聚酰胺,具有優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度、韌性和耐磨性。


分子結(jié)構(gòu)




PA66的特點(diǎn)是其線性結(jié)構(gòu)和酰胺鍵,使聚合物鏈之間能夠形成氫鍵(圖1),這種化學(xué)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了其拉伸強(qiáng)度、韌性和耐化學(xué)性。PA66也是一種半結(jié)晶材料,有序的結(jié)晶區(qū)域與無(wú)定形區(qū)域交錯(cuò)排列。


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圖1 — PA66 的化學(xué)結(jié)構(gòu)使得酰胺基團(tuán)能夠形成氫鍵。圖片來(lái)源:麥迪遜集團(tuán)


PPO(圖2)是聚苯醚和高抗沖聚苯乙烯 (HIPS) 的可混溶共混物。PPO是一種無(wú)定形材料,以其由苯環(huán)和甲基組成的剛性分子結(jié)構(gòu)而聞名。這種結(jié)構(gòu)使其具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、耐熱性、良好的電氣性能、優(yōu)異的水解穩(wěn)定性,并且可以使用無(wú)鹵阻燃劑。與聚苯乙烯 (PS) 共混后,所得材料具有可調(diào)整的熱性能和機(jī)械性能。

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圖2   — 含有 PPE 和聚苯乙烯混合物的 PPO 的化學(xué)結(jié)構(gòu)。


這兩種材料的比較是一場(chǎng)經(jīng)典的無(wú)定形聚合物與半結(jié)晶聚合物之間的較量。然而,就PA66而言,其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)賦予了其在韌性方面有其他半結(jié)晶材料所不具備的優(yōu)勢(shì)。PPO材料則兼具無(wú)定形材料的優(yōu)勢(shì),并擁有更可定制的性能組合。


熱性能




PA66是一種半結(jié)晶性聚合物,熔點(diǎn) (Tm) 約為 260°C。其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Tg) 范圍為 55°C(干燥)至-37°C(100% RH)。PA66的Tg受濕度影響,因?yàn)樗勺鳛榫酆衔镏麈湹脑鏊軇? 


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圖3 — PPO 與 PA66 的模量與溫度對(duì)比。


對(duì)比PA66和PPO的模量與溫度關(guān)系,可以看出這兩種非晶態(tài)材料和半晶態(tài)材料在熱行為上存在顯著差異(圖3)。PA66在調(diào)節(jié)狀態(tài)下的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于干燥狀態(tài)下的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。高于此玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí),PA66在比PPO材料高得多的溫度下仍能保持模量。如果您的主要目標(biāo)是滿(mǎn)足汽車(chē)引擎蓋下應(yīng)用所需的長(zhǎng)期高溫性能,那么PA66是更佳選擇。


PPE的Tg高達(dá)215°C,在高溫下具有優(yōu)異的耐熱性和尺寸穩(wěn)定性。PPE與其他聚合物共混會(huì)影響其熱轉(zhuǎn)變溫度。這會(huì)導(dǎo)致玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍從PS含量較高的共混物110°C到PS含量較低的共混物175°C。


PPO的熱行為以穩(wěn)定性為特征,從環(huán)境溫度到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,其模量較高。相比之下,聚酰胺材料在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)模量會(huì)降低,并且模量很大程度上取決于材料中的水分含量。因此,您可以信賴(lài)聚酰胺材料在其有效溫度范圍內(nèi)具有相似的性能。

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表1 — PPO和PA66的性能比較。


PA66具有良好的韌性,以及抗沖擊、抗蠕變和抗疲勞性能。其機(jī)械性能受濕度影響,濕度越高,強(qiáng)度和剛度越低,但韌性越高。不過(guò),可以通過(guò)添加玻璃纖維增強(qiáng)材料來(lái)調(diào)整剛度和強(qiáng)度。


在調(diào)節(jié)狀態(tài)下,PA66的拉伸模量較低,但拉伸強(qiáng)度與PPO材料相似。此外,PA66的韌性較高,幾乎與PPO材料的韌性相當(dāng)。這表明,雖然聚酰胺材料的性能會(huì)受濕度影響而發(fā)生變化,但它仍然能夠?yàn)榇蠖鄶?shù)應(yīng)用提供足夠的強(qiáng)度和韌性。此外,PA66還具有優(yōu)異的反復(fù)沖擊韌性、低摩擦系數(shù)和低耐磨性,因此PA66的應(yīng)用范圍更廣泛。


PPO相較于PA66具有顯著優(yōu)勢(shì)的點(diǎn)在于機(jī)械性能和熱性能方面。即使在高溫下,它也能始終保持高剛度和拉伸/彎曲強(qiáng)度。隨著溫度升高,模量?jī)H會(huì)逐漸降低——這對(duì)于在嚴(yán)苛條件下要求性能穩(wěn)定性的應(yīng)用而言,是一項(xiàng)寶貴的特性。此外,PPO的拉伸強(qiáng)度基本不受濕度影響,并在較寬的溫度范圍內(nèi)保持可預(yù)測(cè)性。與在類(lèi)似環(huán)境條件下強(qiáng)度可能會(huì)下降的PA66相比,PPO具有更高的可靠性。這些特性使PPO成為需要耐用性和性能一致性應(yīng)用的理想選擇。


耐化學(xué)性




PA66具有優(yōu)異的耐化學(xué)性,使其成為適用于各行各業(yè)的多功能材料。它對(duì)碳?xì)浠衔?、油和油脂具有極強(qiáng)的耐受性,因此非常適合汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用。


PA66還對(duì)多種溶劑和弱酸表現(xiàn)出良好的耐受性。然而,它對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和氧化劑的耐受性較差,這些因素會(huì)隨著時(shí)間的推移導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)降解。其性能會(huì)隨著所接觸化學(xué)物質(zhì)的溫度和濃度而變化。


PPO具有優(yōu)異的耐化學(xué)性,尤其耐酸、堿和多種有機(jī)溶劑。它具有很強(qiáng)的抗水解降解性能,并且由于吸濕性低,在潮濕環(huán)境中表現(xiàn)良好。然而,PPO對(duì)芳香烴、鹵素和某些酮類(lèi)的耐受性較差。此外,當(dāng)暴露于有機(jī)溶劑時(shí),它容易發(fā)生環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂。


在特定應(yīng)用領(lǐng)域,尤其是在暴露于碳?xì)浠衔铩⒂秃陀椭沫h(huán)境中,PA66展現(xiàn)出比PPO更優(yōu)異的耐化學(xué)性。PA66能夠承受與這些物質(zhì)的長(zhǎng)期接觸,這使其在汽車(chē)和機(jī)械部件領(lǐng)域**優(yōu)勢(shì),因?yàn)檫@些部件經(jīng)常暴露于此類(lèi)環(huán)境中。相比之下,PPO易受碳?xì)浠衔铩⒎枷阕迦軇┖屯?lèi)物質(zhì)的侵蝕,這可能會(huì)限制其在類(lèi)似情況下的性能。雖然PPO能夠耐受多種化學(xué)品,但正是由于其對(duì)這些特定物質(zhì)的敏感性,使得PA66在需要耐久性的應(yīng)用領(lǐng)域中具有顯著優(yōu)勢(shì)。這種韌性加上PA66的機(jī)械強(qiáng)度,凸顯了其在化學(xué)苛刻環(huán)境中的**性能。


雖然PPO由于無(wú)定形特性,通常更容易受到化學(xué)影響,但在多種環(huán)境下,它的性能優(yōu)于PA66。這些環(huán)境包括接觸有機(jī)酸、無(wú)機(jī)氯化物、過(guò)氧化氫和防凍劑。


環(huán)境阻力




PA66擁有**的耐環(huán)境性能,使其成為高要求應(yīng)用的可靠材料。PA66具有優(yōu)異的耐熱老化性能,即使在高溫下也能長(zhǎng)時(shí)間保持其機(jī)械性能。特殊等級(jí)(例如玻璃纖維增強(qiáng) PA66)可承受高達(dá)220°C的高溫,非常適合高溫環(huán)境。


雖然PA66耐多種化學(xué)物質(zhì),但其水解穩(wěn)定性可能會(huì)因長(zhǎng)期暴露于水或潮濕環(huán)境中而受到影響,導(dǎo)致尺寸變化和機(jī)械性能下降。不過(guò),市面上已有穩(wěn)定劑,可在熱液條件下提供更佳的穩(wěn)定性。PA66本身的抗紫外線性能有限,長(zhǎng)時(shí)間暴露于陽(yáng)光下會(huì)導(dǎo)致表面降解和變色。為了增強(qiáng)其抗紫外線性能,通常會(huì)添加穩(wěn)定劑或保護(hù)涂層,使其更適合戶(hù)外應(yīng)用。


PPO以其**的耐環(huán)境性而著稱(chēng),尤其耐潮濕和水解降解。PPO吸濕性低,即使在潮濕環(huán)境下也能保持尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械性能,非常適合需要長(zhǎng)期接觸水的應(yīng)用。此外,PPO對(duì)多種酸、堿和多種有機(jī)溶劑均表現(xiàn)出優(yōu)異的耐受性,確保其在某些化學(xué)腐蝕性環(huán)境中具有耐久性。其固有的熱穩(wěn)定性與其耐受性相得益彰,使其能夠在各種環(huán)境條件下可靠地運(yùn)行。


PPO的水解穩(wěn)定性?xún)?yōu)于PA66,吸水率在所有工程熱塑性塑料中屬于最低水平。這種**的抗吸水性確保PPO保持其機(jī)械完整性,并將性能下降或尺寸膨脹降至最低。相比之下,尼龍66會(huì)吸收水分,導(dǎo)致體積膨脹和干擾應(yīng)力增加,同時(shí)降低剛度和強(qiáng)度。PPO在潮濕或潮濕條件下具有**的穩(wěn)定性,使其成為尺寸精度和穩(wěn)定機(jī)械性能至關(guān)重要的應(yīng)用領(lǐng)域的更可靠選擇。


加工




PA66屬于半結(jié)晶材料,與PPO相比,在成型加工方面具有諸多優(yōu)勢(shì)。首先,PA66的熔體粘度低于 PPO。這使其在填充注塑模具所需的壓力方面更具優(yōu)勢(shì),從而能夠?qū)崿F(xiàn)更長(zhǎng)的流道,并能夠填充更薄的壁厚。


PPO的尺寸控制性能優(yōu)異,且成型收縮率較低。此外,它的比重也低于PA66,因此制造出的部件更輕。


結(jié)論




PPO和PA66之間的選擇取決于具體的應(yīng)用需求。如果您的應(yīng)用需要一種即使在需要在承受各種壓力的情況下也能表現(xiàn)出色,那么PA66無(wú)疑是**選擇。這包括汽車(chē)應(yīng)用、工業(yè)工具以及高溫持續(xù)使用環(huán)境。


PPO在要求高耐熱性、尺寸穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。