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史上最全面各種類塑膠原料物性應用知識4
抗沖擊聚苯乙烯
聚苯乙烯的生產(chǎn)始于1930年，是最早工業(yè)化生產(chǎn)的熱塑性聚合物之一。為了滿足韌性材料的要求，1950年開始開發(fā)橡膠改性聚苯乙烯（即高抗沖擊聚苯乙烯，HIPS）。通過將橡膠加入聚苯乙烯基材，可生產(chǎn)出具有不同性能的各種品級的高沖擊聚苯乙烯。近年來，已開發(fā)出各種特殊品級的HIPS，已有阻燃級、抗應力開裂級、高光澤度級、極高沖擊強度級、玻璃纖維增強級以及低殘留揮發(fā)分級等，它們在許多應用領(lǐng)域中已能與昂貴的工程樹脂相競爭。
抗沖擊聚苯乙烯突出的特性是易加工、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異、沖擊強度高并且有較高剛性。對于HIPS只是在耐熱性。氧滲透性、紫外光穩(wěn)定性和耐油品性方面有一定限度。 化學和性能
抗沖擊聚苯乙烯是通過將聚了二烯橡膠在聚合反應之前溶于苯乙烯單體而制得的。雖然可以用懸浮聚合法制HIPS，但目前工業(yè)上生產(chǎn)HIPS采用的主要是本體聚合法。在本體聚合過程中，苯乙烯單體／橡膠／添加劑的混合體通過一系列反應器，轉(zhuǎn)化率達70～90％。
聚合反應中需加熱或加入引發(fā)劑使反應完成，然后在真空中加熱從樹脂中除去揮發(fā)性殘留單體，再造粒出售?？箾_擊聚苯乙烯根據(jù)其相對的抗沖擊強度分為幾級：中等抗沖擊品級的缺口懸臂梁抗沖擊強度一般為 0．6?1．5 ft．lb／in；高抗沖擊品級的抗沖擊度為1．5?2．5ft.lb／in；極高抗沖擊級的抗沖擊強度為＞2．5 ft．lb／in。有的 HIPS品級其抗沖擊強度值高達6．0 ft．lb／in，但這種樹脂通常用于共混樹脂中以提高低強度品級樹脂的抗沖擊強蔗。
標準HIPS的其它重要性能如下：彎曲強度13．8～55．1MPa；拉伸強度13．8?41．4MPa；斷裂伸長率為15?75％；密度1．035?1．04 g／ml；維卡軟化點185?220°F。
唯一工業(yè)化的摻用HIPS合金是其與聚苯醚的共混物。這種共混物的耐熱性和韌性都很突出，但產(chǎn)品價格比單用HIPS的產(chǎn)品高許多（參見“合金和共混物”P15）。
聚苯乙烯技術(shù)的不斷發(fā)展使生產(chǎn)廠可以生產(chǎn)與標準級PS相比具有更突出性能的品級。聚苯乙烯的許多性能是不能兼而得之的，如欲提高抗沖擊強度，就不得不犧牲光澤度等。目前出現(xiàn)的一些新型樹脂，它們具有ABS的光澤度，同時也有很高的韌性。有些品級如在包裝食品時，可耐各種油脂和用于致冷機時能耐氯氟烴（CFC）發(fā)泡劑的也已開發(fā)出來。阻燃級（UL V－0和 UL 5－V），抗沖擊聚苯乙烯已有生產(chǎn)并廣泛用于電視機殼、商用機器和電器制品。這些樹脂的加工操作比許多阻燃工程樹脂更為容易，價格也更低。
加工
抗沖擊PS可用許多傳統(tǒng)的成型方法進行加工，如注塑成型、結(jié)構(gòu)泡沫塑料成型、片材和薄膜擠塑、熱成型以及注坯吹塑成型等。HIPS樹脂吸收水分較慢，因此一般情況下不需干燥。有時材料表面的水分過多會被吸收，從而影響最終產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。在160°F下干燥2－3h就可去掉多余的水分。
薄膜、片材和型材的擠塑是HIPS用得最多的加工成型方法。抗沖擊聚苯乙烯的加工范圍很寬，因此它成為最容易熱成型的樹脂之一。一般使用普通的擠塑設備樹脂熔融溫度為400?500°F，樹脂的熔體指數(shù)范圍是 1．5?4．0 g/10min。也經(jīng)常采用旋轉(zhuǎn)式、串聯(lián)的和梭式的壓力和真空熱成型設備。HIPS具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和剪切穩(wěn)定性，能夠接用多量的回收料，而不降低產(chǎn)品性能，在熱成型加工中的回收料使用量可高達60％。
注塑成型是僅次于擠塑的用得最多的加工成型方法。樹脂的注塑成型一般是在長徑比為16：1?24：1、壓縮比為2．5／1?3．0／1的往復式螺桿注塑機上進行。加工溫度350?500°F，但對于阻燃級HIPS，其加工溫度必須低于470°F，以防止添加劑產(chǎn)生降解反應。采用注塑成型方法加工的樹脂其熔體指數(shù)一般為 5．0～15．0 g／min。結(jié)構(gòu)泡沫塑料成型方法是常用的工藝，采用化學和物理發(fā)泡劑。
盡管各種HIPS樹脂是被此相容的，但在操作之前要清洗加工設備，以保證良好的產(chǎn)品質(zhì)量，抗沖擊PS與丙烯睛一丁Th烯一苯乙烯共聚物（ABS）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、丙烯酸酯類樹脂以及其它大多數(shù)塑料均不相容，不相容的塑料混合體在加工設備中會產(chǎn)生分離脫層現(xiàn)象，引起物理性能的極大下降。
應用
抗沖擊PS具有易加工性、良好的性能和低價格，因此被用來制造許多用途的制品和工業(yè)產(chǎn)品。主要應用領(lǐng)域有包裝和一次性用品、儀器儀表、家用電器、玩具和娛樂用品以及建筑行業(yè)。
HIPS的最大專一用途是作為包裝和一次性用品材料，特別是食品包裝材料和飲食餐具。主要應用包括日用包裝容器。自動售貨機用和分裝用杯、各種罩蓋、盤。碗等等。一次性用品如盤碟類、瓶蓋、安全剃刀、筆桿等也是HIPS消耗量大的一部分用途。
近年來，特種產(chǎn)品成為HIPS產(chǎn)品開發(fā)的重點。新開發(fā)的HIPS產(chǎn)品在某些應用領(lǐng)域可與工程樹脂競爭，有的比現(xiàn)用的產(chǎn)品質(zhì)量要高得多，儀器儀表和消費電器是HIPS產(chǎn)品不斷增長的市場之一，包括小型儀表、冰箱內(nèi)壁和內(nèi)部零件、電視機外殼、空調(diào)部件、商業(yè)機器以及錄音錄相磁帶盒。特殊級別的HIPS樹脂在許多領(lǐng)域已取代了價高的工程塑料，一種超高抗沖擊強度，耐高溫的HIPS甚至已可用作汽車內(nèi)飾部件。
商業(yè)信息
1992年HIPS樹脂的生產(chǎn)量約為27 ／億lb，幾乎是PS總產(chǎn)量的一半。在美國，抗沖擊 PS有 7個主要生產(chǎn)商： Amoco、 Chevron、 Dow、 Fina、 Huntsman， BASF和Novacor.抗沖擊聚苯乙烯標準級的價格為40一50美分／lb，在成型和擠塑方面，與工程塑料和商品塑料（如聚烯烴樹脂、PVC等）相比，其價格／性能比較好，這是它的優(yōu)勢。
聚苯硫醚
聚苯硫醚是一種半結(jié)晶材料，具有極好的耐高溫、耐化學品、流動性、尺寸穩(wěn)定性和電性能的綜合性能。這種材料可以填充增強纖維和填料以用于注塑。
化學和性能
聚苯硫醚（PPS）從1，4二氯苯和硫化鈉在極性溶劑中制得。
在開始的工藝步驟之后，這種材料在高溫下進行空氣熟化，得到部分枝化的高粘度材料，共性質(zhì)適合進行熱塑塑料加工。
各個公司已有辦法免除這個熟化期，并使材料具有普通線性PPS結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在市場上有兩種形式的PPS：一種的特點是具有部分枝化結(jié)構(gòu)；另一種相對來說更具有線性的PPS結(jié)構(gòu)。后一種產(chǎn)品具有更好的機械強度和更高的熔體穩(wěn)定性。
由于PPS熔融粘度低，因而可以負載高達70％的各種填料和增強劑。不同的填料用量改變材料的強度、電性能、表面性能和尺寸穩(wěn)定性，以及混合料的成本。熱熔化溫度在545°F左右的PPS，能短期內(nèi)經(jīng)受住500°F的考驗。在1．82MPa的負荷下，PPS的熱變形溫度一般高于500T，其上限溫度還取決于所受的應力。
由于 PPS的化學結(jié)構(gòu)中有70％的芳香族化合物和 30％的硫，因此天生具有阻燃性。材料回收利用時，其阻燃性能不會受到影響。維持PPS樣品持續(xù)燃燒所需的最低氧氣濃度在 40％以上，而正常情況下，大氣中僅含有約22％的氧氣，不足以維持 PPS燃燒。用PPS材料制成的部件可以耐受腐蝕性的化學環(huán)境：在低于400°F時，已知的溶劑都不能溶解它。
然而，PPS不能長期用于氧化性的酸中，如熱硝酸。此外，PPS不吸收水分，這一點與尼龍、聚醚酸亞胺和聚酯不同。
加工
PPS注塑加工一般采用傳統(tǒng)的螺旋桿式注塑機，加熱區(qū)溫度范圍為600一680°F。注塑壓力一般在55MPa到83MPa之間，具體值需根據(jù)部件設計和PPS的混合料而定. PPS的高流動率，可以填充長而薄的部分。
加工前，材料應在脫水干燥箱中干燥3?4個小時，干燥溫度為300°F。如果必要的話，盛放于2英寸深的盤子里，用傳統(tǒng)的加熱爐烘干2?4個小時，溫度為300?350°F。未徹底烘干的PPS不會影響部件的均一性，但在加工過程中會引起麻煩。在注塑機桶內(nèi)，集結(jié)在混合料的填料上的水分變成蒸汽，致使注塑機的噴嘴流淌。
要使PPS具有較高的熱尺寸穩(wěn)定性，必須精確控制模具的溫度。測得模具溫度在275?325T之間，材料才能結(jié)晶。低于這個范圍，部件可能是，也可能不是結(jié)晶態(tài)的。如果部件不是完全結(jié)晶態(tài)的，把它放在比原模具溫度高的溫度下使用，部件將開始結(jié)晶。
部件出模后會收縮，這不是所希望的。即使一個部件僅用于不受高熱的化工過程，高模溫也很重要，因為高模溫下加工出來的部件表面光滑，是“富樹脂”的。而對一個冷模塑的部件來說，其中的填料會趨向移向表面，而易受化學物質(zhì)的攻擊。模具受高剪應力的部分應使用淬火鋼，這是因為混合料內(nèi)填料含量高，而填料具有磨損性。
應用
因為PPS材料有高熱變形溫度（HDT）和阻燃性能，并能充填長而薄的截面，它的首要用途就是制造電氣連接件和電氣元件。對于一個電氣連接件來說，一般不需耐500°F的高溫，那為什么又需要高的熱變形溫度（HDT）呢？這里，連接件與印刷電路板之間的聯(lián)接加工方法是關(guān)鍵。隨著新團結(jié)方法的使用，如紅外固結(jié)和汽相固結(jié)，材料所要經(jīng)受的實際溫度高達450°F，PPS在這么高的溫度下能保持其剛度，使插入的連接件的釘接觸面不至于松開。
由于元件趨向小型化，這就要求連接件材料能流動較長的距離，填充更薄的截面。一個連接件的間隔（連接件釘接觸面之間的間隔）一般中心距為 0．1英寸，并正在向 0．05英寸發(fā)展。流動計百好的材料（如 PPS和液晶聚合物）將被考慮取代傳統(tǒng)的聚酯。由于絕緣塑料不應該有容納或傳輸電行的能力，因此．材料中離子含量（金屬含量）低就變得很重要了。降低PPS的離子含量已取得了進展。
汽車工業(yè)是PPS的一個新市場。PPS用作汽車發(fā)動機傳感器和鹵素燈座．但還沒有用作主要部件?，F(xiàn)在發(fā)動機艙正在變小，而對發(fā)動機性能要求卻越來越高。今后五年內(nèi)，汽車發(fā)動機罩下的溫度將會高達340°F，到九十年代中期．會達到400°F以上。隨著發(fā)動機溫度提高，與機油、燃料（汽油和甲醇）、防凍劑、傳導液、剎車液等接觸，對常用于機罩下的塑料來說是十分重要的問題。 PPS具有抗化學和耐高熱的優(yōu)點．正在被考慮用于燃料系統(tǒng)、導管和閥套。
已開發(fā)出可用作反光表面，如前燈和霧燈反光器的專用級PPS。這些牌號的材料可以耐鹵素燈高于400°F的溫度。而且同向熱膨脹性低，使燈在較寬的溫度范圍內(nèi)保持聚焦。PPS常被用作絕緣體（見上表）。然而，隨著一系列從抗靜電到導電的PPS牌號的開發(fā)，許多問題也迎刃而解。例如，用作輸送可燃性流體的化學泵能聚集靜電荷，能產(chǎn)生火花，引起爆炸?？轨o電級PPS比普通級PPS具有更低的表面和體積電阻率，因此，用這種牌號的PPS做泵的 外殼可以接地以防止發(fā)生這類事故。
導電PPS能隨電流升高而加熱至均勻溫度，可用于電阻加熱方面，如：柴油機燃料過濾器的預熱，汽車外鏡除霜，泵體自熱。PPS器具市場包括小型開關(guān)。加熱器內(nèi)殼、電機后罩、電刷架。使用PPS是利用它的高耐熱性和良好的電性能。PPS的耐化學性是它用于工業(yè)和機械市場的主要原因，這包括化學泵（內(nèi)殼和外殼）、閥門、管道配件、油田用部件和塔器填料。
商業(yè)信息
主要生產(chǎn)商有：Miles公司（Tedur牌）； GE塑料公司(Supec牌)；赫司特Celanese公司（Fortron牌）；菲利浦公司l（Ryton牌）。
苯乙烯類熱塑性彈性體（苯乙烯類TPES）
熱塑性彈性體的主要種類中，苯乙烯類熱塑性彈性體（或苯乙烯嵌段共聚物）是應用最廣泛的一種，因為它們能與許多材料混合，如填料、增量劑、改性劑和其它樹脂等。
這種混合可根據(jù)特殊應用的要求，嚴格控制地改變材料的多種性能象粘性、剛性、軟化溫度和內(nèi)聚粘結(jié)強度。因此苯乙烯類TPES有著極為廣泛的應用范圍。相反，苯乙烯嵌段共聚物卻很少以單純的形式應用。
化學與性質(zhì)
正如所有的TPES一樣，苯乙烯類TPES在室溫下，它是以在單一高聚物的鏈內(nèi)或由組成材料而形成的相互貫穿的基體內(nèi)存在軟硬鏈段（或相）為特征的。
例如，在苯乙烯／丁二烯／苯乙烯TPES鏈中，軟相就是橡膠態(tài)的丁二烯中心鏈段，硬相是結(jié)晶態(tài)的苯乙烯兩端鏈段。在常溫下，硬相可以抑制軟的彈性材料流動。
在較高溫度下，這些結(jié)構(gòu)將成為流體并在壓力條件下流動。冷卻時便相再一次形成包含彈性體的基體。
苯乙烯嵌段共聚物的分子是線型的或是支化的。迄今絕大多數(shù)苯乙烯類TPE共混物都是以線型分子為基礎(chǔ)的，也可稱為線型三嵌段共聚物。
這包括苯乙烯／丁二烯／苯乙烯嵌段共聚物；苯乙烯／異戊二烯／苯乙烯嵌段共聚物；苯乙烯／己烯-丁烯／苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯／乙烯-丙烯／苯乙烯嵌段共聚物。
作為一個類型，苯乙烯類TPES顯示出有與硫化橡膠相比擬的強度和伸長率（見表回）。它們其它的特性有：硬度28?95邵氏A（較多的品級適用邵氏A60以下）；抗張強度 2．1-34 SMPa；伸長率250～1300％；使用溫度一110～220°F；密度0．9一1．1，還有較好的電絕緣性能（一些品級已列入UL標準），對水解的穩(wěn)定性，耐酸堿。清潔無毒的品級可用于美國食品及藥物管理局規(guī)定的用途。
一般說來，苯乙烯／乙烯-丁二烯／苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯／乙烯．丙烯／苯乙烯嵌段共聚物都有較好的耐環(huán)境因素特性如熱、紫外線、臭氧和溶劑等。
但它們與苯乙烯／丁二烯嵌段共聚物相比要更貴些。苯乙烯類TPES還具有短期耐油、耐表面活性劑和有機溶劑的性能。
一些硅氧烷改性苯乙烯共聚物的應用日益擴大并引起注意，已把它們作為一個分類來考慮。這種共聚物可常用來代替低硬度橡膠（邵氏A50以下），還能改善加工，得到更平滑的表面，對各種小的或復雜制品脫模性好。目前硅氧烷改性產(chǎn)品有 Concept Polymer公司 C－Flex。
加工方法
苯乙烯類TPES有碎屑、粉料、粒狀三種型式，可在常用的擠塑、吹塑、注塑等設備上進行加工。由于它們不需要硫化，所以在設備上的初期投資是相當?shù)偷摹?
苯乙烯類TPE注塑成型具有周期短的優(yōu)點，和橡膠相比，它的生產(chǎn)流程更短，成本更低。
模具（不需要大量的模腔）的成本與橡膠加工相比也低得多。就加工而言，苯乙烯類TPES和其它熱塑性材料一樣，其邊角料也可以再生。
苯乙烯類TPE嵌段共聚物的擠塑和共擠塑產(chǎn)品有：板材、膜、管材、增強軟管、電線和電纜的絕緣層和護套等。
苯乙烯類TPES與很多材料能相互粘著，包括PS、PE、PP、PC和EVA。為此，苯乙烯類TPES常被用作共擠片材的連結(jié)層。苯乙烯／乙烯-丁二烯／苯乙烯嵌段共聚物可制作阻隔包裝材料，這是因為它們透明、能熱成型、可蒸煮、可在微波爐中用。
苯乙烯類TPES可用于為提高許多材料摩擦系數(shù)的透明薄涂層。注塑和吹塑制備的苯乙烯TPES部件廣泛地應用在汽車、儀表和電器工業(yè)上。
對這類產(chǎn)品來說，通過苯乙烯／乙烯-丁二烯／苯乙烯嵌段共聚物與聚烯烴共混可提高使用溫度和耐溶劑性能。
應用
苯乙烯類TPES的專門應用分為若干重要類型：
鞋類 苯乙烯TPES在制鞋工業(yè)中的應用較為突出，主要是為制作普通鞋和運動鞋注塑鞋底和組合鞋底（鞋跟與鞋底的一種簡單組合結(jié)構(gòu)）。
這些材料提供了鞋的附著摩擦力、低溫柔韌性、耐疲勞和耐磨損的性能。
導線和電纜 苯乙烯類TPES也廣泛用作導線和電纜的絕緣和護套材料。它們還有很好的回彈性和低溫屈撓性，可與交聯(lián)的PE、硫化橡膠和PVC媲美，在汽車主電路導線、設備導線、軟繩索、增壓器電纜和拖車電纜等方面也有競爭力。
苯乙烯類TPES用于導線和電纜還具有其它重要性能，有強度、耐磨性能、耐碾壓、抗沖擊、防火、熱穩(wěn)定性、介電性能等。多數(shù)導線和電纜的結(jié)構(gòu)都符合UL標準，汽車工程師協(xié)會（SAE）和其它的主要的工業(yè)標準。
汽車部件 用重量輕的TPE部件代替汽車上的橡膠和金屬部件，除保持相應的性能外，還可降低制造成本，提高汽車燃料效率。對于這些應用來說，最好的材料是苯乙烯嵌段共聚物，因為在汽車發(fā)動機罩下面的應用需較高的使用溫度，還要有低溫屈撓性能，耐臭氧性能。
一些特殊用途所需品級的抗張強度達到 24.1MPa，可制作暖氣和空調(diào)導管。襯墊、密封圈等。需要裝飾的部分也可以涂漆和燙印。
生物醫(yī)學應用 苯乙烯類TPES制備的醫(yī)療器材的優(yōu)異性能超過了橡膠制品，因為它們沒有象橡膠硫化的殘留物。對這些產(chǎn)品消毒殺菌的有效方法可用環(huán)氧乙烷、放射線、蒸汽。聚硅氧烷改性的苯乙烯嵌段共聚物已較多的用來作為制作醫(yī)療器械的材料。
最新誕生的這些材料改善了拉伸殘余形變和透明度。并且是對硅橡膠。PVC、TPU、TPO和其它應用在醫(yī)療器械工業(yè)中的苯乙烯TPES產(chǎn)品的一類有用的替代品。
為生物醫(yī)用配制的苯乙烯類TPE材料,性能廣泛，有優(yōu)良的生物相容性，可變的硬度范圍，好的回彈性，低的拉伸殘余形變和壓縮殘余形變，及溫度的穩(wěn)定性。
這些材料用作泌尿植入管、醫(yī)用管。醫(yī)用片材和薄膜、球管、醫(yī)用密封圈、墊片和隔膜等。另外，這些TPES可在食品及藥物管理局（FDA）規(guī)定的應用范圍制作外科遮擋簾、醫(yī)用薄膜、嬰兒奶瓶透明奶嘴、配藥管等。
粘合劑、密封劑、涂料、填料 由苯乙烯類TPES能制成高強度的彈性 材和薄膜，它們已成為一種很重要的品種類，可用于配制密封劑和涂料，最大的優(yōu)點是能附著在各種材料上。
它們還可用作屋頂涂料、罐頭密封膠、可剝涂層及提高橡膠基粘合劑和密封膠的性能。
它們的用途還包括組裝用粘合劑、壓敏膠帶、標簽、包裝粘合劑和建筑粘合劑。
抗沖改性 即使將很少量的苯乙烯類TPES添加到PS、PE、PC和PP樹脂中，就能有效地改善這些材料的韌度、和沖擊強度和屈撓性能。
材料的這種改性還改善了雙軸取向PS的回彈性，所生成的熱成型片膜的透明度沒有太大損失。苯乙烯類TPES過改善了HDPE和LDPE吹塑膜的抗沖擊強度和耐撕裂強度。
PP和苯乙烯類TPE共混物的注塑成型產(chǎn)品具有相當高的低溫抗沖擊強度。如把苯乙烯類TPES添加到某些樹脂回收料中，可以改善這些材料的性能。
瀝青 用少量的苯乙烯類TPE進行瀝青改性，從而改善了瀝青的低溫屈撓性、伸長特性和抗疲勞性能。這種改性材料已用作屋頂材料、管材涂料、池槽襯層、密封層。
相容劑 由于它們與許多樹脂都有一定的相容性，所以在兩種或更多種通常不相容的高聚物形成合金過程中，苯乙烯類TPES有時可作為相容劑使用。
商業(yè)信息
目前，可提供苯乙烯類TPES的生產(chǎn)商和銷售商有： Kraton（Shell ChemicalCo．），C-Flex（Concept Polymer Technologies），F(xiàn)inaprene（Fina Oil＆ Chemical），Eurprene（Enimont），and Solprene（Housmex Inc．）
1991年初，不同品級的苯乙烯類TPES的價格范圍為 1．05??4．30 美元／磅。
聚苯乙烯
聚苯乙烯（PS）是一種熱塑性樹脂，由于其價格低廉且易加工成型，因此得以廣泛應用。聚苯乙烯有均聚物（透明粒料）或增韌接枝共聚物或與彈性體的共混體（抗沖擊聚苯乙烯IPS）形式。聚苯乙烯共聚物在物理性能和熱性能上比均聚物有所提高。這幾類聚苯乙烯有多種品級，如標準IPS和標準透明品級、抗環(huán)境應力開裂品級（ESCR）、耐紫外線級。阻燃級、耐磨級、制輕質(zhì)制件的高撓性品級、可發(fā)泡品級、超初級以及低殘余揮發(fā)分品級等。聚苯乙烯樹脂用于制造日常生活中的一次性餐具、汽車部件、包裝材料、玩具、建筑材料、電器和家庭用品等。
