汽車工業(yè)用聚苯硫醚材料
摘 要：聚苯硫醚25%用于汽車工業(yè)，主要技術(shù)指標(biāo)是剛性、韌性優(yōu)良的高強(qiáng)度材料，可精密成型的高流動(dòng)性材料和耐磨性，耐冷熱急變性、耐溶劑性好的特種材料。
關(guān)鍵詞：聚苯硫醚 汽車工業(yè)
聚苯硫醚英文名稱Poly(PhenyloneSulfide)，簡(jiǎn)稱PPS，是一種高結(jié)晶性聚合物，在美國(guó)稱之為高性能塑料（Highperformanceplastics），日本則稱之為超級(jí)工程塑料（SuperEng-plaotics）。聚苯硫醚具有剛?cè)嵯酀?jì)的分子結(jié)構(gòu)，200℃下不溶于已知有機(jī)溶劑。能在200—240℃高溫下長(zhǎng)期使用。聚苯硫醚具有優(yōu)異的耐高溫性、耐腐蝕性和耐溶劑性，是高分子聚合物的嬌嬌者。聚苯硫醚樹脂經(jīng)過改性增強(qiáng)，具有很高的剛性和強(qiáng)度，成型加工性好，收縮率極低，尺寸穩(wěn)定。聚苯硫醚氧指數(shù)大于43，無需添加任何阻燃劑，其燃燒性可達(dá)到V-0級(jí)。聚苯硫醚熱分解溫度高，5%失重高于480℃，50%失重高于700℃，分解物毒性極低，屬綠色*型材料。聚苯硫醚樹脂及改性增強(qiáng)材料于上世紀(jì)七十年代初期由菲利浦石油公司（PhillipsPetroleumInternationalInc.）率先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。聚本硫醚材料在高性能工程塑料中具有*優(yōu)的信價(jià)比值，三十年來，聚苯硫醚已被航天、航空、**、電子、家電、機(jī)械、化工、石油、汽車等等行業(yè)普遍采用，目前已成為工程塑料中產(chǎn)量*大，應(yīng)用*廣的新型材料。
聚苯硫醚材料比強(qiáng)度很高，綜合性能優(yōu)異，是汽車輕量化的理想材料。國(guó)外用于汽車零部件已有二十余年歷史。國(guó)外品牌車，無一未使用聚苯硫醚材料，從外飾件到功能部件多達(dá)數(shù)百種，**車的用量已超過26千克，整車重量由此減輕120千克以上。據(jù)*新資料，2003年國(guó)外聚苯硫醚材料在汽車行業(yè)的用量已達(dá)到2萬噸，約占總產(chǎn)量的25%。
汽車用聚苯硫醚材料，隨部件功能各一，要求具有高強(qiáng)度、高剛性、高韌性、耐磨耗、耐腐蝕、耐溶劑性，抗冷熱急變性、抗熱水蠕變性，易加工性和尺寸穩(wěn)定性。樂天塑料開發(fā)的結(jié)構(gòu)材料、耐磨材料、耐腐蝕材料、耐熱急變材料，耐溶劑材料和精密成型材料能滿足汽車工業(yè)日益增長(zhǎng)的材料需求。
1． 結(jié)構(gòu)材料
汽車受力結(jié)構(gòu)件如保險(xiǎn)杠、護(hù)板、踏板、手柄、坐椅骨架等，非受力部件
如前后箱蓋、排氣管、水箱、后視鏡殼、燈罩等，都要求較高的機(jī)械力學(xué)強(qiáng)度。既要求高的剛性，還要求高的抗沖擊強(qiáng)度。系列晶須增強(qiáng)材料，改善了通用40%玻纖增強(qiáng)聚苯硫醚存在韌性差，機(jī)械力學(xué)強(qiáng)度不足等方面的問題，見表1。今后有可能獲得更廣泛的應(yīng)用。
表1
牌號(hào) | 單位 |
高剛性、高韌性 |
通用、GF40%增強(qiáng) |
40%GF+CF |
密度 | g/cm3 | 1.59 | 1.70 | 1.65 |
拉伸強(qiáng)度 | Mpa | 205 | 140 | 180 |
斷裂伸長(zhǎng)率 | % | 2.3 | 1.2 | 1.6 |
彎曲強(qiáng)度 | Mpa | 270 | 240 | 280 |
彎曲模量 | GPa | 16.8 | 10.2 | 15.5 |
有缺口沖擊強(qiáng)度 | KJ/m2 | 12.5 | 8.0 | 10.0 |
無缺口沖擊強(qiáng)度 | KJ/m2 | 55.0 | 32.5 | 46.2 |
熔融指數(shù) | g | 85 | 32 | 55 |
按中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)
2． 耐磨材料
汽車變速齒輪、軸承、軸套、電刷、萬向節(jié)球頭等部件，要求高溫下摩擦
系數(shù)低，自潤(rùn)滑性好。系列材料是PPS/PEEK/PTFE合金材料，較通用30%玻纖無機(jī)物混合增強(qiáng)材料，顯著提高了耐摩擦性，23℃PV值可達(dá)到1900，表2，表3。隨著技術(shù)進(jìn)步，不用潤(rùn)滑油的汽車將有可能實(shí)現(xiàn)。
表2
牌號(hào) | 單位 |
高自潤(rùn)滑性 |
20%GF、無機(jī)物增強(qiáng) | 30%CF增強(qiáng) |
密度 | g/cm3 | 1.56 | 1.65 | 1.58 |
抗伸強(qiáng)度 | Mpa | 65 | 165 | 180 |
斷裂伸長(zhǎng)度 | % | 4.2 | 0.8 | 1.1 |
彎曲強(qiáng)度 | Mpa | 110 | 240 | 270 |
彎曲模量 | Gpa | 4.4 | 12.6 | 18.0 |
有缺口沖擊強(qiáng)度 | KJ/m2 | 7.2 | 10.2 | 5.0 |
無缺口沖擊強(qiáng)度 | KJ/m2 | 50.1 | 55.0 | 25.5 |
熱變形溫度（+1.82MPa） | ℃ | 160 | 260 | 265 |
按中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)
表3
磨耗量（g） (2) | 23℃ | 85℃ | 150℃ |
| 1.14×10-4 | 1.90×10-4 | 2.00×10-4 |
| 6.2×10-4 | 11.4×10-4 | 12.5×10-4 |
PPS/40%GF | 190×10-4 | 260×10-4 | 270×10-4 |
PTFE/30%CF | 6.10×10-4 | 7.90×10-4 | 12.61×10-4 |
3． 耐腐蝕材料
超輕量級(jí)節(jié)能汽車已成為汽車工業(yè)追求的重要目標(biāo)之一。某大公司正在開
發(fā)中的節(jié)能車型，設(shè)計(jì)100km油耗僅為900毫升，此款車大量采用了A1/Mg合金材料。A1/Mg合金材料此強(qiáng)度高，但耐磨耗、耐腐蝕性差，難以抵抗大氣中粉塵、酸性物質(zhì)，鹽基性物質(zhì)的磨耗和腐蝕。系列涂飾材料有優(yōu)異的耐磨擦抗腐蝕性能，附著力達(dá)到0級(jí)，沖擊強(qiáng)度高于5Mpa，硬度達(dá)到HRA80，鹽霧試驗(yàn)超過300小時(shí)，中溫涂飾，施工簡(jiǎn)便，涂層光亮。
4． 抗冷熱急變材料
汽車是交通工具，必須能適應(yīng)各種惡劣氣候環(huán)境，盛夏午間行車，嚴(yán)冬深夜室外停放，溫差達(dá)80℃以上，對(duì)汽車用非金屬材料提出了很高的要求，特別是嵌入金屬端子的電極、傳導(dǎo)器、支架、密封盒等發(fā)動(dòng)機(jī)周邊部件所用的材料，必須能抗-40℃至100℃溫差急變，否則由于金屬嵌件與PPS線脹系數(shù)差一，將導(dǎo)致PPS護(hù)層破裂。系列材料，具有優(yōu)異的抗冷熱急變性，較以前通用的40%玻纖增強(qiáng)材料，綜合技術(shù)指標(biāo)顯著提高，見表4。
表4
牌號(hào) （1） | 單位 |
TDE無機(jī)物增強(qiáng) |
高韌性 |
通用級(jí) |
密度 | g/cm3 |
|
|
|
抗伸強(qiáng)度 | Mpa | 155 | 160 | 170 |
伸長(zhǎng)度 | % | 1.8 | 1.4 | 2.2 |
彎曲強(qiáng)度 | Mpa | 200 | 260 | 215 |
彎曲模量 | Gpa | 11.6 | 14.2 | 10.0 |
有缺口沖擊強(qiáng)度 | KJ/m2 | 8.5 | 9.0 | 10.0 |
無缺口沖擊強(qiáng)度 | KJ/m2 | 42 | 42.6 | 52.3 |
熔融指數(shù) | G | 26 | 53 | 41 |
抗冷熱急變 （2） | 次 | 220 | 80 | 40 |
（1） 按中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)
（2） 參照國(guó)外方法：-40℃—180℃，每次循環(huán)4小時(shí)，升（降）溫過程30分鐘
5． 耐溶劑材料
隨著高標(biāo)號(hào)汽油普及使用，對(duì)汽車相關(guān)部件如油箱、油泵、電磁閥、油管
等部件耐溶劑性提出了更苛刻的要求。歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求油箱泄漏量≤2g/24hr。目前竟相開發(fā)的加油自動(dòng)計(jì)量裝置，要求計(jì)量誤差≤0.2%，其核心部件是一對(duì)橢圓柱齒輪，隨油流入微小動(dòng)力驅(qū)動(dòng)計(jì)量，齒輪、腔體精密配合，只有其相對(duì)誤差小于20μm，才能保證其計(jì)量粒度。這類材料除高剛性、低磨耗外，吸油量應(yīng)低于0.01%，若吸油量過高，材質(zhì)表面溶脹超過1μm，將嚴(yán)重影響其計(jì)量的準(zhǔn)確度，失去使用價(jià)值。系列納米炭素改性材料，吸油量<0.1mg/(cm2·24hr),熔脹層<1μm/(80℃·24hr)。優(yōu)異的耐油性完全可以滿足上述汽車部件耐溶劑性要求。
耐熱水蠕變性是汽車水（冷凍液）箱、水管、熱水電磁閥、泵殼、葉輪對(duì)
高分子材料的另一項(xiàng)苛刻要求。目前泵殼、葉輪已形成幾十個(gè)規(guī)格，尺寸*大130mm(康明斯發(fā)動(dòng)機(jī))，*小6mm（微型車發(fā)動(dòng)機(jī)）。材料，在80-120℃熱水中表現(xiàn)出優(yōu)異的抗蠕變性，較ZC102基本材料提高3倍以上。據(jù)強(qiáng)化試驗(yàn)數(shù)據(jù)推測(cè)，其使用壽命可達(dá)到12500小時(shí)。此類高性能材料2005年3季度可投放市場(chǎng)。
6． 精密成型材料
隨著汽車高能化和輕量化，通用工程塑料如PBT、PA、PPE、ABS等已
不能滿足多嵌件一次成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的組合部件所必須的高絕緣性、耐熱性、蔽光性、超薄結(jié)構(gòu)技術(shù)和工藝要求。
系列納米三氧化二鋁（μm-Al2O3）增強(qiáng)材料，在0.2mm超薄成型方面取得新的突破。成型物表面撓曲度低于1%，平滑光澤，能滿足**電器部件殼體尺寸精度要求，見表5。較通用40%GF增強(qiáng)PPS材料具有更好的尺寸穩(wěn)定性，脫模性和優(yōu)良的成型工藝指標(biāo)。
表5
牌號(hào) （1） | 單位 | SGPPS-ZE204B Al2O3/GF30%增強(qiáng) | SGPPS-ZE2021 30%GF增強(qiáng) | PPS-1 40%GF增強(qiáng) | PPS-11 40%GF增強(qiáng) |
密度 | g/cm3 | 1.62 | 1.60 | 1.67 | 1.66 |
拉伸強(qiáng)度 | Mpa | 210 | 185 | 121 | 196 |
斷裂伸長(zhǎng)率 | % | 2.6 | 1.4 | 1.3 | 2.2 |
有缺口沖擊強(qiáng)度 | KJ/m2 | 12.5 | 12.0 | 7.0 | 10.0 |
熔融指數(shù) | g | 125 | 68 | 51 | 62 |
流動(dòng)長(zhǎng)度 （2） | mm | 8.2 | 4.0 | 3.1 | 4.2 |
撓曲變形 （3） | mm | 1.0 | 1.65 | 7.30 | 5.10 |
(1) 按中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)。
(2) 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)：50mm×20mm×0.2mm型腔，CT310℃、MT145℃、50Mpa
(3)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè):Φ100×1mm型腔，T310℃、MT145℃、80MPa
隨著節(jié)能、*方面要求的不斷提高，作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的汽車工業(yè)，有更多的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。受**石油資源制約，輕量高性能化將是發(fā)展的主要方向。人們期待的100km油耗低于1000毫升的輕型車即將面市，而100km油耗低于1200毫升的豪華車已為時(shí)不遠(yuǎn)，新一代品牌卡車，100km油耗將降低30%以上。汽車輕量化，高性能化離不開高分子材料，作為工程塑料之花的聚苯硫醚，將扮演重要角色，隨著聚苯硫醚潛在用途的不斷開發(fā)，其將在現(xiàn)有輝煌之上作出更**的貢獻(xiàn)。
