PPS hat ein symmetrisches starres Rückgrat und ist Teil eines kristallinen Polymers, das aus sich wiederholenden para-substituierten Benzolringen und Schwefelatomen besteht.
Polyphenylensulfid ist ein neuartiger funktioneller technischer Kunststoff. Seine Moleküle enthalten wiederkehrende Struktureinheiten aus p-Phenylensulfid, wobei die Hauptkette des Moleküls Phenylensulfid enthält. Sein Molekulargewicht beträgt 10.000–50.000. Polyphenylensulfid ist ein lineares oder verzweigtes Polymer ohne kristallinen Schmelzpunkt. Vor der Vernetzung weist es eine lineare Struktur auf, nach der Vernetzung eine duroplastische Struktur. Es kann durch vollständiges Erhitzen und Abkühlen bis zu einem gewissen Grad erweicht werden.
Polyphenylensulfid wird aus Natriumsulfid und Dichlorbenzol in einem stark polaren Lösungsmittel polykondensiert. Zu den Herstellungsverfahren gehören das Michael-Verfahren, die Selbstkondensation von p-halogeniertem Thiophenat, die Polykondensation aromatischer Polyhalogenide und Alkalimetallsulfidlösungen usw.
Die relative Dichte von Polyphenylensulfid beträgt 1,36. Das Harz ist ein weißes Pulver oder Granulat, hart und spröde, mit hoher Kristallinität und hoher Schmelzviskosität. Polyphenylensulfid hat zwei Molekulargewichte: niedermolekular und hochmolekular. Aufgrund des hohen Schmelzflusses ist eine direkte Formgebung schwierig. Daher ist neben dem Spritzgießen auch eine Vernetzung während des Formens erforderlich. Außerdem muss eine bestimmte Menge Glasfaser oder anorganisches Harz für Spritzguss, Formgebung und Extrusionsformen eingemischt werden. Hochmolekulares Polyphenylensulfid muss nicht vernetzt werden und kann direkt bei der Verarbeitung von Kunststoffprodukten verwendet werden.
PPS hat ein symmetrisches, starres Grundgerüst und ist Teil eines kristallinen Polymers, das aus sich wiederholenden para-substituierten Benzolringen und Schwefelatomen besteht. PPS ist ein spezieller technischer Kunststoff mit hoher Leistung und einem hohen Schmelzpunkt von bis zu 280 °C, der Metalle ersetzen kann. Wie in Abbildung 1 dargestellt, steht es an der Spitze der Polymer-Leistungspyramide. Aufgrund seiner hervorragenden Leistung erfüllt PPS-Harz daher die Materialanforderungen anspruchsvoller technischer Kunststoffprojekte.
1. Eigenschaften von Hochleistungs-Polyphenylensulfidharzen
1. Hochleistungs-PPS-Harz ist ein kristallines Polymer mit hoher Härte. Sein Kristallgehalt beträgt etwa 65 %. Schnelle Kristallisationsgeschwindigkeit, gute Fließfähigkeit und kurzer Formzyklus.
2. Hervorragende Hitzebeständigkeit. Der Schmelzpunkt liegt bei 275–291 °C, die Wärmeformbeständigkeit bei 135 °C und die Wärmeformbeständigkeit nach Glasfaserverstärkung bei bis zu 260 °C. In Luft und Stickstoff beträgt die Anfangs- und Schwächungstemperatur von Polyphenylensulfid etwa 400 °C. In Luft zersetzt es sich bei 700 °C und kann in Inertgas bei 1000 °C noch 40 % seines Gewichts halten. Die Dauergebrauchstemperatur liegt bei 200–240 °C. Die thermische Beständigkeit gegen Gasbarrieren und die thermische Stabilität im Dauergebrauch übertreffen alle gängigen technischen Kunststoffe.
3. Es verfügt über gute mechanische Eigenschaften. Es zeichnet sich durch eine extrem hohe Steifigkeit, eine hohe Oberflächenhärte und einen geringen Steifigkeitsverlust bei hoher Luftfeuchtigkeit aus. Darüber hinaus weist es eine ausgezeichnete Kriechfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit auf. Die Verschleißfestigkeit kann durch die Zugabe von Schmiermitteln wie Fluorharz und Kohlefaser deutlich verbessert werden.
4. Es weist eine ausgezeichnete Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit auf. Neben stark oxidierenden Säuren (wie konzentrierter Schwefelsäure, Salpetersäure usw.) hält es auch der Korrosion anderer Säuren, Laugen und Salze stand und ist in organischen Lösungsmitteln unter 200 °C unlöslich. Seine Korrosionsbeständigkeit entspricht nahezu der von Polytetrafluorethylen. Darüber hinaus weist PPS eine gute Witterungs- und Strahlungsbeständigkeit auf, und seine Leistung wird durch mehrfache starke Ultraviolett-, Gamma- und Neutronenbestrahlung nicht beeinträchtigt.
5. Es hat eine geringe Wasserabsorptionsrate (nur 0,008 %) und Ölabsorptionsrate. Geringe Formschrumpfung und geringer linearer Ausdehnungskoeffizient, das Produkt hat stabile Abmessungen und geringe Verformung und kann auch in einigen feuchten, öligen und korrosiven Gasumgebungen seine Dimensionsstabilität beibehalten, sodass es für Präzisionsformen verwendet werden kann.
6. Hervorragende elektrische Eigenschaften. Hochleistungs-PPS-Harz weist bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit nur geringe Änderungen des Volumenwiderstands auf, und seine Dielektrizitätskonstante ändert sich kaum mit Temperatur und Frequenz. Darüber hinaus ist der Gehalt an Ionenverunreinigungen gering, und das Harz kann in ein Lötbad bei 260 °C eingetaucht werden. Dadurch hält es dem thermischen Schock beim Oberflächenlöten elektronischer Bauteile stand und eignet sich für Produkte mit extrem hohen Anforderungen an die elektrische Leistung. Es weist einen hohen spezifischen Widerstand und geringe dielektrische Eigenschaften auf.
7. Hochleistungs-PPS-Harz hat eine extrem niedrige Schmelzviskosität und eine gute Fließfähigkeit. Es lässt sich leicht benetzen und mit Glasfasern in Kontakt bringen, sodass es sich leicht füllen lässt. Das daraus hergestellte, mit Glasfasern oder glasfaseranorganischen Füllstoffen verstärkte Spritzgusspellet weist eine hohe Schlagzähigkeit, Biegefestigkeit und Duktilität auf.
8. Hochleistungs-PPS-Harz weist eine sehr hohe Bindungsstärke an Glas, Aluminium, Edelstahl usw. auf. Die Bindungsstärke an Glas ist sogar größer als die von Glas.
2. Übersicht über die technischen Kunststoffsorten
Technischer Kunststoff ist ein Kunststoff, der als Konstruktionsmaterial lange mechanischer Belastung standhält und in einem weiten Temperaturbereich sowie unter rauen chemischen und physikalischen Bedingungen eingesetzt werden kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen weisen technische Kunststoffe bessere mechanische, elektrische, chemische, hitze- und verschleißfeste Eigenschaften sowie eine höhere Dimensionsstabilität auf. Im Vergleich zu metallischen Werkstoffen sind sie zudem leicht und eignen sich für komplexe Produktdesigns. Sie verbrauchen beim Formen weniger Energie und bieten weitere Vorteile. Technische Kunststoffe finden breite Anwendung in Branchen wie der Elektronik, dem Bauwesen, der Automobilindustrie, dem Maschinenbau sowie der Luft- und Raumfahrt. Je nach Menge, Leistung und Anwendungsbereich werden technische Kunststoffe in zwei Kategorien unterteilt: allgemeine und spezielle technische Kunststoffe.
Zu den allgemeinen technischen Kunststoffen zählen vor allem Nylon (PA), Polycarbonat (PC), Polyoxymethylen (POM), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyphenylenoxid (PPO) usw. Polymethylmethacrylat (PMMA) ist eine schnell wachsende Kunststoffanwendung.
3. Anwendung von Hochleistungs-PPS-Harz in technischen Kunststoffen
Als technischer Kunststoff verfügen PPS-Formmaterialien über viele hervorragende Eigenschaften und können Metalle, duroplastische Harze usw. ersetzen. Aus diesem Grund werden sie in vielen Bereichen häufig eingesetzt.
(1) Anwendung auf Autoteilen
Der Einsatz von PPS in Autoteilen wird zukünftig das am häufigsten genutzte Anwendungsgebiet sein. Wie in Abbildung 2 dargestellt, wird PPS für Komponenten elektrischer Antriebseinheiten eingesetzt. Denn PPS zeichnet sich nicht nur durch hervorragende Dauerhitzebeständigkeit, sondern auch durch chemische Beständigkeit (Benzin, Motoröl usw.) aus.
Derzeit kann PPS nicht nur die in der Vergangenheit verwendeten Metallteile und Phenolharze ersetzen, sondern auch die Anwendung von PPS in Teilen mit neuartigen Zwecken nimmt zu. Dies gilt insbesondere für Antriebs-, Brems-, Kraftstoff-, Beleuchtungs- und Kühlteile motorbezogener Maschinen sowie für Steuerteile, die diese Maschinen steuern.
(2) Anwendung auf Wohneinrichtungen/OA/Präzisionsgeräte
„Superhartes PPS (40 % GF)“ wird häufig in wasserbezogenen Geräten wie Warmwasserbereitern in Wohngebäuden verwendet. Dies liegt daran, dass „ultrahartes PPS (40 % GF)“ nicht nur die Heißwasserbeständigkeit von PPS aufweist, sondern auch die Eigenschaften von Druckbeständigkeit und guter Zähigkeit besitzt. Es ersetzt nach und nach Metallwerkstoffe und verformte PSA-Werkstoffe, die früher durch Messing repräsentiert wurden.
„Modifiziertes PPS (30 % GF)“ weist aufgrund seiner geringen Kristallinität eine gute Maßgenauigkeit auf und eignet sich für Präzisionsgeräteteile. Gleichzeitig eignet es sich aufgrund seiner hervorragenden Reibungs- und Verschleißeigenschaften für Projekte mit besonderen Anforderungen an die Gleiteigenschaften, wie beispielsweise Zahnräder und Lager.
Bei Laserkopierern, Druckern usw. wird es häufig nicht nur wegen seiner Hitzebeständigkeit und Fixiereigenschaften verwendet, sondern auch für andere spezielle Zwecke, wie z. B. zum Gleiten um Zahnräder oder Lager und zur Stromleitung. Dazu gehört die Anwendung von PPS in Wohneinrichtungen/OA/Präzisionsgeräten.
(3) Anwendung auf elektrischen/elektronischen Bauteilen
Neben hoher Hitzebeständigkeit, Präzisionsformung und Dimensionsstabilität im SMT-Prozess verfügt PPS auch über eine hohe Flammhemmung, die ohne Zusatz von Flammschutzmitteln UL-94V-0 erreichen kann. Diese Eigenschaften machen PPS zu den besten Formmaterialien für elektrische/elektronische Bauteile, wie z. B. Steckverbinder. Hauptsächlich werden glasfaserverstärkte/unverstärkte, vernetzte PPS und lineare PPS mit geringer Gratbildung verwendet. Diese weisen die allgemeinen Eigenschaften von PPS und eine entsprechende Formbarkeit auf und eignen sich für anspruchsvolle und komplexe Formprodukte wie Steckverbinder.
Darüber hinaus eignen sich glasfaser-/mineralgefülltes vernetztes PPS und lineares PPS für optische Oszilloskope, beispielsweise hinsichtlich der Anforderungen an Dimensionsstabilität und Steifigkeit. Bei ultraniedrigem Druck formbares PPS eignet sich zum Versiegeln von Mikrospulen und elektronischen Bauteilen.
(4) Anwendung im Maschinenbau und in der chemischen Industrie
In den letzten Jahren wurde PPS chemisch modifiziert und mit Glasfasern, mineralischen Füllstoffen oder Kohlefasern zu einem Verbundwerkstoff vermischt, der auch im Maschinenbau und in der chemischen Industrie breite Anwendung findet.
(5) Anwendungen im Bereich Lithiumbatterien
Lithiumbatterien sind Batterien, die Lithium im elektrochemischen System enthalten. Aufgrund der relativ aktiven chemischen Eigenschaften von Lithiummetall sind die Umweltanforderungen bei seiner Verarbeitung sehr hoch, weshalb Lithiumbatterien bisher nicht in großem Maßstab eingesetzt wurden. Mit dem Aufkommen des Informationszeitalters hat sich die Mikroelektroniktechnologie, die sich durch geringe Größe, geringes Gewicht, hohe Zuverlässigkeit und schnelle Arbeitsgeschwindigkeit auszeichnet, weiterentwickelt und weiterentwickelt. Mit der zunehmenden Anzahl kleiner und raffinierter Geräte steigen auch die Anforderungen an Batterien. Lithiumbatterien sind weit verbreitet. Polyphenylensulfid (PPS) verfügt über hervorragende Hitzebeständigkeit, Isolierung, elektrische Eigenschaften und weitere Eigenschaften, die den Anforderungen an Materialien im Bereich Lithiumbatterien gerecht werden und ein „intimer Begleiter“ von Lithiumbatterien sind.
(6) Anwendung im Bereich des Umweltschutzes
Die Hauptemissionsquellen für Abgase und Staub sind Eisen- und Stahlwerke, Müllverbrennungsanlagen, Wärmekraftwerke, Zementwerke, Rußwerke und andere Bereiche. Die entstehenden Abgase und Staubpartikel sind mit Problemen wie hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und Korrosion verbunden. Daher müssen die Staubentfernungsmaterialien eine hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Faser-PPS weist eine hohe thermische Stabilität auf und kann dauerhaft bei 200–240 °C eingesetzt werden. Selbst bei einer hohen Temperatur von 260 °C über 1000 Stunden behält es noch 60 % seiner Festigkeit. Die Korrosionsbeständigkeit von PPS ähnelt der von Polytetrafluorethylen, dem „König der Kunststoffe“. In Bezug auf die Flammhemmung sind PPS-Faserprodukte nicht brennbar und erfüllen den UL-94V-0-Standard ohne Zusatz von Flammschutzmitteln. Daher kann der Einsatz von PPS-Faserprodukten in den oben genannten Bereichen die Lebensdauer von Entstaubungsanlagen erheblich verlängern. Staubfilterbeutel sind dabei das am häufigsten verwendete Produkt.
Hochleistungs-Polyphenylensulfidharz wird häufig in technischen Kunststoffprojekten wie elektronischen Geräten, im Baugewerbe, in der Automobilindustrie, im Maschinenbau, in der Luft- und Raumfahrt und in anderen Branchen verwendet. Bei der Durchführung von PPS-Formvorgängen sollten jedoch die folgenden Aspekte beachtet werden:
(1) Vortrocknen. Änderungen im Farbton und in der Fließfähigkeit treten auf, wenn die Pellets bei zu hohen Temperaturen oder länger als nötig getrocknet werden.
(2) Stellen Sie die Zylindertemperatur ein. Eine angemessene Zylindertemperatur liegt im Allgemeinen zwischen 300 und 340 °C. Erhitzen Sie den Zylinder nicht über 350 °C. Insbesondere bei Produkten mit PTFE-Mischung (Fluorharz) liegt der Temperaturbereich zwischen 290 und 320 °C und sollte 330 °C nicht überschreiten.
(3) Verweilzeit im Zylinder. Im Allgemeinen wird sie bei 300 °C innerhalb von 60 Minuten und bei 320 °C innerhalb von 30 Minuten eingestellt.
(4) Im Falle einer Harzzersetzung oder ähnlicher Situationen ist es notwendig, die Temperatur des Zylinders zu senken, um das restliche Harz im Zylinder abzulassen. Schalten Sie nach Beendigung des Formvorgangs und dem Ablassen des restlichen Harzes im Zylinder die Heizung aus.
