冲破传统塑料的超性能聚合物普通二极管

冲破传统塑料的超性能聚合物

冲破传统塑料的超性能聚合物 2011： 相对于金属、陶瓷和热固性塑料，人们对热塑性材料提出了更苛刻的要求，同时也使得热塑性材料的性能变得更加多样化，产品种类和品级也被更进一步地细化，拓展了高性能聚合物的应用范围。以前，若需要同时具有良好的耐热性、耐化学性，以及高刚性和高强度的热塑性塑料，可供选择的材料屈指可数，基本上只有聚醚醚酮（PEEK）、热塑性聚酰亚胺（TPI）、聚苯并咪唑（PBI）、高温聚砜和聚酰胺-酰亚胺（PAI）几种，而且这些材料基本上都只是来自某一家生产商的一个树脂系列，它们分别在诸如汽车、半导体、航空、电子/电气行业或其他一些工业领域中赢得了市场优势。现在，越来越多的生产商开始进入这一市场，并带来了更多可供选择的树脂系列。在这里，可以通过一种“超性能聚合物”来说明高性能聚合物的发展状况。尽管传统的高性能热塑性塑料，如高温尼龙、聚砜、聚醚砜、液晶聚合物（LCP）、聚醚酰亚胺（PEI）和PPS在价格和性能上优于标准的工程热塑性塑料，但它们的耐热性和耐化学性并不强，且在加工处理和脆性方面也存在不足。与之相比，超性能聚合物则同时兼具优异的热性能（热变形温度（HDT）≧240℃）和其他极佳的多重特性，如高强度、高刚度和耐化学性等，这使得超性能聚合物从“高性能”材料中脱颖而出，在高性能聚合物中独占鳌头。Solvay公司的“超性能聚合物”生产线的营销主管Chris Wilson先生说：“就单一性能而言，超性能聚合物的各项性能并不一定最好，但其综合性能却是极佳的。”

图1 新型PEEK的流动性是传统PEEK的2倍，可用于替代薄璧电子连接器中的LCP和 PBT，而这些电子连接器通常需要处于无铅焊接温度中（照片来源：Degussa HPP公司）

竞争因素目前，超性能聚合物的市场需求量仍然很小，估计：Victrex公司）

PEEK/ PBI合金有未增强、玻纤增强和耐磨性3种类别，不久还将会推出一种新型的碳纤维增强产品。这种T系列材料的连续使用温度可提升至300℃，而未改性的PEEK只有260℃。在半导体行业中，该系列产品可应用于可拾取硅晶片的机械手终端受动器，还可用于轴承和止推垫圈等领域。目前，Victrex公司正着手研发一些新型的PEEK及混合物。新品级的PEEK具有很高的流动性，是传统PEEK的2倍，可用于替代薄壁连接器中的LCP和PBT，而这些连接器通常都是处于无铅的焊接温度下，而且比上一代连接器更小、更薄。除了Solvay公司的2个PEEK系列产品外，JIDA Degussa公司也生产出了另一种新型的PEEK系列产品Vestakeep PEEK。此外，Degussa高性能聚合物与中国长春的吉林大学投资建成的合资公司也生产PEEK产品，Degussa占80%的股份。据Degussa公司的战略项目主管Christian Bierhaus先生介绍，吉林大学在PEEK的生产方面拥有15多年的丰富经验。2005年，Degussa从德国的Ticona GmbH公司收购了聚芳醚酮（PAEK）的相关专业技术和专利，拓展了Degussa原有的技术基础。Vestakeep PEEK采用了与Victrex和Solvay相似的化学原料，在中国生产并由Degussa进行市场推广。Degussa的Bierhaus先生认为，人们越来越关注通过将部件轻量化来实现能量的节约，这也是PEEK需求量急剧增长的主要原因。他说：“早在10年前，我们根本没有必要替换金属传动装置。然而，由于出现了独特的高性能聚合物可实现部件的轻量化并降低能量消耗，用塑料替换金属生产传动装置就显得十分必要了。”像PEEK这类的超性能聚合物同样还能满足工业，如电子行业的需求。Vestakeep PEEK具有高的耐热性（其HDT范围在153℃～240℃之间）、良好的耐化学性和力学性能，可与传统的PEEK相媲美。Degussa的Vestakeep生产线可生产8种产品品级，其中包含了4种未增强型树脂，其粘度从低到高可分为Vestakeep 1000G、2000G、3000G和4000G，可应用于传动装置、医用器械和挤出成型的产品中。增强型产品品级通过30%玻纤或碳纤维增强，可应用于生产刚性、低热变形的外罩产品。4000 FC30是一种特殊的产品，含有10%的石墨、10%的碳纤维和10%的聚四氟乙烯（PTFE），可用于自润滑的轴承和传动装置。Vestakeep PEEK的应用领域还包括混合和多层共挤出。与Victrex公司相比，Oxford公司是一家规模较小的PEEK供应商。该公司成立于2003年，其PEEK的供应以每年35%的增长率递增。该公司的总经理Scott Defelice先生说：“市场的进化只需经历很短的时间。目前市场的不断扩张是因为许多行业对材料性能的要求不断提高，并超过了传统工程热塑性塑料所能达到的性能要求。”Oxford公司通过采购树脂具备了“适度”的混合能力。该公司的Oxpekk产品线包含了适用于注塑成型和挤出成型在内的10种产品品级。它们由一些未经填充的、或是经玻纤或碳纤维增强的高粘度和低粘度的树脂组成。OxPekk产品的玻璃化温度（Tg）可达162℃，而一般PEEK的Tg温度仅为142℃。OxPekk的抗压强度（30000psi）也比一般的PEEK高。OxPekk另一个重要特点就是晶化速度缓慢，据说这可以降低成型部件的内应力。但是，OxPekk产品的价格比一般的PEEK高20%。两种TPI产品GE塑料凭借其新研发的热塑性TPI产品成功地打入了超性能树脂市场。这种高聚物Extem是一种无定形高聚物，具有可与其他超性能高聚物相匹敌的性能，其加工性能也得到了改善，与Ultem聚醚酰亚胺相差无几，耐热性则较Ultem好。Extem的Tg温度高达311℃，可在230℃的环境下连续工作。Extem产品线由2大系列和7类树脂组成，新开发的产品品级有望于今年推出。Extem UH树脂具有最强的耐热性和耐化学性，并显著增强了抗氯化溶剂腐蚀（如二氯甲烷）的能力。高流动性XH树脂的Tg温度为267℃,可用于生产复杂的薄壁部件。GE塑料希望在今年之内将Extem的商业化应用推广至半导体、通讯和电子/电气行业中。目前，GE塑料正与其旗下的LNP业务部门共同开发一种含有结晶性树脂的混合材料，以期达到更好的流动性和耐化学性。该产品的目标应用领域包括：井下石油作业和天然气设备、轴承和传动装置。新型耐磨性和静电耗散型Extem树脂和混合材料也在研发当中。GE塑料还计划于明年推出其第3种系列产品Extem VH。与现在的材料相比，Extem VH树脂具有和现有材料相同的流动性和耐热性，而抗冲击强度却高出3倍以上。目前，该产品主要由GE塑料位于美国的一家小规模工厂进行供应。GE塑料还计划于2008年在西班牙的Cartagena地区兴建一家大规模的Extem VH工厂。Extem是进入热塑性TPI领域的两大产品之一，另一种是由三井化学生产的，其产品早在20世纪90年代初就先于Extem进入热塑性TPI市场了。三井化学的Aurum TPI产品的连续使用温度高达465℃，拉伸强度可达38000psi，且具有低的透气性和高的耐化学性。目前，该公司正在开发一种HDT温度高达300℃的高温品级产品。三井化学的业务总监Masayuki Makihara先生表示，Aurum树脂可应用于汽车、工业和半导体领域中的注射成型件，如齿轮、密封环、轴承、轴衬、止推垫圈、电绝缘器等，还可应用于半导体和硬盘用的托盘和携带器等。Aurum可挤出厚度为0.75～22mils的薄膜，也可挤出厚度为1mils的薄壁管道、棒和电线/电缆绝缘材料。PBI PBI是一种独特的无定形热塑性塑料，目前只有一家供应商能够生产供应。1983年，Celanese公司将PBI作为一种应用于宇航员衣服的阻燃纤维推出并成功实现了商业化生产。随后，该公司将此项业务出售给了PBI高性能产品公司。据说，Celanese PBI产品是所有热塑性塑料中Tg温度（427℃）和HDT温度（264psi时温度为435℃）最高的。该PBI材料可在短时间内处于760℃的高温，而在处于-196℃的超低温时还能保持各项性能。PBI不会燃烧，在1000℉时也几乎不会生成烟雾或尾气。当压力达到58000psi时，PBI的抗压强度最大，这也是所有热塑性和热固性塑料最大的。由于不存在固定的熔点，在高温（475℃）和高压（8000psi）的压制成型过程中，Celazone粉末的大小可以为100筛。PBI还可以以纤维或溶液的形式出售。Celazole U-60是应用于化学工业和航空工业的衬套和密封件理想的标准品级产品。高纯度的U-60SD品级可应用于对微量金属非常敏感的半导体行业中。目前，两家日本的供应商——东京的AZ Electronics公司和神户的Splas公司还提供了一种由碳纤维增强且具有静电耗散性能的Celazole U-60ESD品级产品。(end)

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