聚砜是一类以二氯二苯砜(DCDPS)与双酚 A(BPA)或其他二酚类进行亲核芳香取代聚合得到的热塑性工程塑料。其重复单元由两个苯环通过硫酰基(‑SO₂‑)相连,并在其中一个苯环上带有甲基取代基,结构相对刚性且无结晶性。正是这种刚性芳香‑硫酰‑芳香骨架,使聚砜拥有:
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高玻璃化转变温度(Tg≈185 ℃),在 180 ℃以上仍保持尺寸稳定;
其表现出优异的热稳定性,可长期稳定地在180~220℃的高温下工作,热分解温度约在460℃左右
良好的机械性能:高强度、抗蠕变、冲击韧性好,且在高温下保持刚性;
化学惰性:对多数有机溶剂、酸碱及氧化剂均表现出极低的渗透和膨胀;
展开剩余80%电绝缘性:介电强度高、体积电阻率大,适用于电子电器绝缘部件。
聚醚砜(Polyethersulfone,简称 PES)
聚醚砜的基本结构同样以二氯二苯砜为单体,但在第二步聚合时采用二羟基二苯砜(或其他二羟基芳香化合物)进行亲核取代,形成 苯环‑氧桥‑硫酰基‑苯环 的重复单元,氧桥取代了聚砜中的甲基,使链段更为柔性且完全非晶。这种结构赋予 PES:
更高的玻璃化转变温度(Tg≈225 ℃),在更高温度范围内仍保持刚性;
其出色的热稳定性可从其初热分解温度约460℃、半寿温度约600℃、无结晶温度等一系列的物理性质中体现出来,基本属于完全的非晶材料
其对强酸、强碱、醇类、酮类等均表现出极低的吸水率和化学的侵蚀性,对于长期的高温高压的腐蚀性介质的稳定性也极好.
优秀的机械性能:硬度、拉伸强度、冲击强度均优于同类工程塑料;
良好的电绝缘与阻燃性:介电常数低、介电损耗小,阻燃指数高,适用于高压电气部件。
两者的主要区别
项目 聚砜(PSU) 聚醚砜(PES)
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重复单元结构 苯‑SO₂‑苯‑CH₃(含甲基) 苯‑SO₂‑O‑苯(无甲基,含氧桥)
玻璃化转变温度 ~185 ℃ ~225 ℃
热分解温度 ~460 ℃ ~460 ℃(相近)
结晶性 完全非晶 完全非晶
机械强度 较高,抗蠕变好 更高的硬度与冲击强度
主要应用差异 需要高尺寸稳定性、耐热的结构件(航空、汽车内饰、电子外壳) 需要更高耐热、耐化学、阻燃的膜材料、过滤元件、医疗器械部件
合成工艺概览
1. 聚砜(PSU)
通过对二氯二苯砜(DCDPS)与双酚A在碱性催化剂如氢氧化钾的作用下所实现的亲核的芳香取代反应的聚合, finally得到了具有高分子链的新型的高分子材料。通过对其的热处理或通过将其用合适的溶剂的沉淀等方法对其的分子量都能做到较好的调控。
- 商业产品如 Udel®、Victrex® 系列均基于此路线。
2. 聚醚砜(PES)
- 主要有三种合成路径:
a. 亲核芳香取代:二氯二苯砜与二羟基二苯砜(或二羟基二苯醚)在碱性条件下聚合;
b. 亲电芳香取代:使用硫酰氯与二酚类在 Lewis 酸催化下进行聚合;
c. 共聚法:将 PES 与其他高分子(如聚醚酮)进行嵌段共聚,以调节 Tg 与机械性能。
通过对合成过程的精细调节,如灵活的控制单体的比例、恰到好处的调节反应的温度、对不同的催化剂的合理的选择等,我们就可以实现对所合成的高分子材料的分子量、分子结构的比较好的精细的控制。
典型应用领域
- 聚砜(PSU)
- 航空航天结构件、汽车发动机舱部件、电子电器外壳、光学仪器框架;
- 由于其尺寸稳定性好,也用于精密仪器的支撑件和阀门密封件。
- 聚醚砜(PES)
- 膜技术:超滤、纳滤、血液透析膜、废水处理膜,因其孔径可控、耐化学腐蚀、低蛋白吸附而被广泛采用;
- 医疗器械:一次性手术器械、消毒容器、药品包装;
- 电子电气:高温绝缘件、连接器、印刷线路板基材;
- 汽车与航空:燃油系统部件、热防护罩、发动机进气系统。
性能比较小结
在热性能方面,PES材料的玻璃化转变温度(Tg)相对更高,因而更适合在高温环境下使用;而这两种材料的热分解温度比较接近,都能够在超过180℃的条件下长时间稳定运行。
相比之下,PES的机械性能就略占了上风尤其是在硬度和冲击的强度上都要高出PSU一筹,但PSU却在抗蠕变的性质以及尺寸的保持上都表现的更好。
不管从耐化学性还是对极端的溶剂的渗透的抵抗力上两者都具有了极佳的优越性,但PES的抵抗力更为突出。
依托于对两者的比较来看,PES的熔体的流动性都稍差,但PES的加工窗口相对较窄,加工温度的要求相对较高,而PSU的加工窗口相对较宽,注塑、挤出等工艺都相对更为成熟。
总结
借助对聚砜(PSU)与聚醚砜(PES)的深入研究配资咨询平台,我们发现了这两种同属的硫酰基芳香聚合物在结构的微妙的差别就给其在玻璃化转变温度的高低、机械的强度的大小、对多种化学介质的耐性的高低等方面都呈现出明显的互补的特性.。根据其在不同的人们的使用环境中所体现的特点——如对更高的耐热性、对化学的阻隔的要求、对产品的尺寸的稳定等——都可以对两者之间的材料的选型得出相对合理的最优的的性能与成本的平衡.。
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