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接插件最理想的高性能工程塑料--聚苯硫醚
时间: 2015-10-10 来源: 未知 作者: 点击:
一 引言
近年来，由于高新科学技术突飞猛进的发展以及国防建设的需要，对于接插件来说，一般常用的工程远远不能适应新时代、新技术的要求。因此高性能，如：聚苯硫醚（PPS）由于具有耐高温、高强度、高绝缘、阻燃等特点，而获得广泛的应用。
早在19世纪末有人开始对聚苯硫醚的合成进行了研究。直到1967年美国菲利浦石油股份公司开发研究了聚苯硫醚的改良合成法，1973年该公司正式投入工业化生产，商品名RY-TON（雷腾），并开始向全世界销售。
聚苯硫醚（PPS）是在分子主链上具有苯硫基，且具有结晶性链状聚合物，其化学结构为： PPS的主要特性在很大程度上决定于它的化学结构简单而又巧妙，每一个芳香环和一个在对应的硫原子交互变化，这种结构具有极高的稳定性。由于它的几何形状是互相对称的，且有高度的线性，其结果PPS可以很容易地极快速地结晶，并可达到极高的等级度。进而显示出极高的熔点（Tm=285℃）。
另外PPS聚合物在惰性云雾气体中，即使达到1000℃时，还可残存40%的聚合物，显示出它具有优异的耐热性。此外其阻燃性、耐化学药品性、尺寸稳定性等也极为出众，具备了作为高性能工程塑料的各种特点。
二 特性
由于PPS分子结构特点，故具有以下特性：
(1)耐热性
具有优异的耐热性，经美国UL认证连续使用温度为200℃～240℃，高荷重热变形温度达260℃以上，同时焊锡耐热性极佳。(2)阻燃性
燃烧安全是综合评价临界氧指数、燃烧气体检查、气体毒性等决定的。PPS在没有添加阻燃剂的情况下，在UL94燃烧性试验中为V-0/5V，是最高级别。
此外NASA（美国太空总署）调查研究证明，PPS燃烧安全性最高。
(3)耐化学药品性
具有与PTFE（聚四氟乙烯）相媲美的优异耐化学药品性，目前尚未发现可在200℃以下溶解PPS的溶剂。
(4)机械特性
高强度、高刚性。在高温下，机械性能下降少，具有卓越的耐蠕变性能和耐疲劳性。
(5)尺寸稳定性
成型收缩率极小，吸水性低。线性膨胀系数小。因此在高温或高湿度的条件下，也表现出优异的尺寸稳定性。
(6)电气性能
在高温、高湿、高频率的条件下，表现出优异的电气性能。
(7)磨擦、磨损特性
通过填充碳纤维、氟树脂等润滑剂，可以大幅度提高摩擦、磨损特性。
(8)成型加工性
由于流动性好，可进行薄壁的、长流程的注射成型。
三.成型加工
3.1 成型工艺综述
用于工程塑料的PPS一般都添加有玻璃纤维或无机填料。因此大多选用螺杆式注射成型机进行加工。但要选用专门为玻璃纤维增强的工程塑料设计的螺杆和料筒。喷嘴可使用开放型喷嘴，但为了防止喷嘴流延建议使用封闭式喷嘴。喷嘴的加热圈要能单独控制。喷嘴先端的口部为2-3°的倒锥。直径为φ3-6为宜。封闭式喷嘴的清洗很不容易，必须拆开加以清除树脂，建议采用专用喷嘴。
成型加工之前，树脂必须干燥。建议干燥温度为150℃-160℃，2-3小时，若使用热风干燥时，放置于盘中的原料高度不应高于50mm。若使用除温干燥机，其入口温度露点需为-40℃。
通常大型制品成型时，周期较长。树脂在料筒内停留时间也增加。这时如果料筒温度过高，停留时间过长，树脂的颜色会变成黑色，流动性也差。但对树脂的性能没有太大的影响。因此对于大型制品采用较低的料筒温度。如果树脂在料筒内停留时间过长，有可能在料筒内硬化，加工时，一定要避免这种现象发生。特别要注意，停机前一定要清洗料筒。
下面是PPS成型加工工艺参数表：注射温度不同制品的表面光度就不一样，注射速度越快，表面光泽越好。但容易发生制品翘曲，烧焦，一般选择中等注射速度，较高注射压力进行成型。
由于PPS是结晶性树脂，成型厚壁制品时，通常为提高结晶度，必须延长冷却时间，对于薄壁制品，即使是多模腔，每一个循环周期10-30秒就足够了。
成型时螺杆转速一般为40-100RPM，而高循环成型时虽可采用200RPM以上，但此时树脂易发热，料筒温度设定要偏低。
PPS是结晶性树脂，模具温度的高低，对制品物理机械性能，收缩率大小，翘曲变形有较大的影响，一般根据制品要求来确定，大绝在50℃-150℃之间。
成型后，料筒的清洗通常使用低熔融指数的聚乙烯，为了缩短清洗时间，使用成型温度高的聚砜、聚碳酸酯（最好是玻纤增强的）等较为有效，即使用再生料也有很好的效果。用玻纤增强树脂清洗后，为了保护成型机的料筒和螺杆，最后应当用不含填充料的树脂进行清洗。
3.2 成型收缩 PPS一般的成型收缩率见下表：PPS是结晶性树脂，在成型时其结晶度随模具温度而变化，因此收缩率就随模具温度而变化。
PPS一般的成型收缩率见下表：3.3 结晶化对性能的影响
PPS是结晶性树脂，结晶度的大小，对制品的性能（如冲击强度、长期热变形温度、表面硬度、耐蠕变性、耐热水性及耐候性等）及成型收缩率等都有影响。因此在成型时应适当控制模温，但未必一定非要把PPS树脂的结晶度提高不可，应按制品性能要求加以控制结晶度。以达到PPS的最大优点，适当的控制结晶度可使尺寸再现性变佳，凹陷及翘曲现象消失，耐冲击强度增大。超声波焊接性能提高。
下面是模具温度对结晶度的影响
树脂最高结晶度为65%
PPS制品经退火也会使结晶度提高。退火条件随制品壁厚而不同，一般为200℃-240℃，2-4小时即可。经退火处理的制品，由于内部残余应力的消除，所以特性稳定（退火后增加尺寸稳定性和螺钉保持力等）但在退火时由于进行结晶化，制品因结晶而收缩，故须先考虑由退火而产生的尺寸变化。
一般随着树脂结晶化的提高，制品的物性在下述变化：
（1）热变形温度提高（高温特性）
（2）刚性增加（弹性模量提高）
（3）常温下抗拉强度稍低，但在高温的云雾气体中的抗拉强度提高。
（4）云雾气体中，95℃以下抗折强度降低，但在95℃以上抗折强度增加。
（5）冲击强度降低
（6）尺寸经时变化性而耐蠕变性特优
（7）剪断强度提高
（8）制品的表面光泽转佳（但若退火处理转劣）
（9）表面硬度稍有增加
（10）收缩率增加，高温尺寸下稳定性提高
（11）线热膨胀系数降低
3.4 再生料
再生料的使用，根据制品性能而定。一般推荐再生料使用率为30%以下，在粉碎时，请注意异杂物的混入，并把粉末筛去。
四.应用
PPS具有极优的耐热、耐化学药品性及电气性能，因此广泛应用在各工业领域中作为高性能绝缘体或各种金属代用品。
4.1电气、电子零件
接插件、线圈管、开关、插座、电视频道旋钮、固态继电器、电动机转筒、电容器护罩、刷柄、磁传感器感应头、微调电容器、电解电容器、熔丝支持件、接触断路器、印刷基板、电路片支持物、电子零件、VTR零件、熨斗零件、调理器零件、电锅零件、电子零件洗净处理具、热敏电阻、IC零件。
4.2精密零件
照相机、转速表、齿轮、手表、复印机零件、测定机器、电脑零件、FDD零件、CD零件。
4.3汽车零件
排气处理装置零件、刷柄、点火零件、汽油泵座阀、连接器、汽化器、配油器零件、散热器零件、转向拉杆端部支持、车灯反光镜、灯座、刹车零件、离合器零件、温度传感器、转动零件、油泵。
4.4机械零件
泵外壳、泵轮、阀、流量计、压缩机零件、齿轮、绝缘板、指标灯、滑轮、钩、凸缘、喷嘴、管托架、计测量计、风扇。
五.结束语
多年的应用结果表明：PPS能提高产品的可靠性和各项性能。最高可靠性连接器最为理想的工程塑料，也是高性能工程塑料中价格最适中的材料。(end)
近年来，由于高新科学技术突飞猛进的发展以及国防建设的需要，对于接插件来说，一般常用的工程远远不能适应新时代、新技术的要求。因此高性能，如：聚苯硫醚（PPS）由于具有耐高温、高强度、高绝缘、阻燃等特点，而获得广泛的应用。
早在19世纪末有人开始对聚苯硫醚的合成进行了研究。直到1967年美国菲利浦石油股份公司开发研究了聚苯硫醚的改良合成法，1973年该公司正式投入工业化生产，商品名RY-TON（雷腾），并开始向全世界销售。
聚苯硫醚（PPS）是在分子主链上具有苯硫基，且具有结晶性链状聚合物，其化学结构为： PPS的主要特性在很大程度上决定于它的化学结构简单而又巧妙，每一个芳香环和一个在对应的硫原子交互变化，这种结构具有极高的稳定性。由于它的几何形状是互相对称的，且有高度的线性，其结果PPS可以很容易地极快速地结晶，并可达到极高的等级度。进而显示出极高的熔点（Tm=285℃）。
另外PPS聚合物在惰性云雾气体中，即使达到1000℃时，还可残存40%的聚合物，显示出它具有优异的耐热性。此外其阻燃性、耐化学药品性、尺寸稳定性等也极为出众，具备了作为高性能工程塑料的各种特点。
二 特性
由于PPS分子结构特点，故具有以下特性：
(1)耐热性
具有优异的耐热性，经美国UL认证连续使用温度为200℃～240℃，高荷重热变形温度达260℃以上，同时焊锡耐热性极佳。(2)阻燃性
燃烧安全是综合评价临界氧指数、燃烧气体检查、气体毒性等决定的。PPS在没有添加阻燃剂的情况下，在UL94燃烧性试验中为V-0/5V，是最高级别。
此外NASA（美国太空总署）调查研究证明，PPS燃烧安全性最高。
(3)耐化学药品性
具有与PTFE（聚四氟乙烯）相媲美的优异耐化学药品性，目前尚未发现可在200℃以下溶解PPS的溶剂。
(4)机械特性
高强度、高刚性。在高温下，机械性能下降少，具有卓越的耐蠕变性能和耐疲劳性。
(5)尺寸稳定性
成型收缩率极小，吸水性低。线性膨胀系数小。因此在高温或高湿度的条件下，也表现出优异的尺寸稳定性。
(6)电气性能
在高温、高湿、高频率的条件下，表现出优异的电气性能。
(7)磨擦、磨损特性
通过填充碳纤维、氟树脂等润滑剂，可以大幅度提高摩擦、磨损特性。
(8)成型加工性
由于流动性好，可进行薄壁的、长流程的注射成型。
三.成型加工
3.1 成型工艺综述
用于工程塑料的PPS一般都添加有玻璃纤维或无机填料。因此大多选用螺杆式注射成型机进行加工。但要选用专门为玻璃纤维增强的工程塑料设计的螺杆和料筒。喷嘴可使用开放型喷嘴，但为了防止喷嘴流延建议使用封闭式喷嘴。喷嘴的加热圈要能单独控制。喷嘴先端的口部为2-3°的倒锥。直径为φ3-6为宜。封闭式喷嘴的清洗很不容易，必须拆开加以清除树脂，建议采用专用喷嘴。
成型加工之前，树脂必须干燥。建议干燥温度为150℃-160℃，2-3小时，若使用热风干燥时，放置于盘中的原料高度不应高于50mm。若使用除温干燥机，其入口温度露点需为-40℃。
通常大型制品成型时，周期较长。树脂在料筒内停留时间也增加。这时如果料筒温度过高，停留时间过长，树脂的颜色会变成黑色，流动性也差。但对树脂的性能没有太大的影响。因此对于大型制品采用较低的料筒温度。如果树脂在料筒内停留时间过长，有可能在料筒内硬化，加工时，一定要避免这种现象发生。特别要注意，停机前一定要清洗料筒。
下面是PPS成型加工工艺参数表：注射温度不同制品的表面光度就不一样，注射速度越快，表面光泽越好。但容易发生制品翘曲，烧焦，一般选择中等注射速度，较高注射压力进行成型。
由于PPS是结晶性树脂，成型厚壁制品时，通常为提高结晶度，必须延长冷却时间，对于薄壁制品，即使是多模腔，每一个循环周期10-30秒就足够了。
成型时螺杆转速一般为40-100RPM，而高循环成型时虽可采用200RPM以上，但此时树脂易发热，料筒温度设定要偏低。
PPS是结晶性树脂，模具温度的高低，对制品物理机械性能，收缩率大小，翘曲变形有较大的影响，一般根据制品要求来确定，大绝在50℃-150℃之间。
成型后，料筒的清洗通常使用低熔融指数的聚乙烯，为了缩短清洗时间，使用成型温度高的聚砜、聚碳酸酯（最好是玻纤增强的）等较为有效，即使用再生料也有很好的效果。用玻纤增强树脂清洗后，为了保护成型机的料筒和螺杆，最后应当用不含填充料的树脂进行清洗。
3.2 成型收缩 PPS一般的成型收缩率见下表：PPS是结晶性树脂，在成型时其结晶度随模具温度而变化，因此收缩率就随模具温度而变化。
PPS一般的成型收缩率见下表：3.3 结晶化对性能的影响
PPS是结晶性树脂，结晶度的大小，对制品的性能（如冲击强度、长期热变形温度、表面硬度、耐蠕变性、耐热水性及耐候性等）及成型收缩率等都有影响。因此在成型时应适当控制模温，但未必一定非要把PPS树脂的结晶度提高不可，应按制品性能要求加以控制结晶度。以达到PPS的最大优点，适当的控制结晶度可使尺寸再现性变佳，凹陷及翘曲现象消失，耐冲击强度增大。超声波焊接性能提高。
下面是模具温度对结晶度的影响
树脂最高结晶度为65%
PPS制品经退火也会使结晶度提高。退火条件随制品壁厚而不同，一般为200℃-240℃，2-4小时即可。经退火处理的制品，由于内部残余应力的消除，所以特性稳定（退火后增加尺寸稳定性和螺钉保持力等）但在退火时由于进行结晶化，制品因结晶而收缩，故须先考虑由退火而产生的尺寸变化。
一般随着树脂结晶化的提高，制品的物性在下述变化：
（1）热变形温度提高（高温特性）
（2）刚性增加（弹性模量提高）
（3）常温下抗拉强度稍低，但在高温的云雾气体中的抗拉强度提高。
（4）云雾气体中，95℃以下抗折强度降低，但在95℃以上抗折强度增加。
（5）冲击强度降低
（6）尺寸经时变化性而耐蠕变性特优
（7）剪断强度提高
（8）制品的表面光泽转佳（但若退火处理转劣）
（9）表面硬度稍有增加
（10）收缩率增加，高温尺寸下稳定性提高
（11）线热膨胀系数降低
3.4 再生料
再生料的使用，根据制品性能而定。一般推荐再生料使用率为30%以下，在粉碎时，请注意异杂物的混入，并把粉末筛去。
四.应用
PPS具有极优的耐热、耐化学药品性及电气性能，因此广泛应用在各工业领域中作为高性能绝缘体或各种金属代用品。
4.1电气、电子零件
接插件、线圈管、开关、插座、电视频道旋钮、固态继电器、电动机转筒、电容器护罩、刷柄、磁传感器感应头、微调电容器、电解电容器、熔丝支持件、接触断路器、印刷基板、电路片支持物、电子零件、VTR零件、熨斗零件、调理器零件、电锅零件、电子零件洗净处理具、热敏电阻、IC零件。
4.2精密零件
照相机、转速表、齿轮、手表、复印机零件、测定机器、电脑零件、FDD零件、CD零件。
4.3汽车零件
排气处理装置零件、刷柄、点火零件、汽油泵座阀、连接器、汽化器、配油器零件、散热器零件、转向拉杆端部支持、车灯反光镜、灯座、刹车零件、离合器零件、温度传感器、转动零件、油泵。
4.4机械零件
泵外壳、泵轮、阀、流量计、压缩机零件、齿轮、绝缘板、指标灯、滑轮、钩、凸缘、喷嘴、管托架、计测量计、风扇。
五.结束语
多年的应用结果表明：PPS能提高产品的可靠性和各项性能。最高可靠性连接器最为理想的工程塑料，也是高性能工程塑料中价格最适中的材料。(end)
