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)，主要技術指標是剛性、韌性優(yōu)良的高強度材料，可精密成型的高流動性材料和耐磨性，耐冷熱急變性、耐溶劑性好的特種材料。
關鍵詞：聚苯硫醚 汽車工業(yè)
聚苯硫醚英文名稱Poly(PhenyloneSulfide)，簡稱PPS，是一種高結(jié)晶性聚合物，在美國稱之為高性能塑料（Highperformanceplastics），日本則稱之為超級工程塑料（SuperEng-plaotics）。聚苯硫醚具有剛?cè)嵯酀姆肿咏Y(jié)構(gòu)，200℃下不溶于已知有機溶劑。能在200—240℃高溫下長期使用。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，具有很高的剛性和強度，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，其燃燒性可達到V-0級。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材料于上世紀七十年代初期由菲利浦石油公司（PhillipsPetroleumInternationalInc.）率先實現(xiàn)工業(yè)化。聚本硫醚材料在高性能工程塑料中具有*優(yōu)的信價比值，三十年來，聚苯硫醚已被航天、航空、**、電子、家電、機械、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，應用*廣的新型材料。
聚苯硫醚材料比強度很高，綜合性能優(yōu)異，是汽車輕量化的理想材料。國外用于汽車零部件已有二十余年歷史。國外品牌車，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年國外聚苯硫醚材料在汽車行業(yè)的用量已達到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)日益增長的材料需求。
1． 結(jié)構(gòu)材料
汽車受力結(jié)構(gòu)件如保險杠、護板、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，都要求較高的機械力學強度。既要求高的剛性，還要求高的抗沖擊強度。系列晶須增強材料，改善了通用40%玻纖增強聚苯硫醚存在韌性差，機械力學強度不足等方面的問題，見表1。今后有可能獲得更廣泛的應用。
表1
牌號 | 單位 |
高剛性、高韌性 |
通用、GF40%增強 |
40%GF+CF |
密度 | g/cm3 | 1.59 | 1.70 | 1.65 |
拉伸強度 | Mpa | 205 | 140 | 180 |
斷裂伸長率 | % | 2.3 | 1.2 | 1.6 |
彎曲強度 | Mpa | 270 | 240 | 280 |
彎曲模量 | GPa | 16.8 | 10.2 | 15.5 |
有缺口沖擊強度 | KJ/m2 | 12.5 | 8.0 | 10.0 |
無缺口沖擊強度 | KJ/m2 | 55.0 | 32.5 | 46.2 |
熔融指數(shù) | g | 85 | 32 | 55 |
按中華人民共和國國家標準方法檢測
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，自潤滑性好。系列材料是PPS/PEEK/PTFE合金材料，較通用30%玻纖無機物混合增強材料，顯著提高了耐摩擦性，23℃PV值可達到1900，表2，表3。隨著技術進步，不用潤滑油的汽車將有可能實現(xiàn)。
表2
牌號 | 單位 |
高自潤滑性 |
20%GF、無機物增強 | 30%CF增強 |
密度 | g/cm3 | 1.56 | 1.65 | 1.58 |
抗伸強度 | Mpa | 65 | 165 | 180 |
斷裂伸長度 | % | 4.2 | 0.8 | 1.1 |
彎曲強度 | Mpa | 110 | 240 | 270 |
彎曲模量 | Gpa | 4.4 | 12.6 | 18.0 |
有缺口沖擊強度 | KJ/m2 | 7.2 | 10.2 | 5.0 |
無缺口沖擊強度 | KJ/m2 | 50.1 | 55.0 | 25.5 |
熱變形溫度（+1.82MPa） | ℃ | 160 | 260 | 265 |
按中華人民共和國國家標準檢測
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
超輕量級節(jié)能汽車已成為汽車工業(yè)追求的重要目標之一。某大公司正在開
發(fā)中的節(jié)能車型，設計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，附著力達到0級，沖擊強度高于5Mpa，硬度達到HRA80，鹽霧試驗超過300小時，中溫涂飾，施工簡便，涂層光亮。
4． 抗冷熱急變材料
汽車是交通工具，必須能適應各種惡劣氣候環(huán)境，盛夏午間行車，嚴冬深夜室外停放，溫差達80℃以上，對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、傳導器、支架、密封盒等發(fā)動機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，將導致PPS護層破裂。系列材料，具有優(yōu)異的抗冷熱急變性，較以前通用的40%玻纖增強材料，綜合技術指標顯著提高，見表4。
表4
牌號 （1） | 單位 |
TDE無機物增強 |
高韌性 |
通用級 |
密度 | g/cm3 |
|
|
|
抗伸強度 | Mpa | 155 | 160 | 170 |
伸長度 | % | 1.8 | 1.4 | 2.2 |
彎曲強度 | Mpa | 200 | 260 | 215 |
彎曲模量 | Gpa | 11.6 | 14.2 | 10.0 |
有缺口沖擊強度 | KJ/m2 | 8.5 | 9.0 | 10.0 |
無缺口沖擊強度 | 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） 按中華人民共和國國家標準方法檢測
（2） 參照國外方法：-40℃—180℃，每次循環(huán)4小時，升（降）溫過程30分鐘
5． 耐溶劑材料
隨著高標號汽油普及使用，對汽車相關部件如油箱、油泵、電磁閥、油管
等部件耐溶劑性提出了更苛刻的要求。歐洲標準要求油箱泄漏量≤2g/24hr。目前竟相開發(fā)的加油自動計量裝置，要求計量誤差≤0.2%，其核心部件是一對橢圓柱齒輪，隨油流入微小動力驅(qū)動計量，齒輪、腔體精密配合，只有其相對誤差小于20μm，才能保證其計量粒度。這類材料除高剛性、低磨耗外，吸油量應低于0.01%，若吸油量過高，材質(zhì)表面溶脹超過1μm，將嚴重影響其計量的準確度，失去使用價值。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
高分子材料的另一項苛刻要求。目前泵殼、葉輪已形成幾十個規(guī)格，尺寸*大130mm(康明斯發(fā)動機)，*小6mm（微型車發(fā)動機）。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)強化試驗數(shù)據(jù)推測，其使用壽命可達到12500小時。此類高性能材料2005年3季度可投放市場。
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)技術和工藝要求。
系列納米三氧化二鋁（μm-Al2O3）增強材料，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。
表5
牌號 （1） | 單位 | SGPPS-ZE204B Al2O3/GF30%增強 | SGPPS-ZE2021 30%GF增強 | PPS-1 40%GF增強 | PPS-11 40%GF增強 |
密度 | g/cm3 | 1.62 | 1.60 | 1.67 | 1.66 |
拉伸強度 | Mpa | 210 | 185 | 121 | 196 |
斷裂伸長率 | % | 2.6 | 1.4 | 1.3 | 2.2 |
有缺口沖擊強度 | KJ/m2 | 12.5 | 12.0 | 7.0 | 10.0 |
熔融指數(shù) | g | 125 | 68 | 51 | 62 |
流動長度 （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) 按中華人民共和國國家標準檢測。
(2) 企業(yè)標準檢測：50mm×20mm×0.2mm型腔，CT310℃、MT145℃、50Mpa
(3)企業(yè)標準檢測:Φ100×1mm型腔，T310℃、MT145℃、80MPa
隨著節(jié)能、*方面要求的不斷提高，作為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的汽車工業(yè)，有更多的發(fā)展機遇和挑戰(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不遠，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。
