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高性能熱塑性塑料材料

日期:2024-09-01 00:12
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摘要:
高性能熱塑性塑料  高性能熱塑性塑料材料
以前,如果你想要一種真正出眾的
塑料,你的選擇是有限的——受到很大限制——只能選擇熱固性樹脂。如果環(huán)氧樹脂和酚醛塑料不夠好,可以選擇聚酰亞胺和聚雙馬來酰亞胺,但沒有熱塑性塑料。

1981年,卜內(nèi)門公司(ICI)推出了聚醚醚酮(PEEK),一種線性、芳香族的半結(jié)晶熱塑性塑料,其機(jī)械性能、熱性能和化學(xué)性能都是前所未見的。1993年,卜內(nèi)門公司將PEEK業(yè)務(wù)出售給其實(shí)力雄厚的經(jīng)理人,他們組成了威格斯公司(Victrex),現(xiàn)在威格斯已經(jīng)是一家上市公司。

威格斯目前仍是高性能熱塑性塑料領(lǐng)域的**者——但不再是無可爭(zhēng)議的**一家。印度Gharda化學(xué)公司在九十年代中期推出了自己的PEEK,并在2006年將這部分業(yè)務(wù)出售給蘇威(Solvay)公司。蘇威公司擁有**上*多品種的高性能聚合物。另外一家中國的大學(xué)也在一直默默地努力研究其PEEK技術(shù),它與德固賽公司(Degussa)合作,成為這個(gè)領(lǐng)域的第三個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者。同時(shí)一家位于美國康涅狄格州Enfield的Oxford高性能材料公司(OPM)*近剛剛獲得幾個(gè)支持者,包括荷蘭化學(xué)公司帝斯曼(DSM)的財(cái)務(wù)支持來開發(fā)其聚酮業(yè)務(wù)。OPM公司的產(chǎn)品聚醚酮酮(PEKK)和PEEK很相似,主要集中于生物*藥市場(chǎng)。

newmaker.comPEEK的市場(chǎng)仍然較小——整個(gè)**范圍一年只有幾千噸——部分也是由于這些聚合物通常只應(yīng)用于一些非常小的部件。不過這個(gè)市場(chǎng)正在增長,2006年威格斯公司售出2339噸PEEK和PEK(聚醚酮),與2005年相比增長18.6%,主要是依賴于石油天然氣、化學(xué)加工和工業(yè)機(jī)械用戶需求的增長。

受汽車和新型電子產(chǎn)品機(jī)會(huì)的驅(qū)動(dòng),歐洲所有市場(chǎng)都繼續(xù)保持增長,銷售額比2005年增長23.4%。而在美國,由于石油天然氣、化學(xué)加工、航空和半導(dǎo)體行業(yè)需求的增長,銷售額比2005年增長了19.1%。威格斯公司剛在原有生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了超過50%,2008年生產(chǎn)能力可達(dá)年產(chǎn)4250噸。

應(yīng)用

威格斯PEEK產(chǎn)品80%至90%的用途為:在該用途中聚合物極高的高溫穩(wěn)定性起決定性因素。PEEK的相對(duì)溫度指數(shù)(RTI是一個(gè)特定溫度,材料置于該溫度下100000小時(shí)后其特性的原始值降至50%)達(dá)到260℃,相反砜基樹脂的RTI遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于200℃。威格斯PEEK的HT牌號(hào),其*高操作溫度比標(biāo)準(zhǔn)PEEK高約30℃,這使其在海上石油和天然氣應(yīng)用中非常成功。

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空客門把手利用了威格斯PEEK優(yōu)異的機(jī)械性能,
固有的阻燃性能和輕質(zhì)。
RalfHeinz是威格斯公司的歐洲市場(chǎng)拓展經(jīng)理,在位于德國Hofheim的歐洲銷售總部工作。他說:“在歐洲,80%到90%的發(fā)展是替代金屬。汽車目前是*大的應(yīng)用市場(chǎng),在過去幾年里齒輪和傳動(dòng)部件都呈現(xiàn)強(qiáng)勁的增長勢(shì)頭。他以電子停車制動(dòng)系統(tǒng)為例,現(xiàn)在在越來越多的汽車?yán)镆殉蔀闃?biāo)準(zhǔn)配件。傳動(dòng)部件的位置離剎車非常近,必須承受至少100000轉(zhuǎn),*高達(dá)300℃的高溫。”“即使金屬在這種情況下也會(huì)磨損,只有威格斯的PEEK可以正常工作?!盚einz先生說。

商用航空器制造商也對(duì)PEEK越來越感興趣。PEEK注塑內(nèi)飾件比鋁質(zhì)的輕,在這方面更具有優(yōu)勢(shì),并且部件的成本也比鋁質(zhì)的低5%至6%。另外相比其它非金屬材料,PEEK在火災(zāi)中生成的煙和有毒氣體非常少,使其適用于電纜支架,甚至電纜絕緣。

“我們現(xiàn)在正努力開發(fā)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)性部件的
復(fù)合材料?!盚einz說。威格斯公司向預(yù)浸漬公司供應(yīng)PEE**末,主要是制造碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。有跡象表明熱塑性復(fù)合材料在空客飛機(jī)中所占的比例將顯著提高?!盁峁绦詮?fù)合材料將繼續(xù)占主導(dǎo)地位,但熱塑性復(fù)合材料的*大優(yōu)勢(shì)是其更易于修理,比如可以焊接?!盚einz先生說。類似的部件還包括地板結(jié)構(gòu)件、翼肋和其它加強(qiáng)件。

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在阻燃性能非常關(guān)鍵時(shí),即使不那么重要的束線
帶也用PEEK制成。
PEEK共混物

去年威格斯公司推出了一系列以PEEK和聚苯并咪唑(PBI)為基礎(chǔ)的T系共混物。

據(jù)威格斯公司介紹,它們是目前市場(chǎng)上熱穩(wěn)定性能*好的熱塑性塑料,可以在300℃左右的高溫下持續(xù)工作。這些共混物來源于2006年威格斯公司與PBI高性能公司簽署的許可協(xié)議。PBI公司是CelazolePBI的制造商,之前是塞拉尼斯公司(Celanese)(現(xiàn)在是InterTech集團(tuán)的一部分)的一個(gè)業(yè)務(wù)部門。

“我們意識(shí)到這是擴(kuò)展我們**產(chǎn)品線的一個(gè)機(jī)會(huì),”威格斯位于WestConshohocken的美州市場(chǎng)拓展負(fù)責(zé)人TimHerr說。“它能夠熔融加工,這使其相比聚酰亞胺更具有優(yōu)勢(shì),大部分聚酰亞胺是無法熔融加工的。所以從制造的角度來看,我們的性價(jià)比要高得多。同時(shí)我們還具有優(yōu)異的耐磨性能和強(qiáng)度,以及長期耐蠕變和耐疲勞性能?!奔働BI沒有熔點(diǎn),為非易燃品。

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末端執(zhí)行器襯墊是威格斯公司PEEK/PBI共混物的
*初用途之一。
PEEK/PBI共混物的*初用途之一是半導(dǎo)體行業(yè)用的末端執(zhí)行器襯墊。通常末端執(zhí)行器用金屬制成,是機(jī)器手臂的“手”,可以拿起晶圓,并將其從一個(gè)操作移到下一個(gè)。襯墊插入末端執(zhí)行器的一端,在沿半導(dǎo)體加工過程移動(dòng)時(shí),作為手指去抓握并接觸晶圓。通過使用PEEK/PBI共混物,*終用戶PiperPlastics公司發(fā)現(xiàn)其襯墊的使用壽命延長了一倍以上。

威格斯產(chǎn)品系列*近又增加了新品種——Vicote涂料。其牌號(hào)在靜電噴涂時(shí)可以粉末狀供應(yīng),而在噴涂或浸漬涂布時(shí)可以液狀懸浮物供應(yīng)。Vicote早期的很多用途都與食品相關(guān),如用于工業(yè)廚房。Vicote涂料比含氟聚合物更可靠,具有極高的耐磨性和耐劃痕性能,當(dāng)然耐高溫性能也很好。它的防粘性沒有聚四氟乙烯(PTFE)好,但可以通過將Vicote和PTFE共混來進(jìn)行改善。

德固賽

位于杜賽爾多夫的德國化學(xué)公司德固賽是**家大規(guī)模生產(chǎn)PEEK的公司。它持有一家中國合資企業(yè)長春吉大德固賽高性能聚合物公司80%的股份,這家公司主要生產(chǎn)PEEK和聚醚砜(PES)。目前PEEK的生產(chǎn)能力為1000噸(PES稍后將投入生產(chǎn))。長春吉林大學(xué)持有該公司其余股份,作為技術(shù)提供商和研究合作伙伴,他們研究這種聚合物已經(jīng)20年了。

德固賽給這家合資企業(yè)帶來的不僅是他們?cè)诠こ虩崴苄运芰戏矫娴闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn),也帶來了其在2005年收購泰科納(Ticona之前為赫斯特Hoechst的一部分,在九十年代早期短暫供應(yīng)PEK)獲得的有關(guān)聚醚酮的信息。德固賽目前在市場(chǎng)上有13個(gè)以PEEK為基礎(chǔ)的化合物牌號(hào)Vestakeep系列,包括未填充、及碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)型。

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德固賽目前在中國生產(chǎn)PEEK。
德固賽相信隨著PEEK市場(chǎng)供應(yīng)商數(shù)量的增加,借助他們不同的能力和經(jīng)驗(yàn),會(huì)幫助加速開發(fā)新的成果和應(yīng)用范疇。

“在多層擠出和多部件注塑件方面,新化合物的開發(fā)將提供新的機(jī)會(huì),通過將一些高價(jià)格和低價(jià)格聚合物結(jié)合起來,以獲得杰出的材料性質(zhì)?!必?fù)責(zé)德固賽高性能聚合物業(yè)務(wù)部(HP)戰(zhàn)略項(xiàng)目的ChristianBierhaus說。

蘇威

位于布魯塞爾的蘇威公司在高性能熱塑性塑料領(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)重要位置(主要是收購了阿莫科(Amoco)的BP業(yè)務(wù)部門和聯(lián)合碳化物(UnionCarbide)),2005年又收購了Gharda化學(xué)聚合物印度***。Gharda在Panoli有生產(chǎn)裝置生產(chǎn)PEEK(包括聚砜和聚醚砜),并且已擁有多年的市場(chǎng)化品牌,主要在亞洲。蘇威也正在擴(kuò)大并其升級(jí)生產(chǎn)能力,2008年早期會(huì)有一個(gè)新的500噸工廠投入運(yùn)營。

新工廠不會(huì)使用Gharda技術(shù),相反它會(huì)使用始于十九世紀(jì)六十年代聯(lián)合碳化物公司的實(shí)驗(yàn)室的蘇威自己的技術(shù),同時(shí)ICI也在開發(fā)自己的PEEK。蘇威公司UltraPolymers業(yè)務(wù)部門的**業(yè)務(wù)總監(jiān)ChrisWilson說,實(shí)際上蘇威對(duì)PEEK的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)行了很多年,現(xiàn)在它在美國喬治亞州Alpharetta的一個(gè)半商業(yè)化的工廠生產(chǎn)材料。Wilson還說,由于現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施和地產(chǎn)原因,商業(yè)化工廠將位于印度。

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蘇威的PrimoSpire聚苯基塑料被認(rèn)為是**上*
堅(jiān)硬的非增強(qiáng)熱塑性塑料
蘇威公司的KetaSpire基礎(chǔ)聚合物所具有的性質(zhì)與威格斯的PEEK基本上相同,但Wilson趕緊補(bǔ)充道,公司是想“做大蛋糕”,而不是從現(xiàn)在的蛋糕中“分一塊”。他說:“現(xiàn)在行業(yè)里的所有競(jìng)爭(zhēng)者都有空間,我們不需要爭(zhēng)搶市場(chǎng)份額。“

除KetaSpire以外,蘇威也提供AvaSpire牌號(hào),據(jù)Wilson說AvaSpire是專注于使PEEK區(qū)別于其它聚合物的價(jià)格性能比。它使用以PEEK為基礎(chǔ)的**配方,產(chǎn)品目前包括兩個(gè)系列:AV750產(chǎn)品線包括玻璃增強(qiáng)和碳纖維增強(qiáng)牌號(hào),而AV600產(chǎn)品線可以在比KetaSpire更高的溫度下工作,延展性提高但主要耐化學(xué)性能較弱。它包括填充和非填充兩種型號(hào)。

Wilson在4月份提到蘇威計(jì)劃推出一系列耐磨化合物,都以蘇威聚合物,包括KetaSpire、AvaSpire和Torlon聚酰胺-酰亞胺等為基礎(chǔ)。他說這樣提供的耐磨材料*高工作溫度可為120℃到265℃之間任何溫度,有干燥和潤滑用途的牌號(hào)。

Wilson說*近公布的開發(fā)成果只是一系列新產(chǎn)品的開始。這些產(chǎn)品將包括第三季度推出的EpiSpireHTS聚醚砜,它是蘇威和Gharda技術(shù)結(jié)合的結(jié)果,其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比現(xiàn)在的砜類還高約45℃。

2005年蘇威公司通過收購Mississippi聚合物技術(shù)公司獲得了自增強(qiáng)聚合物業(yè)務(wù),也有新產(chǎn)品和改進(jìn)成果。之前的Parmax是一種聚亞苯基,它具有改性的骨架結(jié)構(gòu),無需顯著改變性質(zhì)就能夠熔融加工,現(xiàn)在重命名為PrimoSpire。它的剛性模量創(chuàng)**記錄,達(dá)8.3GPa,并具有非常高的耐磨強(qiáng)度和低易燃性。PrimoSpire為無定形,因此具有很好的尺寸穩(wěn)定性。同樣有擠出、注塑和壓縮模塑多種牌號(hào)提供,其光學(xué)透明性與聚醚酰亞胺類似,為琥珀色。

沙伯基礎(chǔ)**塑料(原GE塑料)

2005年晚些時(shí)候,沙伯基礎(chǔ)**塑料(原GE塑料)推出了Extem熱塑性聚酰亞胺(TPI)樹脂。作為無定形聚合物家庭的新成員,該產(chǎn)品在消除半結(jié)晶材料、亞胺化熱固性材料和競(jìng)爭(zhēng)性無定形熱塑性塑料缺陷的同時(shí),提供特別優(yōu)異的熱性能、化學(xué)性能和機(jī)械性能,且樹脂具有固有的阻燃性。

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沙伯基礎(chǔ)**塑料開發(fā)了無定形熱塑性聚酰亞胺
,其性質(zhì)可與熱固性聚酰亞胺媲美。
沙伯基礎(chǔ)**塑料于4月份開始Extem工業(yè)化生產(chǎn)?,F(xiàn)在有6個(gè)牌號(hào),分為2個(gè)系列。UH系列的RTI在200℃左右(在撰寫本文時(shí)UL驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)尚未完成),而Ultem聚醚酰亞胺系列的RTI約為170℃,目前有2種非填充牌號(hào)。

XH系列是為需要短期耐熱性能的用途而開發(fā),如需要承受焊接溫度的電器部件,車輛霧燈反射器和住宅照明。它提供3種非填充牌號(hào)和一種30%玻璃纖維增強(qiáng)牌號(hào)。

稍后會(huì)根據(jù)市場(chǎng)需要推出更多具有不同增強(qiáng)比例的牌號(hào),以及含礦物填料牌號(hào)和共混物。

Peter Catsman是位于荷蘭BergenopZoom的GE高性能塑料歐洲的產(chǎn)品經(jīng)理。他指出可能的應(yīng)用包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)部件、電子、航天航空、**、石油和天然氣。

目前在印地安那州MountVernon的GE美國工廠以半工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)Extem,預(yù)計(jì)主要用于替代金屬,但也適用于一些現(xiàn)在使用熱固性聚酰亞胺的用途。Catsman說這些材料約80%的市場(chǎng)在薄膜領(lǐng)域。

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