高性能熱塑性塑料
以前,如果你想要一種真正出眾的塑料,你的選擇是有限的——受到很大限製——隻能選擇熱 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,但冇有熱塑性塑料。
1981年,卜內門公司(ICI)推出了聚醚醚酮(PEEK),一種線性、芳香族的半結晶熱塑性塑料,其機械性能、熱性能和化學性能都是前所未見的。1993年,卜內門公司將PEEK業(yè)務出售給其實力雄厚的經(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域的**者——但不再是無可爭議的**一家。印度Gharda化學公司在九十年代中期推出了自己的PEEK,並在2006年將這部分業(yè)務出售給蘇威(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也在一直默默地努力研究其PEEK技術,它與德固賽公司(Degussa)合作,成為這個領域的第三個競爭者。同時一家位於美國康涅狄格州Enfield的Oxford高性能材料公司(OPM)*近剛剛獲得幾個支持者,包括荷蘭化學公司帝斯曼(DSM)的財務支持來開發(fā)其聚酮業(yè)務。OPM公司的產(chǎn)品聚醚酮酮(PEKK)和PEEK很相似,主要集中於生物*藥市場。
PEEK的市場仍然較小——整個**範圍一年隻有幾千噸——部分也是由於這些聚合物通常隻應用於一些非常小的部件。不過這個市場正在增長,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%,主要是依賴於石油天然氣、化學加工和工業(yè)機械用戶需求的增長。
受汽車和新型電子產(chǎn)品機會的驅動,歐洲所有市場都繼續(xù)保持增長,銷售額比2005年增長23.4%。而在美國,由於石油天然氣、化學加工、航空和半導體行業(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)能力的基礎上擴展了超過50%,2008年生產(chǎn)能力可達年產(chǎn)4250噸。
應用
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的相對溫度指數(shù)(RTI是一個特定溫度,材料置於該溫度下100000小時後其特性的原始值降至50%)達到260℃,相反碸基樹脂的RTI遠遠低於200℃。威格斯PEEK的HT牌號,其*高操作溫度比標準PEEK高約30℃,這使其在海上石油和天然氣應用中非常成功。
空客門把手利用了威格斯PEEK優(yōu)異的機械性能,
固有的阻燃性能和輕質。RalfHeinz是威格斯公司的歐洲市場拓展經(jīng)理,在位於德國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*大的應用市場,在過去幾年裡齒輪和傳動部件都呈現(xiàn)強勁的增長勢頭。他以電子停車製動係統(tǒng)為例,現(xiàn)在在越來越多的汽車裡已成為標準配件。傳動部件的位置離剎車非常近,必須承受至少100000轉,*高達300℃的高溫?!薄凹词菇饘僭谶@種情況下也會磨損,隻有威格斯的PEEK可以正常工作。”Heinz先生說。
商用航空器製造商也對PEEK越來越感興趣。PEEK注塑內飾件比鋁質的輕,在這方麵更具有優(yōu)勢,並且部件的成本也比鋁質的低5%至6%。另外相比其它非金屬材料,PEEK在火災中生成的煙和有毒氣體非常少,使其適用於電纜支架,甚至電纜絕緣。
“我們現(xiàn)在正努力開發(fā)應用於結構性部件的複合材料?!盚einz說。威格斯公司向預浸漬公司供應PEE**末,主要是製造碳纖維增強複合材料。有跡象表明熱塑性複合材料在空客飛機中所占的比例將顯著提高?!盁峁绦匝}合材料將繼續(xù)占主導地位,但熱塑性複合材料的*大優(yōu)勢是其更易於修理,比如可以焊接。”Heinz先生說。類似的部件還包括地板結構件、翼肋和其它加強件。
在阻燃性能非常關鍵時,即使不那麼重要的束線
帶也用PEEK製成。PEEK共混物
去年威格斯公司推出了一係列以PEEK和聚苯並咪唑(PBI)為基礎的T係共混物。
據(jù)威格斯公司介紹,它們是目前市場上熱穩(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。這些共混物來源於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的製造商,之前是塞拉尼斯公司(Celanese)(現(xiàn)在是InterTech集團的一部分)的一個業(yè)務部門。
“我們意識到這是擴展我們**產(chǎn)品線的一個機會,”威格斯位於WestConshohocken的美州市場拓展負責人TimHerr說?!八軌蛉廴诩庸ぃ@使其相比聚酰亞胺更具有優(yōu)勢,大部分聚酰亞胺是無法熔融加工的。所以從製造的角度來看,我們的性價比要高得多。同時我們還具有優(yōu)異的耐磨性能和強度,以及長期耐蠕變和耐疲勞性能?!奔働BI冇有熔點,為非易燃品。
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)行器用金屬製成,是機器手臂的“手”,可以拿起晶圓,並將其從一個操作移到下一個。襯墊插入末端執(zhí)行器的一端,在沿半導體加工過程移動時,作為手指去抓握並接觸晶圓。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)品係列*近又增加了新品種——Vicote塗料。其牌號在靜電噴塗時可以粉末狀供應,而在噴塗或浸漬塗布時可以液狀懸浮物供應。Vicote早期的很多用途都與食品相關,如用於工業(yè)廚房。Vicote塗料比含氟聚合物更可靠,具有極高的耐磨性和耐劃痕性能,當然耐高溫性能也很好。它的防粘性冇有聚四氟乙烯(PTFE)好,但可以通過將Vicote和PTFE共混來進行改善。
德固賽
位於杜賽爾多夫的德國化學公司德固賽是**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和聚醚碸(PES)。目前PEEK的生產(chǎn)能力為1000噸(PES稍後將投入生產(chǎn))。長春吉林大學持有該公司其餘股份,作為技術提供商和研究合作夥伴,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)帶來的不僅是他們在工程熱塑性塑料方麵的知識和經(jīng)驗,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PEK)獲得的有關聚醚酮的信息。德固賽目前在市場上有13個以PEEK為基礎的化合物牌號Vestakeep係列,包括未填充、及碳纖維和玻璃纖維增強型。
德固賽目前在中國生產(chǎn)PEEK。德固賽相信隨著PEEK市場供應商數(shù)量的增加,借助他們不同的能力和經(jīng)驗,會幫助加速開發(fā)新的成果和應用範疇。
“在多層擠出和多部件注塑件方麵,新化合物的開發(fā)將提供新的機會,通過將一些高價格和低價格聚合物結合起來,以獲得傑出的材料性質?!必撠煹鹿藤惛咝阅芫酆衔飿I(yè)務部(HP)戰(zhàn)略項目的ChristianBierhaus說。
蘇威
位於布魯塞爾的蘇威公司在高性能熱塑性塑料領域已經(jīng)占據(jù)重要位置(主要是收購了阿莫科(Amoco)的BP業(yè)務部門和聯(lián)合碳化物(UnionCarbide)),2005年又收購了Gharda化學聚合物印度***。Gharda在Panoli有生產(chǎn)裝置生產(chǎn)PEEK(包括聚碸和聚醚碸),並且已擁有多年的市場化品牌,主要在亞洲。蘇威也正在擴大並其升級生產(chǎn)能力,2008年早期會有一個新的500噸工廠投入運營。
新工廠不會使用Gharda技術,相反它會使用始於十九世紀六十年代聯(lián)合碳化物公司的實驗室的蘇威自己的技術,同時ICI也在開發(fā)自己的PEEK。蘇威公司UltraPolymers業(yè)務部門的**業(yè)務總監(jiān)ChrisWilson說,實際上蘇威對PEEK的實驗已經(jīng)進行了很多年,現(xiàn)在它在美國喬治亞州Alpharetta的一個半商業(yè)化的工廠生產(chǎn)材料。Wilson還說,由於現(xiàn)有的基礎設施和地產(chǎn)原因,商業(yè)化工廠將位於印度。
蘇威的PrimoSpire聚苯基塑料被認為是**上*
堅硬的非增強熱塑性塑料蘇威公司的KetaSpire基礎聚合物所具有的性質與威格斯的PEEK基本上相同,但Wilson趕緊補充道,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)裡的所有競爭者都有空間,我們不需要爭搶市場份額?!?br>
除KetaSpire以外,蘇威也提供AvaSpire牌號,據(jù)Wilson說AvaSpire是專注於使PEEK區(qū)彆於其它聚合物的價格性能比。它使用以PEEK為基礎的**配方,產(chǎn)品目前包括兩個係列:AV750產(chǎn)品線包括玻璃增強和碳纖維增強牌號,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性能較弱。它包括填充和非填充兩種型號。
Wilson在4月份提到蘇威計劃推出一係列耐磨化合物,都以蘇威聚合物,包括KetaSpire、AvaSpire和Torlon聚酰胺-酰亞胺等為基礎。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,有乾燥和潤滑用途的牌號。
Wilson說*近公布的開發(fā)成果隻是一係列新產(chǎn)品的開始。這些產(chǎn)品將包括第三季度推出的EpiSpireHTS聚醚碸,它是蘇威和Gharda技術結合的結果,其玻璃化轉變溫度比現(xiàn)在的碸類還高約45℃。
2005年蘇威公司通過收購Mississippi聚合物技術公司獲得了自增強聚合物業(yè)務,也有新產(chǎn)品和改進成果。之前的Parmax是一種聚亞苯基,它具有改性的骨架結構,無需顯著改變性質就能夠熔融加工,現(xiàn)在重命名為PrimoSpire。它的剛性模量創(chuàng)**記錄,達8.3GPa,並具有非常高的耐磨強度和低易燃性。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提供,其光學透明性與聚醚酰亞胺類似,為琥珀色。
沙伯基礎**塑料(原GE塑料)
2005年晚些時候,沙伯基礎**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)品在消除半結晶材料、亞胺化熱固性材料和競爭性無定形熱塑性塑料缺陷的同時,提供特彆優(yōu)異的熱性能、化學性能和機械性能,且樹脂具有固有的阻燃性。
沙伯基礎**塑料開發(fā)了無定形熱塑性聚酰亞胺
,其性質可與熱固性聚酰亞胺媲美。沙伯基礎**塑料於4月份開始Extem工業(yè)化生產(chǎn)?,F(xiàn)在有6個牌號,分為2個係列。UH係列的RTI在200℃左右(在撰寫本文時UL驗證實驗尚未完成),而Ultem聚醚酰亞胺係列的RTI約為170℃,目前有2種非填充牌號。
XH係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種非填充牌號和一種30%玻璃纖維增強牌號。
稍後會根據(jù)市場需要推出更多具有不同增強比例的牌號,以及含礦物填料牌號和共混物。
PeterCatsman是位於荷蘭BergenopZoom的GE高性能塑料歐洲的產(chǎn)品經(jīng)理。他指出可能的應用包括汽車發(fā)動機罩內部件、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,預計主要用於替代金屬,但也適用於一些現(xiàn)在使用熱固性聚酰亞胺的用途。Catsman說這些材料約80%的市場在薄膜領域。