PPS ali polifenilen sulfid je bil prvič razvit v šestdesetih letih prejšnjega stoletja kot visokozmogljiv polimer. Svoji vrzel med standardno plastiko in naprednimi materiali, ki ponuja edinstvene lastnosti, zaradi katerih je bistvena v različnih panogah.
V tej objavi bomo raziskali edinstvene lastnosti PPS, raznolike aplikacije, kako obdelavo in zakaj postaja nepogrešljiva v različnih panogah.
Kemična struktura PPS
Polifenilen sulfid (PPS) ponuja visokotemperaturno odpornost, togost in neprozoren videz kot polkristalni termoplastik.
Molekularna struktura
S hrbtenico PPS je sestavljena iz parafenilenskih enot, ki se izmenjujejo s sulfidnimi vezmi. To daje PPS njegove značilne lastnosti.
Atomi žvepla tvorijo enojne kovalentne vezi med benzenskimi obroči. Povezujejo se v konfiguraciji para (1,4) in ustvarijo linearno verigo.
Kristalna struktura
PPS tvori polkristalne strukture, kar prispeva k njegovi toplotni stabilnosti in kemični odpornosti.
Ortorhombična enota celica
Enotna celica PPS je ortorhombična, z naslednjimi dimenzijami:
a = 0,867 nm
b = 0,561 nm
C = 1,026 nm
Izračunana toplota fuzije za idealen kristal PPS je 112 j/g. Ta struktura daje PPS visoko tališče 280 ° C.
Stopnja kristalnosti
Stopnja kristalnosti v PPS se giblje od 30% do 45%. Odvisno od:
Večja kristalnost se poveča:
Moč
Togost
Kemična odpornost
Toplotna odpornost
Spodnja kristalnost se izboljša:
Udarna odpornost
Raztezanje
Amorfne in zamrežene PPS lahko pripravite z:
Segrevanje nad temperaturo taljenja
Hlajenje na 30 ° C pod talilno točko
Drži več ur v zračni prisotnosti
Ta struktura daje PPS odlične lastnosti, kot sta visokotemperaturna odpornost in kemična inertnost.
Vrste PPS plastike
PPS smola je v različnih oblikah, vsaka z edinstvenimi lastnostmi, prilagojenimi za posebne aplikacije.
Linearni PP
Ima skoraj podvojitev molekulske mase običajnih PPS
Povzroči večjo trdoživost, raztezanje in udarno moč
Ozdravljeni PPS
Proizvedeno s segrevanjem običajnega PPS v prisotnosti zraka (O2)
Zdravljenje razširi molekularne verige in ustvari nekaj vej
Poveča molekulsko maso in zagotavlja termosetove podobne značilnosti
Razvejani PP
Ima večjo molekulsko maso kot običajni PPS
Značilnosti razširjene polimerne verige, ki se razvejajo s hrbtenice
Izboljšuje mehanske lastnosti, trdoživost in duktilnost
Spodnja tabela primerja molekulsko maso različnih vrst PPS:
| tipa PPS | Primerjava molekulske mase |
| Redni PPS | Izhodiščna |
| Linearni PP | Skoraj dvojni redni PPS |
| Ozdravljeni PPS | Povečan iz rednih PPS zaradi podaljšanja verige in razvejevanja |
| Razvejani PP | Višji od običajnih PPS |
Molekularna masa PPS ima ključno vlogo pri določanju njegovih lastnosti. Večja molekulska teža na splošno vodi do:
Vendar pa lahko povzroči tudi povečano viskoznost, zaradi česar je obdelava bolj zahtevna.
Lastnosti plastike PPS (polifenilen sulfid)
PPS plastika ima edinstveno kombinacijo lastnosti, zaradi katere je primerna za različne aplikacije.
Mehanske lastnosti
PPS se ponaša z izjemnimi mehanskimi lastnostmi, zaradi česar je idealen za zahtevne aplikacije.
Natezna trdnost: Z natezno trdnostjo 12.500 psi (86 MPa) lahko PPS zdrži pomembne obremenitve, ne da bi se zlomil.
Udarna odpornost: Kljub svoji togosti ima PPS trdnost IZOD udarne trdnosti 0,5 ft-lbs/in (27 J/m), kar omogoča absorbiranje nenadnih pretresov.
Fleksilni modul elastičnosti: pri 600.000 psi (4,1 GPA) se PPS učinkovito upira upogibanjem sil in ohranja obliko in strukturno celovitost.
Dimenzijska stabilnost: PPS ohranja svoje dimenzije tudi v pogojih visoke temperature in vlažnosti, zaradi česar je primeren za natančne dele s tesnimi tolerancami.
Toplotne lastnosti
PPS se odlikuje v toplotni stabilnosti in odpornosti, ki je ključnega pomena za visokotemperaturne aplikacije.
Temperatura odklona toplote: PP lahko prenese temperature do 260 ° C (500 ° F) pri 1,8 MPa (264 psi) in 110 ° C (230 ° F) pri 8,0 MPa (1,160 psi).
Koeficient linearne toplotne ekspanzije: PPS prikazuje minimalne dimenzijske spremembe s temperaturnimi spremembami pri 4,0 × 10⁻⁵ in/in/° F (7,2 × 10⁻⁵ m/m/° C).
Največja neprekinjena temperatura: PP -ji se lahko neprekinjeno uporablja v zraku pri temperaturah do 220 ° C (428 ° F).
Kemična odpornost
PPS je znan po izjemni kemični odpornosti, zaradi česar je primeren za ostra oko.
Odpornost proti vlagi: PPS še vedno ne vpliva na vlago, kar zagotavlja trajnost in zanesljivost v vlažnih pogojih.
Odpornost na različne kemikalije: PPS prenese izpostavljenost agresivnim kemikalijam, vključno z močnimi kislinami, bazami, organskimi topili, oksidacijskimi sredstvi in ogljikovodiki.
Električne lastnosti
PPS -ove električne izolacijske lastnosti so primerne za elektronske aplikacije.
Visoka volumska upornost: PPS ohranja visoko izolacijsko odpornost tudi v okolju z visoko humidnostjo, z volumskim uporom 10⊃1; ⁶ ω · cm.
Dielektrična trdnost: z dielektrično trdnostjo 450 V/mil (18 kV/mm) PPS zagotavlja odlično izolacijo.
Dodatne lastnosti
PPS ponuja več drugih zaželenih lastnosti:
Odpornost plamena: Večina spojin PPS prenese standard UL94V-0 brez dodatnih zaviralcev plamena.
Visok modul, ko se ojača: ojačane ocene PPS imajo visok modul, ki povečuje mehansko trdnost.
Nizka absorpcija vode: Z absorpcijo vode le 0,02% po 24 urah potopitve je PPS idealen za aplikacije, ki zahtevajo minimalno vnos vlage.
Naslednja tabela povzema ključne lastnosti PPS plastike:
| lastnosti | vrednost |
| Natezna trdnost (ASTM D638) | 12.500 psi (86 MPA) |
| Izod udarna moč (ASTM D256) | 0,5 ft-lbs/in (27 J/m) |
| Flexural Modul (ASTM D790) | 600.000 psi (4,1 GPA) |
| Temperatura odklona toplote (ASTM D648) | 500 ° F (260 ° C) @ 264 psi |
| Koeficient linearne toplotne ekspanzije | 4,0 × 10⁻⁵ in/in/° F |
| Največja neprekinjena temperatura | 428 ° F (220 ° C) |
| Volumska upornost (ASTM D257) | 10⊃1; ⁶ ω · cm |
| Dielektrična moč (ASTM D149) | 450 v/mil (18 kV/mm) |
| Absorpcija vode (ASTM D570, 24h) | 0,02% |
Te lastnosti so PPS odlična izbira za aplikacije, ki zahtevajo visoko zmogljivost, trajnost in zanesljivost v zahtevnih okoljih.
Proces proizvodnje PPS plastike
Reakcija natrijevega sulfida in diklorobenzena v polarnem topilu, da nastane polifenilen sulfid (PPS)
Zgodnje inovacije v proizvodnji PPS
Zgodba o PPS se je začela leta 1967 z Edmonds in Hill v Philips Petroleum. Prvi komercialni postopek so razvili pod blagovno znamko Ryton.
Ključne značilnosti izvirnega postopka:
Proizvedeni PPS z nizko molekulsko maso
Idealno za aplikacije za prevleke
Potrebno ozdravitev za oblikovanje razredov
Sodobne proizvodne tehnike
Današnja proizvodnja PPS se je znatno razvila. Namen sodobnih procesov:
Odpravite stopnjo strjevanja
Razvijati izdelke z izboljšano mehansko trdnostjo
Povečati učinkovitost in zmanjšati vpliv na okolje
Kemična reakcija in sinteza
Proizvodnja PPS vključuje pametno kemijo. Tu je osnovni recept:
Mešajte natrijev sulfid in diklorobenzen
Dodajte polarno topilo (npr. N-metilpirolidon)
Ogrevanje na približno 250 ° C (480 ° F)
Pazi, da se čarovnija zgodi!
Postopek strjevanja in njegovih učinkov
Ozdravitev je ključnega pomena za oblikovanje PPS. Zgodi se okoli tališča s kančkom zraka.
Učinki strjevanja:
Vloga polarnih topil v proizvodnji PPS
Polarna topila so neizpolnjeni junaki proizvodnje PPS. Oni:
Olajšati reakcijo med natrijevim sulfidom in diklorobenzenom
Pomagajte nadzorovati molekulsko maso polimera
Vplivajo na končne lastnosti PPS
Uporabljena skupna polarna topila:
N-metilpirolidon (NMP)
Difenil sulfon
Sulfolane
Vsako topilo prinaša svoj okus v stranki PPS, ki vpliva na značilnosti končnega izdelka.
Uporaba plastike polifenilen sulfida (PPS) po panogah
PPS plastike najdbe v različnih panogah zaradi svoje edinstvene kombinacije lastnosti.
Avtomobilski in vesoljski prostor
V avtomobilskem in vesoljskem sektorju se PPS uporablja za komponente, ki zahtevajo trajnost, toplotno odpornost in kemično stabilnost.
Komponente motorja: PPS se uporablja v priključkih, ohišjih in potisnih podložkah, kjer sta njegova visokotemperaturna odpornost in mehanska trdnost ključnega pomena.
Deli sistema za gorivo: Komponente PPS se uporabljajo v sistemih za gorivo zaradi svoje kemične odpornosti in sposobnosti, da prenesejo visoke temperature.
Interiors Aircraft: PPS najdemo v komponentah in notranjih nosilcih zrakoplovov, kjer je njegova lahka in trpežna narava ugodna.
Elektronika in električne komponente
PPS -ove električne izolacijske lastnosti so idealne za elektronske in električne aplikacije.
Priključki in izolatorji: PPS se uporablja v konektorjih in izolatorjih zaradi visoke dielektrične trdnosti in toplotne stabilnosti.
Vezja plošča: PPS najde uporabo v vezjih, ki podpirajo miniaturizacijo in visoke zmogljivosti.
Aplikacije za mikroelektroniko: PPS je primeren za aplikacije za mikroelektroniko, ki ponuja odlične dimenzijske stabilnosti in izolacijske lastnosti.
Industrija kemičnega predelave
Kemična odpornost PPS je primerna za komponente, ki so izpostavljene korozivnim kemikalijam.
Ventili in črpalke: PPS se uporablja v ventilih, črpalkah in okovju v kemični predelavi, ker vzdržuje agresivne kemikalije pri povišanih temperaturah.
Ohišje filtra: PPS se uporablja v ohišjih filtra, kar zagotavlja vzdržljivost in kemično odpornost v filtracijskih sistemih.
Tesnila in tesnila: PPS je idealen za tesnila in tesnila v kemičnih okoljih, kar zagotavlja dolgotrajno zmogljivost in odpornost proti degradaciji.
Industrijska oprema
PPS se uporablja v industrijski opremi za njegovo odpornost proti obrabi in mehansko trdnost.
Zobniki in ležaji: PPS se uporablja v prestav, ležajih in drugih komponentah, odpornih na obrabo, ki zahtevajo visoko mehansko trdnost in dimenzijsko stabilnost.
Kompresorne komponente: PPS se uporablja v kompresorskih lopaticah, ker ponuja visoko trdnost in trajnost pri zahtevnih industrijskih aplikacijah.
Aplikacije, odporne na obrabo: komponente PPS se uporabljajo v obrabnih trakih in puše, kar zagotavlja nizko trenje in visoko odpornost na obrabo v industrijskih strojih.
Polprevodniška industrija
PPS najde uporabo v polprevodniški industriji zaradi svoje čistosti in izolacijskih lastnosti.
Semiconductor Machinery Sestavni deli: PPS se uporablja v priključkih, kontaktnih tirnicah, toplotnih ščitu in kontaktnih tlačnih disku v opremi za proizvodnjo polprevodnikov.
Posebne ocene za polprevodniške aplikacije: posebne ocene PPS, kot sta Tecatron SE in SX, so zasnovane za polprevodniške aplikacije, ki ponujajo visoko čistost in izboljšane lastnosti.
Strojni inženiring
PPS se uporablja v različnih aplikacijah za strojništvo.
Deli kompresorja in črpalke: PPS se zaradi kemične odpornosti in mehanske trdnosti uporablja v komponentah kompresorja in črpalke.
Verižne vodnike in osnovne plošče: PPS najde uporabo v verižnih vodnikih in osnovnih ploščah, ki zagotavljajo odpornost proti obrabi in dimenzijsko stabilnost.
Druge panoge
PPS plastika se uporablja v več drugih panogah:
Tekstilne stroje: komponente PPS se uporabljajo pri barvanju, tiskanju in predelavi, ki nudijo trajnost in kemično odpornost.
Medicinske naprave: PPS se uporablja v delih kirurških instrumentov zaradi svoje kemične odpornosti in sposobnosti, da prenese procese sterilizacije.
Olje in plinsko opremo: PPS se uporablja v opremi, tjulnjih in priključkih za vdrti, kjer sta njena kemična odpornost in visokotemperaturna stabilnost bistvena.
Naslednja tabela povzema ključne aplikacije PPS plastike v različnih panogah:
| industrijske | aplikacije |
| Avtomobilski in vesoljski prostor | Komponente motorja, deli sistema za gorivo, notranjost zrakoplovov |
| Elektronika | Konektorji, izolatorji, vezje, mikroelektronika |
| Kemična obdelava | Ventili, črpalke, ohišja filtra, tesnila, tesnila |
| Industrijska oprema | Prestave, ležaji, komponente kompresorja, deli, odporne na obrabo |
| Polprevodnik | Komponente strojev, posebne ocene za proizvodnjo polprevodnikov |
| Strojni inženiring | Deli kompresorja in črpalke, verižni vodniki, osnovne plošče |
| Tekstil | Oprema za barvanje in tiskanje, stroji za predelavo |
| Medicinski | Kirurški deli instrumentov |
| Nafta in plin | Oprema za vdrti, tesnila, konektorji |
Optimizacija lastnosti materiala polifenilen sulfida (PPS)
Za izboljšanje lastnosti PPS plastike lahko uporabimo različne dodatke in ojačitve.
Aditivi in ojačitve
Ojačitev steklenih vlaken
Steklena vlakna povečajo natezno trdnost, upogibni modul in dimenzijsko stabilnost PPS.
Naredijo PPS primerni za aplikacije, ki zahtevajo visoko mehansko trdnost.
Standardne spojine, kot sta PPS-GF40 in PPS-GF MD 65, imajo pomemben tržni delež.
Okrepitev ogljikovih vlaken
PTFE dodatki
Nanodelci in nanokompoziti
Nanokompozite na osnovi PPS lahko pripravimo z ogljikovimi nanofili (npr. Razširjeni grafit, ogljikove nanocevke) ali anorganske nanodelce.
Nanofilerji se dodajo v PPS predvsem za izboljšanje njegovih mehanskih lastnosti.
Večina nanokompozitov PPS je bila pripravljena s talino, ki se mili zaradi netopnosti PPS v skupnih organskih topilih.
Naslednja tabela primerja lastnosti neizpolnjenih, steklenih in steklenih mineralnih PPS:
| nepremičninsko (enota) | Nefiljno | steklo ojačano (40%), | napolnjeno s steklom* |
| Gostota (kg/l) | 1.35 | 1.66 | 1,90 - 2,05 |
| Natezna trdnost (MPA) | 65-85 | 190 | 110-130 |
| Raztezanje ob odmoru (%) | 6-8 | 1.9 | 1.0-1.3 |
| Fleksibilni modul (MPA) | 3800 | 14000 | 16000-19000 |
| Upogibna moč (MPA) | 100-130 | 290 | 180-220 |
| Izod zarezan udarna moč (kJ/m²) | - | 11 | 5-6 |
| HDT/A @ 1,8 MPA (° C) | 110 | 270 | 270 |
*Odvisno od razmerja stekla/mineralnega polnila
Posebni dodatki za izboljšanje nepremičnin
Za ciljanje in izboljšanje določenih lastnosti PPS se lahko uporabijo posebni dodatki:
Alkalijski kovinski silikati za nadzor viskoznosti
Kalcijev klorid za povečanje molekulske mase
Blokirajte kopolimere za izboljšanje odpornosti na udarce
Estri sulfonske kisline za povečanje hitrosti kristalizacije
Naslednja tabela povzema dodatke, ki se uporabljajo za posebne izboljšave lastnosti:
| Zahteva za lastnosti | ustrezni dodatki |
| Nizka pretok taline, visoka viskoznost | Alkalijski kovinski silikati, alkalijski kovinski sulfiti, aminokisline, oligomeri sililnega etra |
| Povečana molekulska teža | Kalcijev klorid, dodan med polimerizacijo |
| Izboljšana odpornost na udarce | Vključitev blokovskih kopolimerov v začetno reakcijo |
| Povečana stopnja kristalizacije | Estri sulfonske kisline skupaj z nukleativnim sredstvom |
| Povečana stabilnost toplote, nizka temperatura kristalizacije | Alkalna kovina ali alkalna zemeljska kovinska ditionat |
Tehnike obdelave za PPS plastiko
PPS smole lahko obdelamo z različnimi tehnikami, vključno z oblikovanjem vbrizgavanja, ekstruzijo, pihanjem in obdelavo.
Oblikovanje vbrizgavanja
Oblikovanje vbrizgavanja je pogosta metoda obdelave PPS, ki ponuja visoko produktivnost in natančnost.
Ekstruzija
PP je mogoče iztisniti v različne oblike, kot so vlakna, filmi, palice in plošče.
Pihanje
PPS lahko obdelamo s pomočjo tehnik pihanja.
Obdelava PPS
PPS je zelo obdelovalen, kar omogoča natančno in zapleteno izdelavo dela.
Pomen prednastavljenja pri obdelavi
Predhodno sušenje PPS je ključnega pomena za doseganje optimalnih rezultatov obdelave.
Naslednja tabela povzema tehnike obdelave in njihovi ključni vidiki:
| tehniki obdelave | Ključni premisleki o |
| Oblikovanje vbrizgavanja | Nastavitve predhodne sušenja, temperature in tlaka, tesnost plesni |
| Ekstruzija | Pogoji sušenja, nadzor temperature, vlakna in filmska produkcija |
| Pihanje | Temperaturni razponi, premisleki za napolnjene ocene |
| Obdelava | Izbira hladilne tekočine, postopek žarjenja, doseganje natančnosti |
Z razumevanjem in optimizacijo teh tehnik obdelave lahko proizvajalci proizvajajo kakovostne PPS dele in komponente za različne aplikacije.
Oblikovalne premisleke za PPS aplikacije
Pri načrtovanju s PPS plastiko je treba upoštevati več dejavnikov, da se zagotovi optimalna zmogljivost in stroškovno učinkovitost.
Izbira PPS za posebne aplikacije
Izbira PPS za določeno aplikacijo zahteva natančno oceno njegovih edinstvenih lastnosti.
Obdelava in zaključna pomisleka
PPS je mogoče obdelati za zapiranje toleranc, zaradi česar je primeren za zapletene, natančne dele.
Obdelava lahko povzroči površinsko razpokanje in notranje napetosti v PPS.
Te težave je mogoče omiliti z žarjenjem in uporabo ustreznih hladilnih sredstev.
Za doseganje visokokakovostnih površinskih zaključkov se priporočajo nearomatična, vodotopna hladilna sredstva, kot so tlak pod tlakom in brizgalnice.
Dimenzijska stabilnost med temperaturami
PPS ohranja odlično dimenzijsko stabilnost pri različnih temperaturah.
Stroški v primerjavi z alternativnimi materiali
Medtem ko PPS ponuja odlične zmogljivosti, je dražja od številnih standardnih inženirskih plastike.
Oblikovalci bi morali oceniti razmerje med stroški in koristmi uporabe PPS.
Za manj zahtevne aplikacije se lahko upoštevajo alternativni materiali, kot je PEEK.
Vendar pa edinstvena kombinacija lastnosti PPS pogosto upravičuje svoje višje stroške v posebnih aplikacijah.
Okoljski in varnostni vidiki
PPS na splošno velja za varne in netoksične, vendar je treba upoštevati ustrezne protokole za upravljanje in varnostne protokole.
PP -ji lahko predstavljajo tveganje za zdravje ljudi in okolje, če se ne ravna pravilno ali se uporabljajo neprimerno.
Za zmanjšanje tveganj je treba upoštevati ustrezne varnostne protokole in smernice.
PPS ima slabo UV odpornost, zaradi česar je neprimerna za zunanje aplikacije brez zaščitnih premazov.
Naslednja tabela povzema ključne zasnove za PPS aplikacije:
| Oblikovanje | ključnih točk |
| Izbira PPS za posebne aplikacije | Kemična odpornost, visoka temperatura stabilnost, dimenzijska stabilnost |
| Obdelava in zaključek | Žarjenje, ustrezna hladilna sredstva, površinsko razpokanje in notranje ublažitev stresa |
| Dimenzijska stabilnost med temperaturami | Minimalne dimenzijske spremembe, zanesljiva učinkovitost v različnih pogojih |
| Stroški | Višji stroški kot standardna plastika, ocena stroškov in koristi, alternativni materiali |
| Okolje in varnost | Na splošno varni, pravilni protokoli ravnanja in varnostnih protokolov, slaba UV odpornost |
Zaključek
PPS Plastic ponuja izjemno vsestranskost in visoke zmogljivosti, zaradi česar je idealen za zahtevne aplikacije. Njegova kemična odpornost, toplotna stabilnost in mehanska trdnost zagotavljajo zanesljivost v panogah.
Razumevanje PPS -ovih sprememb, metod obdelave in oblikovalskih smernic je ključnega pomena za povečanje njegovega potenciala. Z ustrezno uporabo PPS ustvarja trajne izdelke v avtomobilskem, vesoljskem, elektroniki in še več.
Nasveti: morda vas zanimajo vse plastike
