汽车工业用聚苯硫醚材料
摘 要：聚苯硫醚25%用于汽车工业，主要技术指标是刚性、韧性优良的高强度材料，可精密成型的高流动性材料和耐磨性，耐冷热急变性、耐溶剂性好的特种材料。
关键词：聚苯硫醚 汽车工业
聚苯硫醚英文名称Poly(PhenyloneSulfide)，简称PPS，是一种高结晶性聚合物，在美国称之为高性能塑料（Highperformanceplastics），日本则称之为超级工程塑料（SuperEng-plaotics）。聚苯硫醚具有刚柔相济的分子结构，200℃下不溶于已知有机溶剂。能在200—240℃高温下长期使用。聚苯硫醚具有优异的耐高温性、耐腐蚀性和耐溶剂性，是高分子聚合物的娇娇者。聚苯硫醚树脂经过改性增强，具有很高的刚性和强度，成型加工性好，收缩率极低，尺寸稳定。聚苯硫醚氧指数大于43，无需添加任何阻燃剂，其燃烧性可达到V-0级。聚苯硫醚热分解温度高，5%失重高于480℃，50%失重高于700℃，分解物毒性极低，属绿色*型材料。聚苯硫醚树脂及改性增强材料于上世纪七十年代初期由菲利浦石油公司（PhillipsPetroleumInternationalInc.）率先实现工业化。聚本硫醚材料在高性能工程塑料中具有*优的信价比值，三十年来，聚苯硫醚已被航天、航空、**、电子、家电、机械、化工、石油、汽车等等行业普遍采用，目前已成为工程塑料中产量*大，应用*广的新型材料。
聚苯硫醚材料比强度很高，综合性能优异，是汽车轻量化的理想材料。国外用于汽车零部件已有二十余年历史。国外品牌车，无一未使用聚苯硫醚材料，从外饰件到功能部件多达数百种，**车的用量已超过26千克，整车重量由此减轻120千克以上。据*新资料，2003年国外聚苯硫醚材料在汽车行业的用量已达到2万吨，约占总产量的25%。
汽车用聚苯硫醚材料，随部件功能各一，要求具有高强度、高刚性、高韧性、耐磨耗、耐腐蚀、耐溶剂性，抗冷热急变性、抗热水蠕变性，易加工性和尺寸稳定性。乐天塑料开发的结构材料、耐磨材料、耐腐蚀材料、耐热急变材料，耐溶剂材料和精密成型材料能满足汽车工业日益增长的材料需求。
1． 结构材料
汽车受力结构件如保险杠、护板、踏板、手柄、坐椅骨架等，非受力部件
如前后箱盖、排气管、水箱、后视镜壳、灯罩等，都要求较高的机械力学强度。既要求高的刚性，还要求高的抗冲击强度。系列晶须增强材料，改善了通用40%玻纤增强聚苯硫醚存在韧性差，机械力学强度不足等方面的问题，见表1。今后有可能获得更广泛的应用。
表1
牌号 | 单位 |
高刚性、高韧性 |
通用、GF40%增强 |
40%GF+CF |
密度 | g/cm3 | 1.59 | 1.70 | 1.65 |
拉伸强度 | Mpa | 205 | 140 | 180 |
断裂伸长率 | % | 2.3 | 1.2 | 1.6 |
弯曲强度 | Mpa | 270 | 240 | 280 |
弯曲模量 | GPa | 16.8 | 10.2 | 15.5 |
有缺口冲击强度 | KJ/m2 | 12.5 | 8.0 | 10.0 |
无缺口冲击强度 | KJ/m2 | 55.0 | 32.5 | 46.2 |
熔融指数 | g | 85 | 32 | 55 |
按中华人民共和国国家标准方法检测
2． 耐磨材料
汽车变速齿轮、轴承、轴套、电刷、万向节球头等部件，要求高温下摩擦
系数低，自润滑性好。系列材料是PPS/PEEK/PTFE合金材料，较通用30%玻纤无机物混合增强材料，显著提高了耐摩擦性，23℃PV值可达到1900，表2，表3。随着技术进步，不用润滑油的汽车将有可能实现。
表2
牌号 | 单位 |
高自润滑性 |
20%GF、无机物增强 | 30%CF增强 |
密度 | g/cm3 | 1.56 | 1.65 | 1.58 |
抗伸强度 | Mpa | 65 | 165 | 180 |
断裂伸长度 | % | 4.2 | 0.8 | 1.1 |
弯曲强度 | Mpa | 110 | 240 | 270 |
弯曲模量 | Gpa | 4.4 | 12.6 | 18.0 |
有缺口冲击强度 | KJ/m2 | 7.2 | 10.2 | 5.0 |
无缺口冲击强度 | KJ/m2 | 50.1 | 55.0 | 25.5 |
热变形温度（+1.82MPa） | ℃ | 160 | 260 | 265 |
按中华人民共和国国家标准检测
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． 耐腐蚀材料
超轻量级节能汽车已成为汽车工业追求的重要目标之一。某大公司正在开
发中的节能车型，设计100km油耗仅为900毫升，此款车大量采用了A1/Mg合金材料。A1/Mg合金材料此强度高，但耐磨耗、耐腐蚀性差，难以抵抗大气中粉尘、酸性物质，盐基性物质的磨耗和腐蚀。系列涂饰材料有优异的耐磨擦抗腐蚀性能，附着力达到0级，冲击强度高于5Mpa，硬度达到HRA80，盐雾试验超过300小时，中温涂饰，施工简便，涂层光亮。
4． 抗冷热急变材料
汽车是交通工具，必须能适应各种恶劣气候环境，盛夏午间行车，严冬深夜室外停放，温差达80℃以上，对汽车用非金属材料提出了很高的要求，特别是嵌入金属端子的电极、传导器、支架、密封盒等发动机周边部件所用的材料，必须能抗-40℃至100℃温差急变，否则由于金属嵌件与PPS线胀系数差一，将导致PPS护层破裂。系列材料，具有优异的抗冷热急变性，较以前通用的40%玻纤增强材料，综合技术指标显著提高，见表4。
表4
牌号 （1） | 单位 |
TDE无机物增强 |
高韧性 |
通用级 |
密度 | g/cm3 |
|
|
|
抗伸强度 | Mpa | 155 | 160 | 170 |
伸长度 | % | 1.8 | 1.4 | 2.2 |
弯曲强度 | Mpa | 200 | 260 | 215 |
弯曲模量 | Gpa | 11.6 | 14.2 | 10.0 |
有缺口冲击强度 | KJ/m2 | 8.5 | 9.0 | 10.0 |
无缺口冲击强度 | KJ/m2 | 42 | 42.6 | 52.3 |
熔融指数 | G | 26 | 53 | 41 |
抗冷热急变 （2） | 次 | 220 | 80 | 40 |
（1） 按中华人民共和国国家标准方法检测
（2） 参照国外方法：-40℃—180℃，每次循环4小时，升（降）温过程30分钟
5． 耐溶剂材料
随着高标号汽油普及使用，对汽车相关部件如油箱、油泵、电磁阀、油管
等部件耐溶剂性提出了更苛刻的要求。欧洲标准要求油箱泄漏量≤2g/24hr。目前竟相开发的加油自动计量装置，要求计量误差≤0.2%，其核心部件是一对椭圆柱齿轮，随油流入微小动力驱动计量，齿轮、腔体精密配合，只有其相对误差小于20μm，才能保证其计量粒度。这类材料除高刚性、低磨耗外，吸油量应低于0.01%，若吸油量过高，材质表面溶胀超过1μm，将严重影响其计量的准确度，失去使用价值。系列纳米炭素改性材料，吸油量<0.1mg/(cm2·24hr),熔胀层<1μm/(80℃·24hr)。优异的耐油性完全可以满足上述汽车部件耐溶剂性要求。
耐热水蠕变性是汽车水（冷冻液）箱、水管、热水电磁阀、泵壳、叶轮对
高分子材料的另一项苛刻要求。目前泵壳、叶轮已形成几十个规格，尺寸*大130mm(康明斯发动机)，*小6mm（微型车发动机）。材料，在80-120℃热水中表现出优异的抗蠕变性，较ZC102基本材料提高3倍以上。据强化试验数据推测，其使用寿命可达到12500小时。此类高性能材料2005年3季度可投放市场。
6． 精密成型材料
随着汽车高能化和轻量化，通用工程塑料如PBT、PA、PPE、ABS等已
不能满足多嵌件一次成型结构复杂的组合部件所必须的高绝缘性、耐热性、蔽光性、超薄结构技术和工艺要求。
系列纳米三氧化二铝（μm-Al2O3）增强材料，在0.2mm超薄成型方面取得新的突破。成型物表面挠曲度低于1%，平滑光泽，能满足**电器部件壳体尺寸精度要求，见表5。较通用40%GF增强PPS材料具有更好的尺寸稳定性，脱模性和优良的成型工艺指标。
表5
牌号 （1） | 单位 | SGPPS-ZE204B Al2O3/GF30%增强 | SGPPS-ZE2021 30%GF增强 | PPS-1 40%GF增强 | PPS-11 40%GF增强 |
密度 | g/cm3 | 1.62 | 1.60 | 1.67 | 1.66 |
拉伸强度 | Mpa | 210 | 185 | 121 | 196 |
断裂伸长率 | % | 2.6 | 1.4 | 1.3 | 2.2 |
有缺口冲击强度 | KJ/m2 | 12.5 | 12.0 | 7.0 | 10.0 |
熔融指数 | g | 125 | 68 | 51 | 62 |
流动长度 （2） | mm | 8.2 | 4.0 | 3.1 | 4.2 |
挠曲变形 （3） | mm | 1.0 | 1.65 | 7.30 | 5.10 |
(1) 按中华人民共和国国家标准检测。
(2) 企业标准检测：50mm×20mm×0.2mm型腔，CT310℃、MT145℃、50Mpa
(3)企业标准检测:Φ100×1mm型腔，T310℃、MT145℃、80MPa
随着节能、*方面要求的不断提高，作为国民经济支柱产业的汽车工业，有更多的发展机遇和挑战。受**石油资源制约，轻量高性能化将是发展的主要方向。人们期待的100km油耗低于1000毫升的轻型车即将面市，而100km油耗低于1200毫升的豪华车已为时不远，新一代品牌卡车，100km油耗将降低30%以上。汽车轻量化，高性能化离不开高分子材料，作为工程塑料之花的聚苯硫醚，将扮演重要角色，随着聚苯硫醚潜在用途的不断开发，其将在现有辉煌之上作出更**的贡献。
