國外工程塑料新品級的開發狀況

    從70年代以來國外工程塑料的新品種幾乎沒有什么增加，但新品級的開發從未停止過。隨著共混、合金、填充、增強、復合技術的發展和加工新技術的運用，不少工程塑料的老品種衍生出繁多的新用途。這與從開發新單體合成新樹脂來滿足新要求的方法相比，前者不僅快捷方便而且經濟實惠，所以各國都在針對現有工程塑料中的某些不足加以改進以適應工程技術上的需要。
　　本文就聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PBT)、改性聚苯醚(MPPE)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)和熱塑性聚酰亞胺(TPI)這7種常用工程塑料的新品級開發介紹當前國外的動向和研究課題。
　　1　聚甲醛(POM) 　
　　POM在過去的十年中尚未找到大規模的新用途，因此需求量的增長不快(僅4%～5%)，但在提高產品的附加價值和加工技術方面提出了不少新課題。
　　(1)滑動用
　　由于POM本身有很高的自潤滑性，所以大量用作滑動零部件，如齒輪、滑輪、軸承、套筒、皮帶輪等。更高質量的滑動級POM是在一般POM樹脂中加入玻璃纖維增強的樹脂，使它的應用擴大至辦公設備(OA機)和印刷機、復印機、傳真機等的送紙機構(齒輪等)，它的噪音可比一般的POM齒輪下降10%左右。
　　(2)汽車用
　　隨著汽車廢氣排放標準的實施將使用汽油和甲醇的混合燃料，為聚甲醛在燃油系統中的應用展示了良好的前景，通過共混改性可以與聚酰胺一樣制作耐汽油透過的部件。
　　(3)衛生用
　　日本抗菌級聚甲醛已作為一種新功能的塑料供應上市。它們用于汽車內裝部件、衛生潔具、住宅配套部件和生活用品。如日本三菱工程塑料公司的RVZL和聚塑料公司的RB－01都是加入一定量抗菌劑的抗菌聚甲醛新產品。
　　2　聚碳酸酯(PC)
　　70年代PC多用作連接器、開關等電氣、電子零件，到80年代前半期應用擴展至精密機械(照相機、鐘表)、電動工具和光學機械上，成為PC的發展期。80年代后半期PC的應用進一步擴大到辦公設備、汽車、激光唱片(CD)，需求量大增而成為第二個發展期。進入90年代以后受經濟影響速度放緩，但在1992～1994年間仍有10%～15%的增長率。PC之所以有大的市場容量是由于它具有比較全面平衡的性能――優良的耐沖擊性、耐熱性、尺寸穩定性、透明及自熄性等，因此在電氣、電子、精密機械、汽車、保安、醫療等領域成為可廣泛使用的工程塑料。近幾年又開發出PC/ABS合金的復合化技術，更擴大了應用領域。PC的生產能力已達148萬噸/年。
　　PC的大特征是非晶型透明塑料，成型后的尺寸穩定性好，從低溫到高溫均能保持穩定的機械強度，它的拉伸與形變特性比較接近金屬材料，存在著明顯的彈性極限。因此PC作為結構材料應用時的強度計算可以參照金屬材料的公式，在PC的開發初期曾大量用作代替金屬的輕量化透明材料。
　　(1)高強高模級
　　PC可用玻纖和碳纖維增強之，如照相機殼和電動工具等小型輕量的部件使用10%～30%玻纖來增強PC，對于要求高度尺寸穩定和剛性結構的機座底盤等構件添加的玻纖含量已高達50%。
　　(2)阻燃級
　　已開發出非鹵素添加之阻燃級PC，達UL94V－0級。
　　(3)高流動級
　　對小型薄壁制品要求有更好的流動性――通過適當降低分子量和合金化手段達到。PC的合金有PC/ABS、PC/PET、PC/PBT、PC/PS等。在加工薄壁PC制品時，除了盡量提高物料流動性外還要在注射成型時采用更高的溫度、更高的注射速度和壓力，但在成型過程中會產生氣體并使材料熱老化致使制品外觀不良，為此在模具設計和注射排氣方面應有相應措施，如高速低壓成型、注射壓縮成型、氣輔注射成型、模內涂裝成型等都能提高薄壁制品的質量。
　　3　改性聚苯醚(MPPE)
　　隨著工程塑料代金屬范圍的擴大，要求部件小型輕量薄壁精密又阻燃，使MPPE的用量增大，當前全的年用量已達35萬噸。
　　(1)低氣化級
　　MPPE中使用的阻燃劑以前大量使用磷酸三苯酯之類的磷酸酯化物，但磷酸三苯酯是低分子化合物，在MPPE熔融加工時會揮發和滯留于金屬模具表面致使產品表面附著一層油狀物并在翹曲形變大的部位發生應力開裂。因此已由分子量大的產氣少的縮合型磷酸酯代替一般的磷酸三苯酯，加工時的揮發物便明顯減少。
　　(2)精密成型級
　　代金屬的MPPE要求剛性高，大多使用玻纖增強，但加入纖維狀填充料后纖維的排列會朝向樹脂的流動方向，使制品的收縮率隨部位而異發生翹曲現象。為此日本旭化成工業株式會社新上市的稱為MPPE，既使用縮合型磷酸酯作阻燃劑又無翹曲問題，適宜于加工尺寸穩定性要求高的精密制品。
　　(3)耐電解液
　　一般的鎳氫電池用的電解質是水溶液;而鋰電池用的是可燃性有機電解液，須更關注它的安全性。目前多用阻燃PC和ABS作電池殼體，但它們在有機電解液中會浸泡膨潤甚至半溶解，但采用340Z、540Z MPPE同樣浸泡后外觀無變化，重量變化率前者＋1.00%而后者僅＋0.06%。此外對電池殼的壁厚要求越來越薄，目前已要求達0.5mm以下，因此開發了流動性更好的專制電池殼體的MPPE。
　　(4)止振止噪音
　　復印機等有驅動部位的設備在使用中還有減輕振動和噪音發生的問題。MPPE中加入特殊彈性體制成的VM和VT系列料是既有良好剛性和尺寸穩定性又有良好止振止噪音的材料。以同樣的力量敲擊后，VM、VT料的打擊音衰減波顯示振幅的衰減很快而PC和PC/ABS的振幅衰減慢。
　　MPPE有優良的回用性，又是非鹵素材料，所以也是一種環保安全的材料，得到了較快的發展。
　　4　聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)
　　玻纖增強后的PBT由于強度、剛性、耐熱性有大幅度上升且以阻燃劑配合后基本不損失這些優點為特征，在電氣電子和汽車領域得到廣泛應用。從日本三菱新上市的PBT的性能可窺見當前PBT的發展動向。
　　(1)低氣化低漏電料
　　電氣電子產品在潮濕環境下用時要求有更高的耐漏電性。耐漏電性是一種顯示在潮濕環境下放電老化的特征。通常要求能耐漏電250伏，但對高電壓零部件和小型化的電子部件因難以確保有充分的絕緣距離因此要求耐漏電強度達600伏以上。一般阻燃級PBT在滿足阻燃要求時耐電弧性和耐漏電性會明顯下降，但三菱的G2930E和G2930T能兼顧阻燃和耐漏電的要求。
　　(2)耐熱沖擊的阻燃料
　　PBT G7830是耐熱沖擊的阻燃級PBT，它加有30％的玻纖。熱沖擊試驗時的條件在每次沖擊周期中經歷高溫120℃保持57min，回復到常溫保持3min，再處于低溫－40℃下57min，再升到常溫下3min。G7830發生龜裂時可經受上述熱沖擊周期288次，而一般阻燃PBT料僅能經受20次，此外G7830還兼有耐濕熱性優良的特點。
　　(3)非鹵素阻燃料
　　通常阻燃PBT都加入溴素阻燃劑及輔阻燃劑Sb2O3，但近年來歐洲對環境污染物的控制更為嚴格，如德國正在朝禁用有機鹵化物的方向發展，已在復印機、OA機等部件中限制使用有機鹵化物。因此三菱獨自開發了新的阻燃技術，不用有機鹵化物和Sb2O3而用有良好阻燃性能的G9030料。
　　5　聚苯硫醚(PPS)
　　聚苯硫醚是對二氯苯與硫化堿在高溫高壓下的反應產物，分直鏈型、交聯型、半交聯型。它們的耐藥品性和電氣特性基本相同，但交聯型比直鏈型的剛性大，成型時不易產生溢?，F象;而直鏈型比交聯型的韌性好。廣泛使用的是處于兩者之間的半交聯型PPS。
　　PPS是一種結晶型熱塑性工程塑料，具有熱變形溫度高達260℃、尺寸穩定性在高溫高濕下幾乎不變、耐藥品性可與含氟樹脂相比、機械強度大和不加阻燃劑即可達限氧指數44以上的阻燃性等優點，應用范圍日益擴大。
　　PPS新品級指的是具有高性能和特種功能的共混物，是具有低溢模性和優良韌性的樹脂。
　　(1)低溢模性樹脂
　　用于超小型電子零件和接插件的制品要求壁厚在0.5mm以下，因此對物料的薄壁流動性要求更高，但又要求該料只有低溢模性甚至希望它無溢模性，這是一對有矛盾的性能要求。達到低溢模性的措施是控制樹脂的熔融粘度和結晶速度并提高成型穩定性。大日本油墨化學株式會社開發的FZ－1140－B3即具備上述特性而可制作電子工業用接插件。此外也可通過合金化方法達到低溢模性，如SE系列即是PPS和PPE的合金塑料，兩樹脂間有一定的反應而使PPE相的分布達微分散程度，可加工成各種精密零件而有優良的尺寸穩定性。
　　(2)強韌樹脂
　　PPS的韌性與其他工程塑料相比還嫌不足，因此開發出PPS與彈性體組成的合金料Z系列。在PPS母料中分散粒徑小于1μm的彈性體，則基本不損失PPS的特性而耐沖擊性特別是冷熱交變時的熱沖擊性則得到明顯提高，同時還能提高焊接性和減少熔融時的揮發分。Z系列料多應用于汽車發動機中與熱水相接觸的部件。
　　(3)精密成型樹脂
　　總體上PPS有優良的尺寸穩定性，可加工精度要求高的CD、VTR等零件。但隨著電氣電子設備的日益小型化和加工的高速化，就要求開發有更好尺寸穩定性的PPS樹脂。精密成型級FZ－3600－S5料通過改變填料配方使它在高溫高濕環境下有更優良的尺寸穩定性。PC系列則是用作粉末涂層的PPS料，一次涂飾和燒結后即可達到無針孔的平整膜。
　　6　液晶聚合物(LCP)
　　對PBT、PC、POM、PPS等工程塑料而言，它們的名稱即表達了分子結構，不同的生產廠所用的聚合物基本相同。但對液晶聚合物來說各個生產廠生產的LCP可有不同的分子結構。LCP按耐熱性的不同可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。
　?、裥蚅CP是對羥基苯甲酸，4，4’二羥基聯苯和苯二甲酸共聚所得的聚酯，它的熔點超過370℃，熱變形溫度超過270℃，是LCP中耐熱性高的一種，適宜于在高溫下成型有高耐熱性要求的精密零部件。
　?、蛐蚅CP是對羥基苯甲酸和2，6－二羥基萘二甲酸共聚的聚酯，熱變形溫度240～270℃，可在表面實裝技術(SMT)中獲得應用――SMT是電子元器件直接插接在基板表面的技術，適用于高集成化和自動化操作過程，因此對材料有高耐熱性要求。
　?、笮蚅CP是由對羥基苯甲酸和PET共聚所得的一種聚酯，是初發現的一種在熔融時呈液晶性的材料。與Ⅰ、Ⅱ型相比較，它的耐熱性較低，加入玻纖后的熱變形溫度才240℃。
　　1998年LCP的需求量約1萬噸，主要用于表面實裝技術的電氣電子零件、移動電話、個人電腦等小型化電子產品領域。正在開發的LCP品級有:
　　(1)增強級
　　LCP的異向性可隨玻璃纖維的加入而減緩。
　　(2)高強級
　　LCP雖有高耐熱、高剛性、薄壁流動性和低膨脹性之優點但它的熔接強度還有待提高。
　　(3)易流動級
　　LCP成型時流動性越好就越不易發生翹曲，要加工小型復雜高精度的制件還需提高它的流動性。日本東公司的LCP、L204 G35H因有很好流動性，在成型薄壁復雜的小零件時也很少殘留內應力。
　　(4)易成型級：
　　LCP成型中的研究課題是計量穩定性和脫模性，熔融時因粘度明顯降低致螺槽中的粒料會上移到料筒下部或使低粘度的熔料越過螺棱逆流，致使計量不穩定。
　　(5)低翹曲級
　　LCP產生翹曲變形的基本原因是成型收縮率的異向性，一方面要從制品的形狀設計著手，不使因形狀不對稱而導致LCP的流動隨方向不同有很大的差異，另一方面要增加無機填料的填充量來抑制收縮的異向性而成為低翹曲樹脂。東し公司開發的各種品級LCP的性能如下：
　　7　熱塑性聚酰亞胺(PI)
　　超級工程塑料以下列3個為代表:1960年Du Pont公司開發的熱固性聚酰亞胺Vespel，1977年ICI公司開發的聚醚醚酮PEEK和1986年三井化學株式會社開發的熱塑性聚酰亞胺。超級工程塑料的玻璃化溫度應超過100℃且結晶部分的熔點超過300℃，長期使用溫度可超過200℃。耐高溫工程塑料如聚醚砜(PES)、聚醚酰亞胺(PEI)等的長期使用溫度均不超過200℃。而一般工程塑料如聚酰胺(PA)和聚苯硫醚(PPS)的玻璃化溫度均在100℃以下，結晶部分的熔點更低于300℃。由于超級工程塑料很高的長期使用溫度使它可用作高溫下的結構材料且有很高的PV值(耐磨)，可以制作在嚴酷條件下使用的滑動部件，不必添加穩定劑和阻燃劑之類的助劑，因此雜質含量少，適宜在半導體工業應用。
　　井化學公司有3個品級。一種是高強度級，以碳纖維增強者為JCN3030，以玻纖增強者為JGN3030，可制作飛機零部件或辦公設備的絕熱部件；第二種是滑動級，分汽車用JCL3030，JCF3030等，電氣電子用JCR3030F、JCL3030；第三種是抗靜電級J－2873，J－2874。