以巴斯夫为例谈谈三种聚砜（PSU）的性能介绍、加工成型和应用2018-07-25

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聚砜类塑料制品

聚砜最早出现于20世纪60年代，是分子主链中含有烃基-SO2-烃基的热塑性树脂；英文名Polysulfone（简称PSF或PSU）。聚砜有普通双酚A型PSU（即通常所说的PSU）、聚苯砜和聚醚砜。与此对应，巴斯夫分别开发出了这三类物质的衍生物：UItrason® S（双酚A型聚砜）、UItrason® P（聚苯砜）和UItrason® E（聚醚砜）。

一.聚砜分子式对比及理论分析

1. 普通双酚A型PSU的分子式：

砜基的共轭效应提供了抗氧化性和热稳定性；醚链改善了韧性，苯环保证了其力学强度与模量。

2. 聚苯砜PPSU的分子式：

聚苯砜主链上的苯环，提供了高的耐热性和机械性能；醚键提供了优良的流动性和加工性能。

3. 聚醚砜PESU的分子式：

醚基提供了柔顺性及高流动性，砜基提供了耐热型，亚苯基提供了刚性。

PSU颗粒

PSU是略带琥珀色、非晶型透明或半透明聚合物，其力学性能优异、刚性大、耐磨、高强度，即使在高温下也保持优良的机械性能是其突出的优点；其范围为为-100~150℃,，长期使用温度为160℃，短期使用温度为 190℃。另外，PSF还具有热稳定性高、耐水解、尺寸稳定性好、成型收缩率小、无毒、耐辐射、耐燃、有熄性等优良特性。

下表为这三种聚砜的性能比较：

表1：双酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜的性能比较

二.双酚A型聚砜

英文名:polysulfone

简称:PSU（PSF）

双酚A型聚砜以双酚A和4，4′－二氯二苯砜为原料，经缩聚反应制备而成。双酚A型聚砜可以看成是由异亚丙基、醚基、砜基和亚苯基连接起来的线性高分子聚合物。双酚A型聚砜的硫原子是最高氧化态，分子中所有的链不易水解，耐酸、耐碱。溶于N,N-二甲基乙酰胺等极性溶剂中。

1.双酚A型聚砜的性能分析

1）力学性能

双酚A型聚砜具有优异的力学性能，其拉伸强度和弯曲程度都高于一般的工程材料，在高温条件下的力学性能保持率高，冲击强度在-60~120 ℃范围内变化不大。

双酚A型聚砜的主要缺点：抗疲劳性差，有内应力开裂现象。

2）热性能

双酚A型聚砜具有优异的耐热性，如表1所示：

表1：双酚A型聚砜热性能

3）电性能

双酚A型聚砜在宽广的温度和频率范围内具有优异的电性能，在水及潮湿的空气中电性能变化很小。

4）耐化学药品性

双酚A型聚砜的化学稳定性好，对无机酸、碱、盐溶液都很稳定，但其受某些极性有机溶剂如酮类、卤代烃和芳香烃等作用会发生腐蚀的现象。

5）其他性能 

双酚A型聚砜的耐辐射性能优良，但耐候性和耐紫外线性较差；其吸水率为0.22%，成型收缩率为0.7%，尺寸稳定性好，在湿热的条件下其尺寸变化微小。

2.双酚A型聚砜的成型加工性能

双酚A型聚砜可采用注射、挤出、吹塑、旋转等各种方法成型。具体加工性能表现为：

1）双酚A型聚砜在成型过程中对剪切速率不敏感，粘度较高，熔融流动中的分子定向较低，易获得均匀的制品，易进行规格和形状的调整，适合于挤出成型加工异形制品。

2）双酚A型原料在成型前必须充分干燥，否则制品表面会出现气泡、银丝现象。一般库存的原料含湿率约0.3％，须干操到0.05％以下。下角料经粉碎、干燥后可再生利用。

3）设计模具时应注意使熔融流动的阻力最小，采用高温高压注射成型时应使物料流程最短。注射嘴直径应大于3mm，当制品尺寸达100mm时注射嘴直径应大于4mm。

目前PSU主要用于电子、电气方面。电子、电气向小型、轻量、耐高温方向发展，促进了PSU消费的增长。在汽车，航天、医疗、卫生中PSU的需求量仍在保持稳定增长的势头。

三．聚苯砜（聚苯醚砜）

英文名称：ployarylsulphone

简称：PPSU

聚苯砜由双芳环硫酰氯与芳环缩聚而成，其应用主要是电子电气和汽车行业。

1.聚苯砜的性能分析

1）热性能

耐热性高：200℃以下机械性能不变，-150℃低温下仍不脆裂；Tg为225℃，Td＞203℃。

2）机械性能

机械性能在热塑性塑料中属于比较优秀的，如下表所示：

表2：聚苯砜的机械性能

3）难燃性

难燃，用厚0.5mm的试样试验，可达UL94V—0级标准；在强制燃烧时发烟量很少。

4）耐药品性

对酸、碱等无机药品及溶剂有优良的耐药品性；但溶于极强的有机溶剂如二氯乙烷、N—甲基吡咯烷酮。

5）电性能

优异的电性能，在200℃下绝缘性能稳定。

PPSU材质婴儿奶瓶

2.聚苯砜的加工性能

采用注射、挤出或压缩成型技术加工成制品。但聚苯砜具有高的熔融粘度，需采用专用的加工设备。

四．聚醚砜（聚芳醚砜）

英文名称：polyether sulfone

简称：PESU

聚醚砜颗粒

1.聚醚砜的性能分析

表3：聚醚砜的使用等温度

2.聚醚砜的加工性能

采用注射成型、挤出成型、吹塑成型、压缩成型或真空成型，高模温有助于成型和减小成型引起的应力。

注射成型温度:310～390℃

模温:140～180℃

PESU是一种无定形树脂，模收缩率很小，可加工成对容限要求高及薄壁的制品。

3.聚醚砜的应用领域

聚醚砜具有特有的设计性能：包括宽温度范围内（－100～200℃）的高机械性能、高热变形温度及良好耐热老化性能，长期使用温度达 180℃，制品耐侯性好，阻燃及低烟密度性，良好电性能、透明等。

PESU滤芯

因此PESU制品大量应用于电气电子、机械、医疗、食品及航空航天领域。

五.巴斯夫UItrason®系列的应用举例

超滤膜组件

手持咖啡机

雾灯壳

不沾涂料

泵推进器（箭头所示）

消防头盔的面罩

碳纤维复合材料

中空纤维膜