聚苯醚簡稱PPO(Polyphenylene Oxide)或PPE(Polypheylene Ether),又稱為聚亞苯基氧化物或聚苯撐醚,又稱聚苯撐氧。
PPO具有優良的力學性能,但熔體黏度高、流動性差、加工困難,製品易開裂並且價格昂貴。自問世以來,對其改性研究就一直沒有停止,商品化的PPO也多以改性聚苯醚(Modified Polyphenylene Oxide,簡稱MPPO)出現。
6.5.1聚苯醚的結構特征
PPO大分子主鏈是由柔性醚鍵“—O—”和剛性次苯基芳環交互連接而成的線形大分子。由於主鏈上含有大量的酚基芳香環,並且兩個甲基封閉了酚基上兩個鄰位活性點,造成分子鏈本身具有較高的剛性,分子間有較高的凝聚力。此外,氧原子與苯環處於p-π共軛狀態,使氧原子提供的柔順性受帶兩個甲基的苯環影響而大大降低,造成分子鏈段內旋轉困難,使得PPO分子鏈本身呈現較高的剛性,熔點升高,熔體黏度增加,熔體流動性差,加工困難。這種結構也導致PPO的結晶能力弱,冷卻時一般形成無定形產物。
6.5.2聚苯醚的性能
PPO外觀為琥珀色透明體,密度1.06g/cm3,難燃、耐磨、無毒、耐汙染。PPO是一種綜合性能優良的線形非晶態熱塑性工程塑料,綜合性能好,突出的是電絕緣性和耐水性優異,尺寸穩定性好。
(1)力學性能
PPO分子鏈中含有大量的芳香環結構,分子鏈剛性強,力學性能高,拉伸強度可達70MPa,彎曲強度可達100MPa,抗蠕變性能優良,可在較寬的溫度範圍(-160~190℃)保持較高的力學性能。
由於PPO分子鏈的剛性大,分子鏈間作用力強,使PPO在受力時的形變減小,尺寸穩定,造成PPO具有低蠕變、高模量、高衝擊強度的性能,其拉伸強度和抗蠕變性是一般工程塑料中最佳的。
(2)熱性能
PPO具有較高的耐熱性,玻璃化溫度高達210℃,是一般工程塑料中最高的,馬丁耐熱溫度為160℃,熱變形溫度為190℃,最高連續使用溫度為120℃,間斷使用溫度可達205℃。PPO的熔點為257℃,熱分解溫度為350℃,脆化溫度低於-170℃。當有氧存在時,從121℃起到438℃左右可逐漸交聯轉變為熱固性塑料;而在惰性氣體中,300℃以內無明顯熱降解現象,350℃以上時熱降解才急劇發生。
PPO的線膨脹係數為(2.0~5.5)×10-5/K,在所有塑料中是最低的,與金屬的接近,適合於金屬嵌件的放置,其製品形狀和尺寸隨溫度變化小,是製造精密結構零件的好材料。
PPO分子鏈的端基為酚氧基,其耐熱氧化性能不好,可用異氰酸酯將端基封閉或加入抗氧劑等來提高其熱氧穩定性。
(3)結晶性能
PPO的分子結構對稱,聚合反應時可以結晶,但其玻璃化溫度與熔點溫度之比約為0.91,相差很小,所以,冷卻時從熔融態到形成結晶的時間很短,結晶很難發生,因此,PPO從熔體冷卻隻能得到無定形透明玻璃體。
(4)介電性能居工程塑料之首
PPO樹脂分子結構中無強極性基團,電性能穩定,可在廣泛的溫度及頻率範圍內保持良好的電性能。其體積電阻率是工程塑料中最高的,而介電常數和介電損耗角正切是工程塑料中最小的,且幾乎不受溫度、濕度及頻率數的影響。PPO的優異電性能使其廣泛應用於生產電器產品,尤其是耐高壓的部件,如彩電的行輸出變壓器等。
(5)優異的耐水性
PPO為非結晶性樹脂,在通常的溫度範圍,分子運動少,主鏈中無大的極性基團,偶極矩不發生分極,耐水性非常好,是工程塑料中吸水率最低的品種。在熱水中長時間浸泡其物理性能仍下降很少。
(6)阻燃性能
PPO的氧指數為29%,為自熄材料,製造阻燃等級PPO時,不需要添加鹵素的阻燃劑,加入含磷類阻燃劑即可達到UL94標準,減少對環境的汙染。
(7)耐介質性
PPO基本不受酸、堿和洗滌劑等介質的腐蝕,在受力的情況下,礦物油及酮類、酯類溶劑會產生應力開裂;有機溶劑如脂肪烴、鹵代脂肪烴和芳香烴等會使之溶脹和溶解。
(8)耐光性
PPO弱點是耐光性差,長時間在陽光或熒光燈下使用產生變色,顏色發黃,原因是紫外線能使芳香醚的鏈結合斷裂,如何改善PPO的耐光性成為一個課題。