聚苯乙烯的特性与应用

聚苯乙烯是最早工业化的塑料品种之一。目前，聚苯乙烯已成为世界上应用最广泛的热塑性塑料，产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯而居世界第三位。聚苯乙烯由于具有透明、廉价、刚性、绝缘、印刷性好等优点，在轻工产品和一般工业的装饰、照明指示等方面普遍使用。在电气方面更是良好的绝缘材料和绝热保温材料。

一、聚苯乙烯的结构与性能

（一）聚苯乙烯的结构

聚苯乙烯结构式为：

现代方法研究证明，聚苯乙烯长链结构为头—尾结构：

聚苯乙烯分子结构中，由于侧基共轭苯环的存在，使分子结构不规整，同时增大了大分子的刚性，因此聚苯乙烯不易结晶，而成为透明性很好的非结晶性线型聚合物。聚苯乙烯的玻璃化温度T_g较高，为80～82℃。

聚苯乙烯数均相对分子质量M_r，n为4万～18万，而重均相对分子质量M_r，w为10万～40万。

（二）聚苯乙烯的性能

聚苯乙烯具有良好的透明度（透光率为88%～92%）、耐光、耐化学性能，特别是极好的电绝缘性能和低吸湿性，因而是早期无线电电子工业的重要材料。此外，它还有加工流动性好、价格低廉、容易染色等优点。聚苯乙烯的主要缺点是质脆、内应力大、不耐冲击、耐热性低（软化点低约为80℃），这就限制了它的应用。为了克服其缺点，多采用改性聚苯乙烯。

聚苯乙烯的上述性质，是由它的化学结构和聚集态结构所决定的。由于它是烃类的大分子，故电性能很好。与聚乙烯比较，聚苯乙烯的大分子链上的苯环像挂灯笼似的，其空间位阻影响了大分子链段的内旋转和柔顺性，链段在常温下较僵硬，链段之间的聚集规整性较低，基团相互作用力小，所以，耐热性较低，不容易分散外界作用的应力，致使聚苯乙烯质脆。聚苯乙烯可通过酸性处理以增加链段的柔顺性，抗冲击性。聚苯乙烯是用橡胶改性的，如用丁苯橡胶改性的聚苯乙烯，可大幅度提高韧性和冲击强度；用有机玻璃或丙烯腈改性的聚苯乙烯，也可以提高韧性，透明度、强度和耐磨性、耐油也较好。具体介绍如下。

1.力学性能

聚苯乙烯的力学强度与聚合方法、相对分子质量、取向程度等有关。相对分子质量在5万以下拉伸强度很低；相对分子质量10万以上，对拉伸强度影响不大。通常聚苯乙烯相对分子质量控制在5万～20万，相对分子质量过高，会给成型加工带来困难。

聚苯乙烯典型力学性能为：拉伸强度60MPa，弯曲强度70～80MPa，抗压强度80～112MPa。聚苯乙烯抗冲击强度较差，无缺口抗冲击强度仅为12kJ/m²，脆性较大，仅能在低负荷下使用。此外聚苯乙烯耐磨性也较差。(www.xing528.com)

2.物理性能

聚苯乙烯密度为1040～1090kg/m³，折射率l.59～1.60，透光率高达88%～92%，因而具有良好的光泽。聚苯乙烯的尺寸稳定性很好，模具制作收缩率为0.45%。聚苯乙烯制品还能在潮湿的环境中保持尺寸稳定和强度不变，其吸湿率约为0.02%。

3.热性能

聚苯乙烯大分子中无极性基团，分子间作用力小，较高温度下分子链易相对滑动，结果导致耐热性低，最高工作温度60～80℃，热变形温度为70～98℃，脆化温度—30℃，在高真空和330～380℃内将剧烈降解。

4.电性能

聚苯乙烯电性能很好，并且由于其耐水性高，所以是一种优良的电绝缘材料。聚苯乙烯耐电弧性好，仅次于三聚氰胺和聚四氟乙烯。聚苯乙烯表面电阻大、不吸水，在高湿度条件下也能耐表面击穿。

5.化学性能

聚苯乙烯能耐碱、任何浓度的硫酸、磷酸、硼酸、10%～36%盐酸、25%以下的醋酸、10%～90%甲酸以及其他有机酸，但不耐硝酸、氧化剂等。聚苯乙烯不溶于脂肪烃和低级醇中，但可溶于大多数芳香族溶剂，如苯、甲苯、乙苯及苯乙烯单体等。

二、聚苯乙烯的应用

鞋产品必须承受剧烈的冲击和曲挠，而性刚质脆的纯聚苯乙烯料很少直接应用于制鞋工业，主要是用其改性产品，如用聚丁二烯改性的高抗冲击聚苯乙烯（国内简称高苯乙烯），就是制作仿皮底的重要材料，改变聚丁二烯或其他橡胶组分的比例，还可以作成皮鞋主跟与包头。

近年来，随着热塑性弹性体（SBS）在制鞋工业中的应用，高结晶性聚苯乙烯作为一个重要组分而被应用。在SBS中加入聚苯乙烯，能有效地提高混合物的硬度、刚性和耐磨性，而不影响其工艺性能和物理力学性能，如可粘性、熔融指数、相对密度、抗张强度等都没有明显的变化。迄今为止，在SBS鞋料配方中，还没有任何其他聚合物能比聚苯乙烯有更好的配合效果。