聚醚砜（PES）：耐热高强度的工程塑料

聚醚砜又称聚芳醚，简称PES，属于聚砜类塑料中综合了高热变形温度、高冲击强度、优良加工性的一种工程塑料。国内生产PES的单位有吉林大学中试厂、武汉化工原料厂、吉林辽源市化工一厂、浙江衢州化工研究所、苏州树脂厂、沈阳化工厂等；国外的有美国尔特普公司、美国塞莫菲尔公司、美国阿莫科公司、美国液氮工程塑料公司、美国帝国化学公司、德国巴斯夫公司、荷兰阿克苏工程塑料公司、日本住友化学公司、日本三井东压化学公司、瑞士埃里克斯公司等。

PES的品种有注射级、挤出级、涂料或粘结剂、电镀型、耐磨型、GFPES、CFPES、填充PES及PES合金等。

1.基本性能

PES是无定形（非结晶）、低极性、牛顿型流体线型聚合物。它无毒，无味，无色透明或不透明，呈浅灰褐色，质地强韧；吸水率较大，成型收缩率为0.6%，比PSF、PASF的小；对液体及气体有渗透性，可作分离膜。透明级品种的透光率>88%，折射率为1.62可作耐热透明制品。

（1）力学性能优良 PES的力学性能优良，主要表现在以下几方面：

1）强度高，刚性好。其拉伸强度为86MPa；弯曲弹性模量为2.7GPa；无缺口冲击强度为93kJ/m²，与PC的相似，大于PASF的，小于PSF的；低温-150℃时制品不会脆裂，但对缺口敏感。综合性能介于PSF和PASF的之间。

2）高温（220℃时）及较大负荷下能保持优良的抗蠕变性，玻璃化温度（225℃）时仍保持良好的刚性，尺寸稳定性优良。

（2）耐热性优异 PES的耐热性优于PSF，略逊于PASF。其热变形温度（1.82MPa）为203℃；玻璃化温度为225℃，脆化温度低于-150℃；连续使用温度为180℃，GFPES的连续使用温度可达190℃以上。PES耐热老化性能优良，在150℃的空气中老化1000d，拉伸强度几乎不变。

PES阻燃性好，OI值为38%，阻燃性可达UL94V-0水平。其发烟量低，为PTFE的1/2，PSF的1/4。

PES的线胀系数小，热导率低。

（3）电性能优良 PES的绝缘电阻率>10¹⁶Ω，介电常数及损耗值小，在20～150℃的温度下频率从60Hz到10⁶Hz的范围内都能保持稳定的电性能。其耐电压强度较低，但耐热性较好，可达H级或C级。

（4）耐蚀性优良 除强酸等氧化剂和强极性有机溶剂（如卤代烃、酮类、酯类）外，可耐大多数工业用酸碱溶液、溶剂、油、润滑脂、脂肪族烃、醇等。但在200℃以上，在负载作用下易发生应力开裂，此时应选用GFPES。

PES耐水、耐热水，耐水蒸气性能也优良，且可耐X射线、γ射线、β射线。

2.加工性

PES的加工性优于PSF及PASF。

1）成型特性良好。PES的熔点>330℃，逐渐熔化，分解温度>400℃（炭化），属牛顿型流体，流变性能与PC相似，流动性优于MPPO、PC、PSF、PASF，即使增强料其流动性也良好，可加工薄壁制品。

2）对水含量敏感，原料必须进行预干燥处理，干燥温度为160℃，干燥时间为3h，干燥不良制品会产生气泡及银丝等缺陷。

3）热稳定性良好，成型收缩率低，可加工MT2级精度的制品，取向性小。

4）注射成型宜采用螺杆机，采用高料温、高模温、高压、中高注速及低中螺杆转速的工艺条件。一般不用脱模剂，需用时应采用耐高温脱模剂。

PES可采用注射、挤出、流延、吹塑、压制、浇注、涂覆等工艺加工，也可用于粘接、热成型、电镀、超声波熔接、切削加工等二次加工。

制品有注射制品、片材、薄膜（BOPES）、管材、型材及其他压制、浇注、吸（吹）塑制品等。

PES的成型工艺条件见表10-9。

表10-9 PES的成型工艺条件

3.制品应用

1）PES在电子电气行业应用最广，常用作耐高温、耐腐蚀、薄壁、轻量化、微型化、有韧性的电气零件，如电路板、开关、熔断器、接插件、线圈骨架、蓄电池箱、H级绝缘材料、电容器膜（可比PET膜的体积小18%，比PC膜的体积小23%），集成电路基板及仪表壳体、罩、线轴等零件。

2）在机械设备中常用作活塞环、齿轮、轴承保持架、紧固件、热水表、泵体、防水表的壳体、管道配件、阀门、叶轮等。

3）在汽车行业中，因其耐蚀性、耐油性好，刚性大，尺寸稳定性好，所以应用也越来越广，主要用作变速器的零部件、灯罩、制动器衬套、点火器及化油器的线圈绕线管、止推环、轴承、轴承保持架（耐热温度为180℃，高于PA66的20℃）、发动机罩及护板、化油器壳体等。

4）在医疗器材中利用其强度高、耐热、透明、易加工及尺寸稳定性好、无毒等特点，常用于制作各种容器、器皿、器材，如接触透镜、消毒容器、手术器械、防毒面具零件、氧气罩、人工呼吸器、齿科器械、注射器、内窥镜等。(www.xing528.com)

5）在航空、航天行业中，利用其软化点高、难燃、低发烟等性能，可用作热空气导管、测量仪表壳、接插件、舱内装饰品、火箭前锥体、天线罩等。

6）在分离膜技术中利用其耐酸碱、耐热水、卫生性、透明性、便于洗涤性好及可反复灭菌处理等优点，在医疗、食品、半导体、水处理等领域内广泛用作超过滤膜、反渗透膜等分离膜。

7）在其他方面还可作食品和药品包装，粘结剂和涂料，对金属表面有良好粘结力，可形成耐热（200℃）、耐蚀、不导电且光亮的涂层。

利用PES的耐高温、透明、高精度、可电镀性可制作透镜、透镜框架、反射灯罩聚光灯零件。

CFPES还可制作导电、抗静电、电磁屏蔽零部件。

4.改性PES

（1）玻璃纤维增强PES（GFPES） GFPES的强度、刚性、耐热性、耐热水性、耐磨性、尺寸稳定性等都有明显的提高，而抗冲击性提高不明显，且伸长率下降，脆性增大，但仍可保持一定的挠曲性。增强PES的性能随玻璃纤维的含量而变化，一般玻璃纤维含量为20%～30%。增强后性能明显的变化体现在如下几方面：

1）拉伸强度、弯曲强度及模量、抗蠕变性等显著增大，性能优于PSF、PASF，在200℃高温下也能保持70MPa左右的拉伸强度和8GPa左右的弯曲模量。

2）提高耐磨性，经磨损试验后磨损量，仅为未增强PES的1/10，PA66的1/3。

3）热变形温度（1.82MPa）达216℃，连续使用温度为200℃，比PES提高了10～20℃。

4）耐热水及耐蒸汽性更为突出，在90℃热水中，负荷为28.2MPa时，浸泡1000h也未出现开裂，而PES仅19h即发生开裂。

5）线胀系数、成型收缩率明显降低，比PES下降50%左右，但GFPES的取向性增大，如20%（质量分数）GFPES平行方向的收缩率为0.2%～0.3%，而垂直方向的为0.3%～0.5%；30%（质量分数）GFPES的则分别为0.1%～0.2%和0.3%～0.5%。此外，吸水后尺寸变化也小，所以改性后尺寸稳定性都有所提高。

6）加工性与PES的相同，注射成型时料温及注射压力较高：一般料温为310～370℃；喷嘴温度为340～370℃；模具温度为120～150℃；注射压力为120～160MPa；保压压力为60～80MPa；螺杆背压为5～10MPa；螺杆转速为30～50r/min；成型周期为20～40s。

GFPES常用于制作对尺寸精度、强度、刚性、耐热性、阻燃性等性能要求更高的电子电气零件及机械结构件。

此外，苏州树脂厂及美国尔特普公司、英国帝国化学公司、日本住友化学公司等还生产了碳纤维增强PES（CFPES），其纤维含量在10%～40%，拉伸强度为117～214MPa，弯曲弹性模量为6GPa，热变形温度（1.82MPa）>200～220℃，冲击强度（铁口）为40～70J/m。CFPES具有密度小、强度高、耐磨、耐候、阻燃、发烟量小、导电等特点，广泛用于飞机、宇航、运输车辆及机电工业中，如用作车辆、飞机的内装材料、热空气导管、齿轮、轴承保持架、抗静电、电磁屏蔽制品。

（2）PES复合材料 GFPES、CFPES都为复合材料的品种，但这里所指的是近几年来发展很快的PES多元填料组成的复合材料，如GFPES或CFPES与无机填料（碳酸钙、硅酸钙、SiO₂、玻璃微珠、高岭土、TiO₂、石墨等）、GFPES与CFPES混合纤维增强料、多元无机填料复合料及PES与钢丝、耐磨性填料等组成的不同性能及用途的复合材料等，可提高耐热性、强度、耐磨性等性能。其生产的单位，如美国尔特普公司，美国阿莫科公司、美国塞莫菲尔公司、美国液氮工程塑料公司、日本住友化学公司、日本住友塑胶公司、德国巴斯夫公司、英国帝国化学公司等。

（3）PES合金 常见的PES合金有如下几类：

1）PES/PTFE合金。通常是PES与10%～20%（质量分数）的PTFE组成的共混物，可显著地提高耐磨性，降低摩擦因数，改善自润滑性，如滑动速度在1～5m/min，负载为0.25～2.5MPa时PES/PTFE的摩擦因数为0.2，而PES及GFPES的为0.5～0.8。合金的耐磨性也优于PPS、POM、PSF和GFPES，如在负载为0.63MPa，滑动速度为56～262m/min时磨损试验测得，PES/PTFE的磨损量为2～3mg，而PES、GFPES、POM的磨损量均为16～18mg，且负载及速度越大，耐磨性差别越大。该合金主要由美国尔特普公司、美国液氮工程塑料公司、日本住友塑胶、日本住友化学公司、英国帝国化学公司等生产。

2）PES/LCP合金。这类合金也有CFPES（30%）/LCP等品种，具有高强度、高抗冲击、高耐热和低成型收缩率等特点，可注射成型加工高性能制品。如日本住友化学公司的SCS5600品种，拉伸强度为127～177MPa，弯曲强度为127MPa，拉伸、弯曲弹性模量分别达5GPa和4GPa，缺口冲击强度为58.8J/m，热变形温度（1.82MPa）为217℃，成型收缩率为0.17%，且流动性好，易加工。

（4）PES/弹性体 PES与乙烯-丙烯酸酯弹性体共混合金，可显著提高冲击强度，但刚性及耐热性略有下降。合金性能与弹性体含量有关，一般悬臂梁缺口冲击强度可达150～200J/m，弯曲弹性模量2～2.6GPa，热变形温度为180～194℃。

5.PES的基本性能数据

日本Victrex系列PES的性能数据见表10-10；改性PES的性能见表10-11。

表10-10 日本Victrex系列PES的性能

表10-11 改性PES的性能

（续）