聚苯乙烯的基本性能及应用

聚氯乙烯（PS）是三大透明塑料中应用最普遍的一种，其光学性能不及PMMA，力学及热性能不及PC，因此它主要用作透明普通塑料。

1.性能

PS透明塑料主要用悬浮法和本体法聚合物，其密度较小（1.05g/cm³），仅次于TPX塑料。透明PS为无定形普通PS（GPS），它无色，无味，无臭，无毒，吸水性小（吸水率为0.02%，但大于PE的），质硬脆，表面硬，加工性好，易着色。

其透光率为88%～92%，折射率为1.59～1.60，雾度<3.0%，阿贝数为30.8～30.9，双折射率大，制品光泽度好。

其拉伸强度中等，抗冲击性差，易脆裂，刚性好，对缺口敏感，内应力大，在潮湿环境中仍可保持力学性能及尺寸稳定性。

其耐热、耐寒性差，热变形温度为70～100℃，连续使用温度为60～80℃，可用去应力退火处理来提高耐热性。另外，PS热导率不随温度变化，故冷冻绝热性好，如果在PS中加入少量α-甲基苯乙烯，则可配制耐热级PS。

PS电绝缘性能优良，体积电阻率和表面电阻率很高，功率因数接近于零，且不受温度、湿度变化及电晕放电影响，是常用的电工、电子设备材料。在高频下，功率因数很低，是良好的高频绝缘材料。PS在300℃以上能解聚放出单体，可防止表面炭化，因而有良好的耐电弧性，并且是耐辐射极好的聚合物之一。

PS耐化学性尚好，可耐某些矿物油，有机酸、碱、盐、低级醇的作用，但不耐烃类、酮类、高级脂肪酯的侵蚀，溶于芳烃、氯代烃。

PS不足之处是耐热性、耐候性、耐日光性差，不耐沸水，性脆，冲击强度较低，制品有由于内应力而易自行开裂。其一般性能参见表15-14。

表15-14 国产聚苯乙烯的基本性能

（续）

其加工性优良，流动性好，热稳定性好，成型收缩率小，加工前不需干燥处理，但易产生内应力，易开裂，可供注射、挤出和热成型及焊接、粘接、吹塑、着色、印刷、涂覆等二次加工。

由于普通PS塑料使用性能存在许多不足，因此人们开发了许多改性品种。在光学塑料中有透明HIPS、透明ABS、MS、AS、BS等。此外，为提高力学性能及耐热性广泛采用定向拉伸成型工艺开发了双向拉伸PS（BOPS）薄膜、板材、片材等制品，其性能简介如下：

BOPS薄膜为一种硬质透明薄膜，它改善了力学性能，如提高了拉伸强度、抗冲击性、撕裂强度和抗弯曲疲劳性等。薄膜有高度的透明性和光泽性，对水蒸气及氧气透过性好，有防雾效果，刚挺性好，扭结性好，可作扭结包装。其印刷性好，电绝缘性好（介电常数2.4～2.7，介质损耗因数为5×10^-4，介电强度为50kV/mm）。其主要性能见表15-15。

表15-15 BOPS薄膜的主要性能

由于BOPS的改性效果不及BOPP和PVC等结晶型聚合物，所以应用不及BOPP、BOPE、PVC薄膜及BOPS板（片）材广泛。但BOPS环保性好，回收方便，焚烧时不产生污染环境的氯化氢等物质，因此也还应用于不少领域。

1）新鲜果蔬的保鲜包装。据称，利用BOPS的适度的透氧性、优良的水蒸气透过性以及防雾性，可改善果蔬的储存效果；同时它的高透明、高光泽，有助于展示商品，起到良好的促销作用。在日本，BOPS已成功地用于芦笋、菠菜、草莓、番茄以及花卉等商品的包装。

2）加工食品的包装。利用BOPS薄膜无毒、耐油、保香以及易热封合、高透明、印刷效果好等特性，用于加工食品包装具有安全性高、展示效果好等优点。

3）糖果扭结包装。BOPS薄膜扭结性能好，不易回弹，无毒无味，高光泽，高透明，印刷效果好，被认为是糖果单个扭结包装最理想的材料之一。

此外，BOPS还可用于信封开窗及其他开窗包装的开窗部位的透明材料，具有透明性好、粘合方便等优点；用于服装及服饰材料等包装，具有良好的展示作用与促销效果。

BOPS板（片）材是20世纪90年代初期迅速发展起来的材料，其质量比PET和PVC轻，略大于PP；价格比PET和PP便宜，略高于PVC；强度优于PP、PVC和PET。BOPS片材为高透明材料，采用纯GPS树脂生产。因进行双向拉伸处理，使其原有的脆性大为改善。BOPS具有高透明性、高光泽度、印刷性良好、耐油和油脂、无毒无味、保香性好、防雾性佳（有少量水分也不结雾珠）、易于透湿（盒内有少量水蒸气，可通过片材散逸）等优点，可广泛用于生产吸塑制品，如盘、碟、杯、盒、药托等，还可用于泡罩包装和包装盒的透明窗材料。BOPS的透过性大，对于需要防潮、隔氧的食品和药物长期包装效果不佳。(www.xing528.com)

2.成型加工

PS可供注射、挤出、挤吹、热成型、发泡、切削加工、印花、层压、抛光、粘接、超声波焊接、着色和金属化处理等。用作加工透明PS制品的常用工艺简介如下：

（1）注射成型 PS塑料流动性好，热性能稳定，注射工艺性好，但易产生内应力，性脆，线胀系数大，不利于加工带金属嵌件的制品，不宜强制脱模。模具脱模斜度应大，一般取1°～2°。

可采用柱塞式或螺杆式注射机加工制品。螺杆机采用渐变型螺杆，压缩比为2.5～3.5，长径比为16～20。采用直通式喷嘴。

PS注射成型一般不需干燥处理，但对潮湿料干燥处理工艺为70～80℃×2～4h，控制含水量<0.1%即可。其着色性好，采用浮染法就能满足要求。料筒温度为160～260℃，喷嘴温度为170～190℃，模具温度为60～80℃（冷却水温度为20～30℃，模具温度必须均匀，温差不大于3～6℃，否则会出现过大的应力）。注射压力为60～150MPa，保压力为注射压力的30%～60%，螺杆机可低20%～30%；螺杆背压为5～10MPa；螺杆转速为48r/min宜采用较快的注射速度。PS熔体粘度对剪切速率及温度变化都较敏感，比热容较大，冷却快，所以成型周期短，其注射时间为15～45s，冷却时间为15～60s，总周期为40～120s。去应力热理工艺为65～80℃×1～3h。

（2）挤吹薄膜成型 该工艺主要用于加工PS薄膜。一般用平挤上吹法，直角机头加工PS薄膜；用挤出平吹法加工BOPS薄膜，加工示意如图15-1所示。

图15-1 BOPS薄膜挤吹工艺

a）平挤上吹法工艺流程图 b）平挤平吹法工艺流程 1—挤出机 2—管坯 3—牵引辊 4—加热拉伸定径套 5—冷却定径套 6—卷取

图15-1a所示的上吹法是指出料方向与挤出方向垂直上吹，料出口时被吹成泡管发生横吹胀，且在牵引力作用下发生纵向拉伸，当泡管拉到上端处由人字夹板夹拢、冷却卷取即可。此法适用于加工PVC、PS、PE等粘度不较低的料。

图15-1b为BOPS薄膜吹塑工艺，用挤出平吹法。吹胀膜管后被慢速牵引，然后在快速牵引下进入加热拉伸定型套和冷却套进行双向拉伸和冷却定型。

一般采用单螺杆挤出机，渐变型螺杆，压缩比为2～4，长径比为16～25，芯棒式或螺旋式机头。牵引比（牵引速度与挤出速度比）为4～6，吹胀比为2～3，料筒温度为150～200℃，机头温度为190～215℃。

（3）普通PS板（片）挤出工艺 该工艺包括挤出、压光、冷却等工序，可采用普通单螺杆挤出机。螺杆长径比为20～25，压缩比为2～2.5。采用渐变型螺杆结构、衣架式机头及三辊压光机。挤出机料筒温度为130～180℃，机头温度为170～215℃。三辊压光机温度：上辊为85～100℃，中辊为60～80℃，下辊为70～90℃。

（4）BOPS板（片）材热成型 BOPS板（片）材是采用特定的PS树脂，MI值为1～5g/10min。用T形机头挤出成厚片，然后加热经纵向和横向分别拉伸2～3倍后制成的板（片）材。它既克服了GPPS的脆性，又保留了原有的透明性、无毒、保香等特点。但由于其拉伸强度较高，且有热缩性，所以要采用气压成型，最好是气压/吸塑复合成型。同时，防止板材加热时发生热收缩，必须用框架夹具牢固夹持，阻止热回缩。成型时必须严格控制温度，不宜作较大的拉伸制品。其典型成型工艺条件见表15-16。

表15-16 双向拉伸聚苯乙烯板（片）材热成型的典型工艺条件

（5）其他 加工PS制品的方法还有很多，如采用吹塑级PS原料，用挤吹、注吹、共挤吹塑等工艺加工中空制品。目前最多的是用注吹成型加工各种规格的药品包装瓶。

PS型材也可用切削加工（如钻、锯、切等）及热金属丝切割加工。PS自粘结很好，用苯、苯乙烯、四氯化碳等溶剂和超声波焊接都可以加工制品。此外，其着色性、印刷、上光、金属化处理性也很好。

3.应用

PS作为透明塑料，主要用作各种热成型容器、吹塑制品、注射制品等，如包装制品、透明模型、标牌日常生活用品、玩具、灯罩等。薄膜还可作保鲜膜、扭结膜等。

工业品中常用作外壳、面板、化工仪器零件、光学仪器零件（如照相机、望远镜的透镜组，与PMMA配对使用可消除色差）及光纤等。

由于PS介电性良好，因而也可作电气零件、电容器膜和高频绝缘膜。