以其出色的高性能而聞名的聚砜正是芳族聚合物家族的佼佼者.。它的基礎結構單元是通過醚鍵(?O?)把兩個苯環連接起來,而且在中間位置引入了砜基團(?SO??),就像圖里展示的重復單元結構那樣[]。其獨特的分子構造不僅賦予了PSU優異的熱穩定性、化學的耐受性和機械的強度,更使其得以廣泛地應用于了眾多高端的領域中。
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1. 主要性能特征
- 熱性能
- 玻璃化轉變溫度(Tg)約在 185?°C 左右,能夠在 150?°C 以上的工作溫度下保持尺寸和強度穩定。
- 在高溫環境中仍保持良好的機械性能,適合航空、電子等需要耐熱的場合。
- 機械性能
其拉伸模量均在2-3GPa之間,斷裂強度可達70-80MPa,對應的韌性均較好。通過對其的190℃的3小時的熱處理就可顯著的將其初的模量和斷裂應力都大大提升使其強度都能達5MPa以上[]。
采用對PSU的接枝共聚或復合的改性(如PSU-g-c/PSU等)可進一步提高其加工的流動性和加工的性能手段,均可提高約55%以上。
- 化學與耐腐蝕性
- 對多數有機溶劑、酸堿以及氧化劑表現出極佳的耐受性,常用于化工設備的內襯和電池殼體。
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- 阻燃與輻射防護
憑借對比的研究表明了PSU對0.1-20MeV的伽馬射線及中子的良好的屏蔽性能,其半值層和去除截面均優于常規的聚合物。
3. 典型應用領域
- 醫療與制藥:因其無毒、耐高溫、耐消毒劑的特性,常用于一次性注射器、血液過濾器、手術器械部件。
- 航空航天:耐高溫、阻燃、輻射防護,使其適用于飛機內部結構件、衛星外殼。
基于其高的孔隙率(約70%)以及良好的水通量,PSU的膜均可廣泛地用作超濾、納濾、正滲透等各種復合膜的基礎膜或分離膜而起到較好的去重金屬離子的作用。
其獨特的堿性可使其與電子元件的外殼形成穩定的堿基-酸基的共價鍵,從而為其提供了優異的化學穩定性和良好的機械強度,對于保護電子元件的外殼起到很好的保護作用。
憑借與PVDF、MMT-PDMS等的合成可將PSU的超疏水、耐磨、防腐等功能的性能進一步的突破,接觸角可達159°,大大地提高了其壽命.。
憑借與尼龍6、聚酰胺、硅酸鹽的納米顆粒等的高效的共混,可將其所固有的高的耐熱、耐磨的性質等一一提上先機,對汽車、電子的封裝等結構件具有很高的可應用性。
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4. 發展趨勢與研究熱點
1. 功能化膜技術:通過在 PSU 基體中引入功能納米顆粒(如介孔二氧化硅、Al?O?)或離子液體基團,實現更高的水通量、選擇性和抗污染性能[][]。
2. 接枝共聚改性:利用 Friedel?Crafts 酰化等方法制備 PSU?g?共聚物,顯著降低加工活化能,提高加工效率,同時保持或提升機械性能。
3. 輕質泡沫材料:超臨界 CO? 發泡技術實現了 PSU 微孔泡沫的可控制備,孔徑與孔密度可調,適用于隔熱、減重結構件。
依托于將高強度的纖維、導電的填料或光學的材料等與PSU共混,開發出具有導電、阻燃、光學透明等多重的復合材料,已初步滿足了航空、電子等領域的復合的需求。
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5. 安全與環保
根據其高的熔融溫度,必須在充分的通風的環境下對其進行加工,防止其在高溫的熔融過程中產生的有害的氣體對人體造成危害。
借助對PSU的高效的可熱的回收利用,不僅可以有效的減少了其對環境的污染,同時也將其本身的廢舊資源重新利用起來,對其本身的價值也得到了較好的挽留和利用,如可將其回收的PSU再加工成型,或者將其作為填料加入其他的聚合物體系等都具有較好的經濟效益。
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總結
由其獨特的芳族—砜的結構使聚砜具有了高的高溫耐受性、較好的化學惰性、優良的機械性能以及良好的阻燃、輻射的防護等一系列獨特的優良性能。基于對PSU的多種加工技術的深入開發,如對其的成型、膜的制備、電的紡制、超臨界的CO?等發泡等,使其已初步在醫療、航空、過濾、能源等高端領域得到了廣泛的應用。通過對功能化膜的深入研究、對其接枝的改性以及對輕質泡沫的不斷的深挖打造出了其獨特的性能和更廣的應用范圍.。
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