常见的8种耐高温工程塑料简介

文摘 2025-01-21 20:01 湖南

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关键词：常见、耐高温、工程塑料、简介

塑料按长期使用温度分类，可分为通用塑料、工程塑料和高温工程塑料，其中高温塑料又被称为耐热塑料、高性能塑料、特种工程塑料等。

通用塑料长期使用温度在100℃以下。通常包括PE、PP、PS、PVC、ABS。通用塑料是我们日常使用量最大的一类塑料，通常用作包装、日用品、玩具等。

工程塑料的长期使用温度在100℃至150℃左右。五大工程塑料包括PA、POM、PBT、PC和PPO。通常应用于机械零件、汽车、电器电子等领域。

高温工程塑料的使用温度在150℃以上，这类材料除了较高的耐热性和阻燃性外，通常还具有卓越的机械加工性能、耐老化性、尺寸稳定性和优良的电性能。可以用于替换金属材料，广泛应用于电子电器、航空航天、医疗器材、汽车、军事领域。是塑料金字塔顶端的材料。

常见的高温工程塑料分为以下8类：

NO.01 氟塑料

氟塑料(Fluoroplastie)指用氟树脂制成的塑料。常见主要品种有聚四氟乙烯（PTFE）、四氟乙烯-乙烯共聚物（ETFE）、聚全氟乙丙烯（FEP），聚偏氟乙烯（PVDF）等。使用温度在150℃-260℃之间。

比如我们常说的塑料王--聚四氟乙烯（铁氟龙）具有下列特性：

(1)高度的化学稳定性：具有很好的化学惰性，强酸、强碱或强氧化剂及有机溶剂等对它均不起作用。

(2)良好的热稳定性：裂解温度在400℃以上，因此，它能够在-200℃～300℃温度范围内正常工作。

(3)良好的减摩性：PTFE材料相互之间的摩擦系数为0.1～0.2，与金属间的干摩擦系数为0.2～0.3，有液体润滑的情况下为0.02～0.04，其动静摩擦系数都比较小，且其始动摩擦系数与动摩擦系数几乎一样。

(4)优异的自润滑性：PTFE材料表面具有突出的表面自润滑性，几乎所有粘性物质均不能粘附到它的表面上去。

NO.02 聚芳醚酮（PAEK）类

聚芳醚酮（PAEK），是主链由亚苯基环通过醚键、酮键连接而成的聚合物，按照醚基、酮基数量和顺序不同可分为聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚醚酮（PEK）、聚醚酮醚酮酮（PEKEKK）等。

1、PEEK（聚醚醚酮）

PEEK是一种综合性能优良的特种工程塑料。其耐热性、耐水性、耐溶剂性、电绝缘性优异；疲劳强度高；耐放射性是所有塑料中最好的；氧指数较高，燃烧时产生的烟少且无毒。

工程塑料行业金字塔顶尖产品——PEEK

聚醚醚酮（PEEK）是由英国帝国化学工业公司（ICI）于1978年开发出来的超高性能特种工程塑料，由于PEEK属于芳香族结晶型热塑性高分子材料，其熔点为334℃，具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照及优良的电性能，在多数情况下可以足以取代金属、合金、陶瓷等材料。虽然它是一种化合材料，但其燃烧时并不产生无毒性气体，所以在倡导绿色环保设计的今天，其应用领域得以迅速扩大。

01 PEEK的分子结构

02 PEEK的特性

(1) 耐高温性：PEEK具有较高的玻璃化转变温度（Tg=143℃）和熔点（Tm=343℃），其负载热变形温度高达316℃，长期使用温度为260℃，瞬时使用温度可达300℃。

(2) 自润滑性：PEEK具有良好的滑动特性，适合于严格要求低摩擦系数和耐磨耗用途的场合，特别是用碳纤维、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常优越。

(3) 耐腐蚀性：除浓硫酸外，PEEK不溶于任何溶剂，具有很高的化学稳定性。

(4) 阻燃性：PEEK具有自熄性，即使不加任何阻燃剂，可达到UL标准的94V-0级。

(5) 易加工性：由于PEEK具有较好的高温流动性，且热分解温度高的特点，可采用多种加工方式，比如注塑成型、挤出成型、模压成型及熔融纺丝等。

(6) 机械特性：PEEK具有良好的韧性和刚性，它具备与合金材料媲美的优良耐疲劳性。

(7) 电性能：PEEK有高的体积电阻率和表面电阻率，在宽广的温度范围及环境变化下可以承受各种频率的交流电位场强，保持良好的绝缘性能。

(8) 耐水解性：树脂及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响，在高温及高压蒸汽或水环境下可以连续使用而保持良好的机械性能。

(9) 耐候性：优良的耐候性能，聚合物可用于制造工作环境要求严格或需要经常耐杀菌处理的组件。

PEEK与几种典型的耐高温塑料性能比较

PEEK的应用

PEEK材料在国外已有数十年的发展历程，应用领域广泛，常见于汽车、军工、医疗、航空、电气等行业。但长期以来相对较高的价格限制了其向一般民用市场的渗透，目前主要还是应用于航空航天、高端工业及医疗领域等。

航天航空

PEEK可替代铝和其他金属材料制造飞机零部件，比金属减重最高达70%，提高燃油效率。目前波音、空客等公司已大量采用PEEK材料。

医疗

PEEK具有无毒、质轻、耐腐蚀等优点，生物相容性优异，是一种极具潜力的生物假体材料。用于椎间融合器、医用导管、骨骼等。

能源

PEEK专门用于高温高压和化学腐蚀性环境，能够拓展油气勘探范围，可用于制造大型石化生产线上的氢气紧缩机和石油气紧缩机的环状、网状阀片等。此外，PEEK还可用于核电部件。

汽车

PEEK具有优秀的机械性能以及对车用工作液具有卓越的耐化学腐蚀性，良好的耐磨损性能等，广泛应用于汽车齿轮、真空泵、离合器、阀锥等，提高燃油效率、增加耐用性。

食品饮料工业

PEEK可用于食品加工、储存、烹饪设备零部件以及水、饮料的传送、贮存设备，如管道、阀门、容器等。

电子电气

PEEK具有优良的电气性能，是理想的电绝缘体，在高温、高压和高湿度等恶劣环境下仍能保持良好的电气绝缘性，用于制造晶片承载器、绝缘膜片、印刷电路板、高温接插件以及各种电气连接件等。PEEK薄膜可应用于微型扬声器振膜、5G射频天线基板等。

2、PEK（聚醚酮）

PEK由于其分子结构中的醚键和酮基的比例低于PEEK，因而其熔点和玻璃化温度均高于PEEK ，耐热性优于PEEK，连续使用温度为250℃。

3、PEKK（聚醚酮酮）

PEKK中文名叫聚醚酮酮，是一种高性能材料。这种材料熔点很高，差不多有300℃到600℃，还有很强的耐化学性和耐磨损性。近年来PEKK在3D打印领域的应用进展飞速，比传统3D打印材料具有更好的性能。

PEKK应用于3D打印

NO.03 高温尼龙

高温尼龙分为三类：

1、脂肪族尼龙——PA46

PA46是由丁二胺和己二酸缩聚而成的脂肪族聚酰胺，比起PA6和 PA66，PA46的每个给定长度的链上的酰胺数目更多，链结构更加对称，这使得它的结晶度可以高达70%，并赋予其非常快的结晶速度。

PA46的熔点为295℃，未增强的PA46的HDT(热变形温度)有160℃，而经过玻纤的增强后，其HDT可高达290℃ ,长期使用温度也有163℃。PA46独特的结构赋予了其它材料无法达到的独特性能

PA46主要应用于电子、航空航天、汽车。

2、半芳香尼龙——PPA

PPA由含苯环的二元酸和脂肪族二胺缩聚而成，其熔点介于310-325℃之间，热变形温度介于280-290℃。主要品种有PA4T、PA6T、PA9T、PA10T等。

相比普通的PA66，PPA的吸水率很低，即使在冷水中浸泡几年，其拉伸强度也可以保持80%以上，且PPA耐油性很好，即使在高温下也对润滑油、燃油有极高的抗性。PPA还具有极佳的尺寸稳定性和耐候性。

常用于汽车、电器电子、机械工业、日用品领域。

连接器

3、全芳香尼龙——PARA

PARA是由杜邦发明的，其中最著名的是Nomex（聚间苯二甲酰间苯二甲胺又叫芳纶1313）和Kevlar（全对位聚芳酰胺又叫芳纶1414）。

这类材料主要用于制备高性能纤维和片材，制成的纤维具有高强度、高刚性、高模量、高耐热、高介电强度的特点。

可以应用于超强纤维和增强材料，用于军事、航空和航天等结构部件。芳纶1414可用于防弹衣，索尔维PARA应用于一次性手术器具。

NO.04 聚苯硫醚（PPS）

聚苯硫醚（PPS）是近年来发展最快、用量最大的特种工程塑料，具有优异的耐高温性、耐化学性、耐候性、阻燃性、以及电性能，尺寸稳定性好等优势，被广泛应用于汽车、电子电气、机械行业、石油化工、制药业、轻工业以及军工、航空航天、5G通信等领域，是应用最广泛的特种工程塑料。

PPS也是目前中国国产化程度最高的特种工程塑料，自给率可以达到80%以上。

根据不完全统计，全球聚苯硫醚(PPS)主要企业产能超过20万吨。从产能分布来看，目前全球聚苯硫醚(PPS)行业产能主要集中于日本、中国。

截至2021年PPS主要企业产能汇总表

DIC、东丽、索尔维、吴羽等传统PPS巨头在PPS生产、技术等方面仍然是较为领先，它们四家的产能占全球产能56%以上。但是中国企业呈现快速崛起势头，浙江新和成、重庆聚狮等国产企业均已形成规模化生产，其他亦有多家企业已量产或在规划布局。

NO.05 聚酰亚胺（PI）类

聚酰亚胺（PI）是分子结构含有酰亚胺基链节的芳杂环高分子化合物，是目前工程塑料中耐热性最好的品种之一，能耐受极端温度，热分解温度高达600℃，在-269℃的液氦中不会脆裂。此外还拥有极佳的机械性能、耐酸碱性能、生物相容性和电性能。

聚酰亚胺用于高性能零部件

聚酰亚胺工程塑料可分为既有热固性也有热塑性，可分为聚均苯四甲酰亚胺 (PMMI) 、聚醚酰亚胺 (PEI) 、聚酰胺一酰亚胺 (PAI)等，在不同领域有着各自的用途。

PMMI在1.8MPa的负荷下热变形温度达360℃，电性能优良，可用于特种条件下的精密零件，耐高温自润滑轴承、密封圈、鼓风机叶轮等，还可用于与液氨接触的阀门零件，喷气发动机燃料供应系统零件。

PEI具有优良的机械性能、电绝缘性能、耐辐照性能、耐高温和耐磨性能，熔融流动性好，成型收缩率为0.5％～0.7％，可用注射和挤出成型，后处理较容易，还可用焊接法与其他材料结合，在电子电器、航空、汽车、医疗器械等产业得到广泛应用。

PAI的强度是当前非增强塑料中最高的，拉伸强度为190MPa，弯曲强度为250MPa，在1.8MPa负荷下热变形温度高达274℃。PAI具有良好的耐烧蚀性和高温、高频下的电磁性，对金属和其他材料有很好的粘接性能，主要用于齿轮、轴承和复印机分离爪等，还可用于飞行器的烧蚀材料、透磁材料和结构材料。

NO.06 聚砜（PSU）类

PSU是略带琥珀色、非晶型透明或半透明聚合物，其力学性能优异、刚性大、耐磨、高强度，即使在高温下也保持优良的机械性能是其突出的优点；其范围为-100~150℃,，长期使用温度为160℃，短期使用温度为 190℃。

聚砜有普通双酚A型PSU（即通常所说的PSU）、聚苯砜和聚醚砜。

1. 普通双酚A型PSU的分子式：

砜基的共轭效应提供了抗氧化性和热稳定性；醚链改善了韧性，苯环保证了其力学强度与模量。

2. 聚苯砜PPSU的分子式：

聚苯砜主链上的苯环，提供了高的耐热性和机械性能；醚键提供了优良的流动性和加工性能。

3. 聚醚砜PESU的分子式：

醚基提供了柔顺性及高流动性，砜基提供了耐热性，亚苯基提供了刚性。

双酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜的性能比较

NO.07 聚芳酯（PAR）

聚芳酯（PAR）是主链上含有苯环和酯键的热塑性树脂。PAR具有良好的透光率（接近90%）、韧性、耐热性、弹性回复、耐候性和阻燃性能，连续使用温度最高达到170℃。主要用于精密器件、汽车、医疗、食品及日用品。

PAR用于车灯零部件

PAR结构与PC相似，其性能大体一样，可共用模具成型，但PAR的主链上芳环密度高，使得PAR耐热性比PC更好，热变形温度比PC高20~40℃，且耐紫外线性、耐蠕变性优异。但断裂伸长率和抗冲击性能不如聚碳酸酯。

PAR和PC的性能比较

NO.08 液晶聚合物（LCP）

LCP中文名称为液晶化合物，所谓“液晶”就是在熔融状态既拥有液体的流动性，又保持晶体的分子有序排列状态的物质。

LCP的机械性能优秀，最大的特点是随着壁厚的变薄，相对强度反而增大。LCP拥有较好的热性能，连续使用温度可以达到200℃-300℃。

LDS-LCP材料用于手机天线

LCP的介电常数和介电损耗很小，因此被应用于电子器件上，如连接器、插槽、开关、支架和传感器等。最广受研究关注的是手机5G天线的应用。

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