El PPS tiene una estructura rígida simétrica y es parte de un polímero cristalino compuesto por anillos de benceno para-sustituidos repetidos y átomos de azufre.
El sulfuro de polifenileno es un nuevo tipo de plástico de ingeniería funcional. Sus moléculas contienen unidades estructurales repetidas de sulfuro de p-fenileno, y la cadena principal de la molécula contiene sulfuro de fenileno. Su peso molecular oscila entre 10 000 y 50 000. El sulfuro de polifenileno es un polímero lineal o ramificado sin punto de fusión cristalino. Presenta una estructura lineal antes de la reticulación y una estructura termoendurecible después de la reticulación. Puede ablandarse hasta cierto punto al calentarse y enfriarse completamente.
El sulfuro de polifenileno se policondensa a partir de sulfuro de sodio y diclorobenceno en un disolvente polar fuerte. Los métodos de producción incluyen el método de Michael, el método de autocondensación de tiofenato p-halogenado, el método de policondensación en solución de polihaluro aromático y sulfuro de metal alcalino, etc.
La densidad relativa del sulfuro de polifenileno es de 1,36, y la resina se presenta en forma de polvo o gránulos blancos, duros y quebradizos, con alta cristalinidad y alta viscosidad en estado fundido. El sulfuro de polifenileno tiene dos pesos moleculares: bajo y alto. Debido a su alto índice de fluidez, es difícil moldearlo directamente, por lo que, además de la pulverización, otros métodos requieren cierto grado de reticulación durante el moldeo, y se debe mezclar una cierta cantidad de fibra de vidrio o resina inorgánica para moldeo por inyección, moldeo y extrusión en el relleno. El sulfuro de polifenileno de alto peso molecular no requiere reticulación y puede utilizarse directamente en el procesamiento de productos plásticos.
El PPS tiene una estructura rígida simétrica y forma parte de un polímero cristalino compuesto por anillos de benceno para-sustituidos y átomos de azufre. El PPS es un plástico de ingeniería especial de alto rendimiento y un punto de fusión elevado de hasta 280 °C, capaz de sustituir a los metales. Se encuentra en la cima de la pirámide de rendimiento de polímeros, como se muestra en la Figura 1. Por esta razón, gracias a su excelente rendimiento, la resina PPS cumple con los requisitos de materiales de los exigentes proyectos de plásticos de ingeniería.
1. Características de las resinas de sulfuro de polifenileno de alto rendimiento
1. La resina PPS de alto rendimiento es un polímero cristalino de alta dureza. Su contenido de cristales es de aproximadamente el 65 %. Presenta una cristalización rápida, buena fluidez y un ciclo de moldeo corto.
2. Excelente resistencia al calor. Su punto de fusión puede alcanzar los 275-291 °C, su temperatura de deformación térmica es de 135 °C y, tras el refuerzo con fibra de vidrio, la temperatura de deformación térmica puede alcanzar los 260 °C. En aire y nitrógeno, la temperatura inicial y de deformación del sulfuro de polifenileno es de aproximadamente 400 °C; se descompone en aire a 700 °C y, a 1000 °C, puede mantener el 40 % de su peso en gas inerte. Su temperatura de uso a largo plazo es de 200-240 °C, y su resistencia térmica como barrera de gases y su estabilidad térmica durante el uso continuo a largo plazo son superiores a las de todos los plásticos de ingeniería actuales.
3. Posee buenas propiedades mecánicas. Presenta una rigidez extremadamente alta, alta dureza superficial, poca pérdida de rigidez en condiciones de alta humedad y excelente resistencia a la fluencia, a la fatiga y al desgaste. Su resistencia al desgaste puede mejorarse considerablemente mediante el uso de lubricantes como fluororresinas y fibra de carbono.
4. Presenta una excelente resistencia a la corrosión y a los productos químicos. Además de ácidos oxidantes fuertes (como ácido sulfúrico concentrado, ácido nítrico, etc.), también resiste la corrosión de otros ácidos, álcalis y sales, y es insoluble en cualquier disolvente orgánico por debajo de 200 °C. Su resistencia a la corrosión es casi equivalente a la del politetrafluoroetileno. Además, el PPS también ofrece buena resistencia a la intemperie y a la radiación, y su rendimiento no se ve afectado por la exposición intensa a múltiples radiaciones ultravioleta, gamma y neutrones.
5. Presenta una baja tasa de absorción de agua (solo 0,008 %) y de aceite. Su baja contracción de moldeo y coeficiente de expansión lineal lo hacen estable en sus dimensiones y baja deformación, manteniendo su estabilidad dimensional incluso en entornos húmedos, aceitosos y con gases corrosivos, lo que lo hace ideal para el moldeo de precisión.
6. Excelentes propiedades eléctricas. La resina PPS de alto rendimiento presenta una resistividad volumétrica prácticamente nula a altas temperaturas y humedad, y su constante dieléctrica varía poco con la temperatura y la frecuencia. Además, presenta un bajo contenido de impurezas iónicas y puede sumergirse en un baño de soldadura a 260 °C, lo que le permite resistir la soldadura superficial y el choque térmico de componentes electrónicos, ideal para productos con requisitos de rendimiento eléctrico extremadamente altos. Presenta alta resistividad y bajas propiedades dieléctricas.
7. La resina PPS de alto rendimiento presenta una viscosidad de fusión extremadamente baja y buena fluidez. Es fácil de humedecer y entrar en contacto con la fibra de vidrio, por lo que es fácil de rellenar. El pellet de moldeo por inyección reforzado con fibra de vidrio o con relleno inorgánico de fibra de vidrio que se prepara con ella presenta alta resistencia al impacto, a la flexión y ductilidad.
8. La resina PPS de alto rendimiento tiene una fuerza de adhesión muy alta al vidrio, aluminio, acero inoxidable, etc. La fuerza de adhesión al vidrio es incluso mayor que la del vidrio.
2. Descripción general de las variedades de plásticos de ingeniería
El plástico de ingeniería es un tipo de material plástico que puede soportar tensiones mecánicas durante mucho tiempo como material estructural y puede utilizarse en un amplio rango de temperaturas y en entornos químicos y físicos agresivos. En comparación con los plásticos generales, los plásticos de ingeniería presentan excelentes propiedades mecánicas, eléctricas, químicas, térmicas y al desgaste, estabilidad dimensional, etc., y, en comparación con los materiales metálicos, son ligeros y convenientes para el diseño complejo de productos, tienen un bajo consumo de energía durante el moldeo y otras ventajas. Los plásticos de ingeniería se utilizan ampliamente en sectores industriales como la electrónica, la construcción, la automoción, la maquinaria y la industria aeroespacial. Los plásticos de ingeniería se dividen en dos categorías: plásticos de ingeniería de uso general y plásticos de ingeniería de uso especial, según su cantidad, rendimiento y ámbito de aplicación.
Entre ellos, los plásticos de ingeniería general incluyen principalmente nailon (PA), policarbonato (PC), polioximetileno (POM), tereftalato de polibutileno (PBT), óxido de polifenileno (PPO), etc. El polimetilmetacrilato (PMMA) es una aplicación de plásticos en rápido crecimiento.
3. Aplicación de resina PPS de alto rendimiento en plásticos de ingeniería
Como plástico de ingeniería, los materiales de moldeo de PPS tienen muchas propiedades excelentes y pueden reemplazar metales, resinas termoendurecibles, etc., y se utilizan ampliamente en varios campos por este motivo.
(1) Aplicación en autopartes
El uso de autopartes es el campo más extendido del PPS en el futuro. Como se muestra en la Figura 2, el PPS se aplica a componentes de unidades de accionamiento eléctrico. Esto se debe a su excelente resistencia al calor continuo y a productos químicos (gasolina, aceite de motor, etc.).
Actualmente, además de que el PPS puede sustituir las piezas metálicas y la resina fenólica utilizadas anteriormente, su aplicación en piezas para nuevos usos está en auge, especialmente en componentes de conducción, frenado, combustible, iluminación y refrigeración de máquinas relacionadas con el motor, así como en los componentes de control que controlan estas máquinas.
(2) Aplicación a instalaciones residenciales/OA/equipos de precisión
El PPS superduro (40 % GF) se utiliza a menudo en equipos relacionados con el agua, como calentadores de agua en electrodomésticos residenciales. Esto se debe a que el PPS ultraduro (40 % GF) no solo posee la resistencia al agua caliente del PPS, sino que también posee resistencia a la presión y buena tenacidad. Está reemplazando gradualmente a los materiales metálicos y a los materiales de EPI deformados, que antes eran de latón.
El PPS modificado (30 % GF), que ofrece una buena precisión dimensional gracias a su baja cristalinidad, es adecuado para piezas de equipos de precisión. Asimismo, gracias a sus excelentes propiedades de baja fricción y bajo desgaste, es ideal para proyectos con requisitos especiales de deslizamiento, como engranajes y rodamientos.
En fotocopiadoras láser, impresoras, etc., se utiliza a menudo no solo por su resistencia al calor y sus propiedades de fijación, sino también para otros tipos especiales, como el deslizamiento sobre engranajes o cojinetes, y la conducción de electricidad. Entre ellos, se encuentra la aplicación del PPS en instalaciones residenciales, OA y equipos de precisión.
(3) Aplicación en componentes eléctricos/electrónicos
Además de su alta resistencia térmica, moldeo de precisión y estabilidad dimensional en el proceso SMT, el PPS también presenta una alta resistencia al fuego, alcanzando la certificación UL-94V-0 sin necesidad de añadir retardantes de llama. Estas características se consideran los mejores materiales de moldeo para componentes eléctricos y electrónicos, como conectores. Se utilizan principalmente el PPS reticulado reforzado con fibra de vidrio o sin él, y el PPS lineal de baja rebaba. Estos materiales poseen las características generales del PPS y una formabilidad adecuada, siendo adecuados para productos moldeados sofisticados y complejos, como los conectores.
Además, el PPS reticulado con carga mineral/fibra de vidrio y el PPS lineal son adecuados para osciloscopios ópticos, como aquellos que requieren estabilidad dimensional y rigidez. El PPS moldeable a presión ultrabaja es adecuado para el sellado de microbobinas y componentes electrónicos.
(4) Aplicación en la industria de maquinaria y la industria química.
En los últimos años, el PPS se ha modificado químicamente y se ha mezclado con fibra de vidrio, relleno mineral o fibra de carbono para formar un material compuesto, que también se utiliza ampliamente en la industria de la maquinaria y la industria química.
(5) Aplicaciones en el campo de las baterías de litio
Una batería de litio se refiere a una batería que contiene litio en su sistema electroquímico. Debido a las propiedades químicas relativamente activas del litio metálico, los requisitos ambientales para su procesamiento son muy altos, por lo que las baterías de litio no se han utilizado a gran escala. Con la llegada de la era de la información, la tecnología microelectrónica, caracterizada por su pequeño tamaño, peso ligero, alta confiabilidad y alta velocidad de trabajo, se ha desarrollado y desarrollado. A medida que aumentan los equipos pequeños y refinados, también aumentan los requisitos para las baterías. Las baterías de litio se han generalizado. El sulfuro de polifenileno (PPS) posee excelentes propiedades de resistencia térmica, aislamiento, eléctricas y otras características, que cumplen con los requisitos de los materiales en el campo de las baterías de litio, y es el compañero ideal de estas.
(6) Aplicación en el ámbito de la protección del medio ambiente
Las principales fuentes de emisión de gases y polvos residuales son las plantas siderúrgicas, las incineradoras de residuos, las centrales térmicas, las cementeras, las plantas de negro de humo y otros campos. Los gases y polvos residuales generados presentan problemas como altas temperaturas, alta humedad y corrosión, lo que requiere materiales de eliminación de polvo con alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión.
El PPS de grado fibra presenta una alta estabilidad térmica y puede utilizarse continuamente a 200-240 °C. Incluso sometido a una temperatura de 260 °C durante 1000 horas, conserva el 60 % de su resistencia. La resistencia a la corrosión del PPS es similar a la del politetrafluoroetileno, conocido como el "rey de los plásticos". En cuanto a su resistencia al fuego, los productos de fibra de PPS son ignífugos y cumplen con la norma UL-94V-0 sin necesidad de añadir retardantes de llama. Por lo tanto, la aplicación de productos de fibra de PPS en los campos mencionados puede prolongar considerablemente la vida útil de los equipos de eliminación de polvo. Entre ellos, el producto más utilizado es la bolsa filtrante de polvo.
La resina de sulfuro de polifenileno de alto rendimiento se usa ampliamente en proyectos de plásticos de ingeniería como electrodomésticos, construcción, automóviles, maquinaria, industria aeroespacial y otras industrias, pero se debe prestar atención a los siguientes aspectos al realizar operaciones de moldeo de PPS:
(1) Presecado. Se producen cambios de tono y fluidez cuando los pellets se secan a una temperatura demasiado alta o durante más tiempo del necesario.
(2) Ajuste la temperatura del barril. Una temperatura razonable suele estar entre 300 y 340 °C. No supere los 350 °C. Especialmente para productos con mezcla de PTFE (fluororresina), el rango de temperatura es de 290 a 320 °C y no supere los 330 °C.
(3) Tiempo de residencia en el barril. Generalmente, se establece en 60 minutos a 300 °C y en 30 minutos a 320 °C.
(4) En caso de descomposición de la resina o situaciones similares, es necesario bajar la temperatura del cilindro para descargar la resina restante. Al detener el moldeo, tras descargar la resina residual del cilindro, apague el calentador.
