聚苯硫醚改性技术研究进展（上）
北京燕山石油化工公司研究院 燕 丰
聚苯硫醚（PPS）是一种综合性能优异的热塑性结晶聚合物，具有良好的流动性和成型加工性，其耐热性很好，
负荷热变形温度（HTD）在260℃以上，长期使用温度为220～240℃，有极好的耐酸碱性、阻燃性、刚性和模量，
尺寸稳定性高，电气性能优良，耐疲劳强度高，抗蠕变性好，易成型，并具有耐老化、抗辐射、无毒等特性，近年
来，其需求以年均15%的速度增长，已经发展成为世界第六大通用工程塑料，在电子电气、汽车、精密机械、化工、
家电以及航空、航天和国防等领域具有广泛的用途。
虽然聚苯硫醚具有许多独特的优异性能，但是它也存在一些缺陷，主要表现在：
①脆性较大，延伸率低。由于PPS独特的化学结构，其分子链呈现刚性，结晶度可达75%，因而韧性较差，而
且其熔接强度也不高，这就限制了其作为耐冲击部件的使用；
②成本高，与其他通用工程塑料相比价格高出近两倍；
③由于PPS具有优异的耐化学药品性能，所以其涂装性与着色性能不太理想；
④极易流动，单纯树脂难以注射成型；
⑤熔点高，在熔融过程中极易与空气中的氧气发生热氧化交联反应而使粘度不稳定。
对PPS进行改性可以克服上述缺点，扩大应用范围，其改性方法主要有填充与增强、共聚、共混以及形成互穿
网络聚合物法等。
填 充 增 强
PPS通过增强改性后，其刚性和强度均可得到很大的提高，所得产品可与部分金属产品媲美，可代替铸铝合金、
轴承合金、锡青铜和铸造无锡青铜等。目前，PPS的填充与增强改性主要包括玻璃纤维增强、碳纤维增强、液晶增
强和芳纶纤维增强等多种方法。
玻璃纤维增强
采用玻璃纤维增强PPS是一种极为有效且方便、经济的方法，使其强度和刚性得到很好的改善。所用玻璃纤维
通常为无碱无捻品种，包括短纤、长纤和纤维布等。玻璃纤维增强PPS热稳定性很高，热变形温度可以达到280℃
以上，能在225℃高温下长期使用，因此可代替不锈钢用作汽车发动机罩，燃油系统部件和燃油泵、废气回路部件
等。目前，玻璃纤维增强PPS的用量已经占到PPS树脂用量的80%以上。Phillips化学公司近期推出的PPS合金具
有较低的成本，在电子和汽车工业用于替代LCP树脂。其中牌号为XK2040和XK2140的PPS合金是经40%玻璃纤维
增强改性的，主要用于汽车领域，产品具有较好的焊接强度，模塑溢料很少，较高的流动性及好的加工性能。经
40%玻璃纤维增强的PPS树脂Fortron 9140L4和高流动级9140L6可用于注塑成型，主要用于食品容器和医用装置
等领域。
碳纤维增强
碳纤维（简称CF）增强PPS复合材料是一种高性能的复合材料，碳纤维含碳量一般在90%以上，与一般碳素材
料不同，碳纤维具有显著的各向异性，其微晶结构沿纤维轴有择优取向性，从而在纤维方向上有很高的拉伸强度和
拉伸弹性模量。因此，PPS/CF可以应用在要求强度大、模量高、质量轻、耐高温、化学稳定性好和高振动阻尼的
场合下。目前，我国碳纤维及其复合材料的生产与制备已经实现工业化。由于PPS树脂在200℃以下无溶剂，而且
熔融温度及熔融粘度较高（在300℃时的粘度大于100Pa·s），因此，PPS树脂基复合材料的预浸工艺要比热固性
复合材料复杂得多。国外一般采用熔融法、薄膜叠层法和粉末法（也称流化床法）制备PPS/CF预浸料，但这些预
浸技术所需要的设备投资较大，工艺较为复杂。目前，我国连续纤维增强PPS的预浸工艺尚未成熟。
芳纶纤维增强
芳纶纤维是一种高技术纤维，它具有高模量、高强度等特点。在芳纶短纤维复合材料中，纤维对冲击强度的贡
献大，它可以提高韧性，阻碍裂纹扩展。由于芳纶纤维有较高的断裂伸长率，纤维受冲击后的劈裂都可吸收冲击能，
但纤维末端及纤维相互接触的区域将产生应力集中，使冲击强度降低。
芳纶短纤维增强的PPS共混体系，PPS基体中的全部剪切应力是以纵向拉应力的方式加在纤维上的，由于芳纶
纤维非常柔软，可以伸直、卷曲形式存在于基体中，不同形态的纤维受力不同，主要有传递到纤维上的拉应力和纤
维与基体界面上的剪应力，因而只有当纤维长度大于有效长度时，才能使纤维承受最大的应力，充分发挥纤维的增
强作用。
纳米复合材料增强
采用纳米刚性粒子填充工程塑料，不仅使材料提高韧性、强度，而且其性能价格比也得到了较大的提升，并为
生产中降低成本提供了一种新的手段。由于工程塑料价格较高，人们希望尽量回收利用加工及生产过程中产生的二
次料，但热塑性树脂经二次加工后各种性能均会有不同程度的下降，而利用刚性纳米粒子对二次进料进行改性后可
有效提高热塑性工程塑料的废料利用率和降低成本，从而可缓解资源短缺以及环境污染等问题。在PPS/纳米复合
材料中，对纳米材料进行表面处理后，有利于纳米粒子在树脂中均匀分散，从而能够较好地改善PPS的冲击韧性，
拓宽PPS的应用范围。与此同时，通过纳米材料与PPS共混改性，可以提高材料的机械强度等。
共 聚 法
为了改善PPS树脂的性能，国外开发出一系列共聚物，此法属于化学方法，共混组分之间形成了化学键，可能
形成界面相或微相分离，不仅增强了组分之间的相互作用，而且还能够吸收和分散外来能量，综合了各组分的优良
性能。如聚苯硫醚砜（PPSS）、聚苯硫醚酮（PPSK）、聚砜（PSF）、聚苯硫醚酰胺（PPSA）等，其中PSF嵌段共聚物
已经实现了工业化生产。所有这些共聚物都具有独特的优点，可满足高新技术领域对新材料的特殊要求，还可与
PPS组成性能优异的合金。
共 混 法
为了提高PPS树脂的综合性能，尤其是提高其韧性，与其他树脂共混改性制备高性能化的共混物合金是近年来
发展起来的一个重要研究方向。将不同类型的聚合物采用物理或化学的方法共混，不仅可以显著改善原来聚合物的
性能，形成具有优异综合性能的聚合物体系，而且可以极大地降低聚合物材料开发和研制过程中的费用，降低生产
成本。PPS分子链呈刚性，结晶度可以达到75%，韧性较差，又因熔点高，在熔融过程中易与空气中的氧气发生热
氧化交联反应，致使粘度不稳定，而通过聚合物共混改性是克服PPS上述缺点的有效措施之一。
聚酰胺（PA）共混改性PPS
PPS与PA共混改性，可以显著提高产品的抗冲击强度。虽然PPS和PA两者的熔融温度和热分解温度相差较大，
亲和性也不够理想，但它们在较高温度下却能产生十分优良的熔混效果。PPS与PA共混的比例以PPS:PA=60:40～
97:3为宜。共混操作可首先在混合机中混合，经120℃干燥后通过螺旋挤压机熔融混炼，温度从料筒至机头分三段
控制，依次为280℃、300℃和310℃。挤出的共混物冷却造粒，然后注射成型。
PPS/PA66比例为60:40时的共混物的冲击强度约为PPS的5倍，极大地改善了PPS的脆性。在PPS/PA66体系
中，PA66的加入改善了PPS的流动性和冲击强度，PA能提高PPS的刚性、阻燃性和耐热性，降低吸水性。PPS/PA66
共混物拉伸强度和弯曲强度都比PPS高，长期耐热性140～170℃，刚性好，成本低，综合性能优良。但应当注意
的是随着PA66的增加，阻燃性下降，当PA66为30%时阻燃性由V-0级下降到V-2级。此种合金主要用于机床电器、
电子接插件和汽车发动机周围部件，在军工上用于海军潜艇部件，如反向开关、励磁机、充电发动机转子线圈、滑
动轴承、密封环、空调器四通阀、电磁线圈骨架等。
聚碳酸酯（PC）共混改性PPS
PC共混改性PPS，可在很大程度上改善PPS的冲击强度、拉伸强度等力学性能，但阻燃性及电性能有所下降，
这在使用中必须引起足够的重视。在配比上，若以改进PPS的冲击强度为主，则可以使用较高含量的PC；若以提
高PPS的耐燃性能为主，则应减少PC的用量。（未完待续）