Die Eigenschaften und Verarbeitungsparameter von Polyphenylenether (PPO)

Die Eigenschaften und Verarbeitungsparameter von Polyphenylenether (PPO)

ICH. Grundlegende Eigenschaften von Polyphenylenether (PPO)

Polyphenylenether (PPO), auch bekannt als Poly-2,6-Dimethyl-1,4-Phenylenether, ist ein hochfester technischer Kunststoff, der in den 1960er Jahren auf den Markt kam. Es wird als PPO oder PPE abgekürzt und auch als Polydiphenylether, Polyphenylenoxid oder Polyphenylenether bezeichnet. Es handelt sich um ein thermoplastisches Harz mit einer geringen Dichte von nur 1,06 g/cm³. Es verfügt über hervorragende umfassende Eigenschaften, eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme sowie eine hervorragende elektrische Leistung, Dampfbeständigkeit und Dimensionsstabilität. Allerdings weist es eine schlechte Schmelzfließfähigkeit auf, wodurch es schwierig zu formen ist. In technischen Anwendungen werden verschiedene modifizierte Formen von PPO verwendet.

1. Mechanische Eigenschaften

PPO weist mit einer Zugfestigkeit von 80 MPa (bei 23 °C) hervorragende mechanische Eigenschaften auf (siehe Tabelle 1-1) und übertrifft damit technische Kunststoffe wie Polycarbonat, Polyacetal und ABS. Die Festigkeit und Steifigkeit von PPO nimmt mit steigender Temperatur nur langsam ab. Nach 7200-stündigem Kochen in Wasser zeigen seine Zugfestigkeit, Dehnung und Schlagzähigkeit keinen signifikanten Rückgang. Der Kriechwert von PPO ist sehr niedrig, mit einem Kriechwert von nur 0,5 % nach 300 Stunden unter einer Belastung von 14 MPa bei 23 °C; Darüber hinaus ist auch die Änderung des Kriechwerts bei steigender Temperatur minimal. Es kann im Temperaturbereich von -160 bis -150 °C dauerhaft eingesetzt werden.

Die mechanischen Eigenschaften von modifiziertem Polyphenylenether (PPO) ähneln denen von Polycarbonat (PC) und weisen eine hohe Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und Schlagzähigkeit auf. Es verfügt über eine hohe Steifigkeit, eine hervorragende Kriechfestigkeit und behält über einen weiten Temperaturbereich eine hohe Festigkeit bei, wobei der Einfluss von Feuchtigkeit auf die Schlagzähigkeit minimal ist. In den Tabellen 1-2 und 1-3 sind einige Eigenschaften von modifiziertem Polyphenylenether aufgeführt.

2. Thermische Eigenschaften

Polyphenylenether (PPO) weist eine hohe Hitzebeständigkeit auf, mit einem Schmelzpunkt über 300 °C, einer Zersetzungstemperatur über 350 °C, einer Sprödigkeitstemperatur von -170 °C, einer Martin-Hitzebeständigkeitstemperatur von 160 °C und einer Langzeitbeständigkeit Einsatztemperatur von 120 °C und eine Glasübergangstemperatur von 205 °C. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt 0,192 W/(m·°C) und die Formschrumpfung beträgt 0,7 % bis 0,9 %. Seine Wärmeformbeständigkeitstemperatur unter einer Belastung von 1,82 MPa beträgt 174 °C, was anderen thermoplastischen technischen Kunststoffen wie Polycarbonat, Polyacetal, Polyamid und ABS überlegen ist und duroplastischen Kunststoffen wie Phenol- und ungesättigten Polyesterharzen nahe kommt.

Der Schmelztemperaturbereich von PPO ist breit, wobei die maximale Schmelztemperatur 267 °C erreicht. Nach dem Abkühlen weist die Schmelze eine völlig amorphe Struktur auf. Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von PPO ist mit 5,2×10^-5/°C relativ niedrig, was im Vergleich zu anderen Kunststoffen näher am Koeffizienten von Metallen liegt. PPO hat eine hohe Wärmeformbeständigkeit und seine rheologischen Eigenschaften in der Schmelze sind nahezu Newtonsche Eigenschaften, was bedeutet, dass die Schmelzviskosität mit zunehmender Schergeschwindigkeit nicht abnimmt. Dies führt zu einer hohen Viskosität und schlechten Fließfähigkeit, was sehr hohe Verarbeitungstemperaturen (315 °C) erforderlich macht, was die Verarbeitung erschweren oder zu einem übermäßigen Energieverbrauch führen kann. PPO verfügt über gute Flammschutz- und Selbstverlöschungseigenschaften und unterliegt keinen chemischen Veränderungen, nachdem es 150 Stunden lang der Luft bei 150 °C ausgesetzt wurde. Modifiziertes PPO hat etwas schlechtere thermische Eigenschaften als PPO, verfügt aber über einen weiten Bereich an Wärmeformbeständigkeitstemperaturen.

3. Elektrische Eigenschaften

Polyphenylenether (PPO) enthält in seiner Molekülstruktur keine stark polaren Gruppen und bildet daher keine Dipole. Dadurch sind seine elektrischen Eigenschaften sehr stabil und die hervorragende Leistung bleibt über einen weiten Temperatur- und Frequenzbereich erhalten (siehe Tabelle 1-4). Der Volumenwiderstand von PPO liegt in der Größenordnung von 10^15 und wird durch Feuchtigkeit im Wesentlichen nicht beeinflusst. Die Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlustfaktor sind die niedrigsten aller technischen Kunststoffe und werden kaum von Temperatur und Frequenz beeinflusst. Modifizierter Polyphenylenether verfügt weiterhin über hervorragende elektrische Eigenschaften.

4. Chemische Beständigkeit

Polyphenylenether (PPO) weist eine hervorragende Wasserbeständigkeit auf und ist im Allgemeinen unempfindlich gegenüber wässrigen Chemikalien wie Säuren, Basen, Salzlösungen und Reinigungsmitteln, egal ob bei Raumtemperatur oder Hitze. Allerdings weist es eine geringe Lösungsmittelbeständigkeit auf; Halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe und aromatische Kohlenwasserstoffe können dazu führen, dass PPO aufquillt oder sich auflöst. Unter Belastung ist es nicht beständig gegen aromatische Kohlenwasserstoffe, Halogenkohlenwasserstoffe, Öle, Ketone und Ester und neigt zum Quellen oder zur Spannungsrissbildung. In konzentrierter Schwefelsäure kann es bei 85°C und einer Belastung von 12 MPa zu Spannungsrissen kommen. Außerdem weist es eine geringe Oxidationsbeständigkeit auf. Die chemische Beständigkeit von Polyphenylenether ist in Tabelle 1-5 dargestellt.

5. Anwendungen von Polyphenylenether (PPO)

Polyphenylenether eignet sich für Anwendungen in feuchten Umgebungen mit Belastungen, bei denen hervorragende elektrische Isolierung, mechanische Eigenschaften und Dimensionsstabilität erforderlich sind. In der mechanischen und elektrischen Industrie kann es zur Herstellung von Zahnrädern, Lagern, Nocken, Teilen für Transportmaschinen, Laufradschaufeln, Gebläseschaufeln, Wasserpumpenkomponenten, Rohren für die chemische Industrie, Ventilen und Teilen für die kommunale Wassertechnik verwendet werden. Es kann auch Edelstahl bei der Herstellung verschiedener chemischer Geräte und Komponenten ersetzen. Aufgrund seiner guten Kriech- und Spannungsrelaxationsbeständigkeit sowie seiner hohen Festigkeit eignet sich Polyphenylenether auch zur Herstellung von Schrauben, Verbindungselementen und Verbindungsteilen. Darüber hinaus eignet es sich aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Eigenschaften für den Einsatz als Motorwicklungskerne, Rotoren, Gehäuse und elektronische Geräteteile sowie als Hochfrequenz-Leiterplatten. Polyphenylenether in Elektroqualität, der im Ultrahochfrequenzbereich verwendet wird, kann zu Fernsehabstimmplatten, Mikrowellenisolierungen, Spulenkernen, Transformator-Abschirmhülsen, Spulenrahmen, Röhrensitzen und Fernsehablenksystemkomponenten verarbeitet werden. Da Polyphenylenether der Dampfsterilisation standhält, kann es Edelstahl in chirurgischen Instrumenten ersetzen. Darüber hinaus haben Polyphenylenetherfilme aufgrund ihrer hohen Hitzebeständigkeit und guten mechanischen Festigkeit breite Anwendungsaussichten in der Elektro-, Maschinenbau-, Elektronik-, Luft- und Raumfahrtindustrie.

Derzeit wird der in kommerziellen Produkten häufig verwendete modifizierte Polyphenylenether (PPO) durch Mischen mit schlagfestem Polystyrol hergestellt. Modifiziertes PPO verfügt über hervorragende Form- und Verarbeitungseigenschaften mit geringer Formschrumpfung, guter Dimensionsstabilität, geringer Wasseraufnahme sowie guter elektrischer und thermischer Beständigkeit. Es zersetzt sich nicht so leicht, wenn es heißem Wasser ausgesetzt wird, ist beständig gegen Säuren und Basen, hat eine geringe Dichte und kann problemlos die UL-Flammschutznormen mit halogenfreien Flammschutzmitteln erfüllen. Als wichtiger technischer Kunststoff wird modifiziertes PPO in verschiedenen Bereichen wie Fernsehern, elektronischen Bauteilen, Automobilen, Büromaschinen und Haushaltsgeräten häufig eingesetzt.

II. Formung und Verarbeitung von Polyphenylenether (PPO)

Im Gegensatz zu kristallinen Kunststoffen wie POM (Polyoxymethylen) und PA (Polyamid) ähnelt PPO hinsichtlich der guten Dimensionsstabilität PC (Polycarbonat). PPO durchläuft während des Formens keinen Kristallisationsprozess und innere Restspannungen können zu Spannungsrissen führen. Daher sollten die Formbedingungen sorgfältig geprüft werden.

1. Form- und Verarbeitungseigenschaften

Polyphenylenether hat einen hohen Schmelzpunkt, wobei die Schmelztemperatur seines kristallinen Anteils bis zu 262–267 °C beträgt. Darüber hinaus ist seine Schmelzviskosität unter 300 °C recht hoch, was die Formung und Verarbeitung von PPO erschwert. Sowohl PPO- als auch modifizierte PPO-Schmelzen sind nicht-Newtonsche Flüssigkeiten, und die Viskosität der Schmelze hängt stark von der Temperatur ab und nimmt linear mit steigender Temperatur ab. Diese Eigenschaft der hohen Viskosität und schlechten Fließfähigkeit erfordert die Verwendung sehr hoher Temperaturen während der Verarbeitung, was sie anspruchsvoll und energieintensiv macht.

Die Formschrumpfung von Polyphenylenether (PPO) und modifiziertem PPO ist sehr gering und bleibt unter verschiedenen Formungsbedingungen im Wesentlichen unverändert, was für die Herstellung von Präzisionsformteilen sehr vorteilhaft ist, und Auswurfprobleme treten selten auf.

PPO weist eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme auf und das Material kann in der Regel ohne vorherige Trocknung geformt werden. Wenn der Schmelzgranulierungsprozess des Materials jedoch eine Wasserkühlung erfordert oder das Material schlecht verpackt ist, kann es aufgrund seiner geringen Dichte und großen Oberfläche, insbesondere im Fall von pulverförmigem PPO-Harz, eine kleine Menge Feuchtigkeit aus der Luft absorbieren. die anfälliger für die Aufnahme von Feuchtigkeit ist. Wenn es nicht getrocknet wird, kann es während des Formprozesses zur Bildung von Silberstreifen und zur Bildung von Blasen auf der Oberfläche der geformten Produkte kommen. Darüber hinaus erfüllt die Trocknung auch eine Vorwärmfunktion. Dies ist insbesondere bei der Formung großflächiger, dünnwandiger Produkte von Vorteil, da dadurch der Oberflächenglanz der fertigen Produkte verbessert werden kann. Das Trocknen kann in einfachen Geräten wie einem Ofen erfolgen. Bei Materialien mit einer Dicke von 50 mm reicht es im Allgemeinen aus, etwa 2 Stunden lang bei etwa 107 °C zu trocknen.

2. Spritzguss

Kolben- oder Schneckenspritzmaschinen können Polyphenylenether (PPO) verarbeiten, wobei Schneckenspritzmaschinen im Allgemeinen bevorzugt werden. Es ist erforderlich, dass das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Schnecke größer als 15 ist und das Kompressionsverhältnis zwischen 1,7 und 4,0 (typischerweise 2,5 bis 3,5) liegt. Es empfiehlt sich ein stufenweise wechselndes Schneckenprofil. Die Düse sollte vom Typ mit geradem Durchgang sein, da sie im Vergleich zu einer automatisch öffnenden und schließenden Düse einen geringeren Druckverlust aufweist und weniger wahrscheinlich zu Materialrückständen führt. Die Form sollte mit einer Heizvorrichtung ausgestattet sein und zwischen der Form und der Platte der Spritzgießmaschine sollte sich eine Isolierplatte befinden.

Die Spritzgusstemperatur für PPO ist relativ hoch und je nach Größe und Form des Produkts wird die Zylindertemperatur im Allgemeinen zwischen 280 °C und 340 °C kontrolliert. Wenn das Einspritzvolumen 20 % bis 50 % der Fasskapazität beträgt, kann die Fasstemperatur bis zu 330 °C betragen, ohne dass es zu einer Verschlechterung kommt. Sie sollte jedoch 340 °C nicht überschreiten, da Temperaturen über 340 °C zu Materialabbau und Leistungseinbußen führen können; Temperaturen unter 280 °C können zu einer zu hohen Materialviskosität führen und die Verarbeitung erschweren. Die Düsentemperatur liegt normalerweise geringfügig um 10 bis 20 °C unter der Schmelzzonentemperatur des Zylinders, um ein Austreten von Material aus der Düse zu verhindern.

Die Formtemperatur sollte anhand von Faktoren wie der Dicke des Produkts und der Zylindertemperatur bestimmt werden und liegt im Allgemeinen zwischen 100 °C und 150 °C. Dieser Bereich kann Spannungen minimieren, was sich positiv auf die Reduzierung der Oberflächenrauheit und das Füllen dünnwandiger Abschnitte auswirkt. Über 150 °C können leicht Blasen verursachen und den Formzyklus verlängern; Temperaturen unter 100 °C können zu höherer Eigenspannung und Defekten wie Unterfüllung und Delaminierung führen.

Polyphenylenether (PPO) sollte nicht über einen längeren Zeitraum bei hohen Temperaturen aufbewahrt werden. Wenn das Material länger als 2 Stunden im Fass verbleibt, kann es zu Verfärbungen und Zersetzung kommen, und das Fass sollte umgehend gereinigt werden. Abfallmaterial aus dem PPO-Spritzguss kann mehrfach, typischerweise bis zu dreimal, wiederverwendet werden, ohne dass sich die mechanischen Eigenschaften wesentlich verschlechtern. In Tabelle 2-1 sind die Bedingungen des Spritzgussverfahrens für einige Typen von Noryl PPO aufgeführt.

3. Formpressen

Durch Formpressen können Polyphenylenether (PPO) mithilfe einer hydraulischen Presse zu Platten unterschiedlicher Dicke verarbeitet werden. Beim Komprimieren dickerer Bleche ist es erforderlich, diese 24 Stunden lang bei einer Temperatur zu verarbeiten, die etwa 10 °C unter der Gebrauchstemperatur liegt, um innere Spannungen zu beseitigen. Beim Formen ist darauf zu achten, dass die Entformungstemperatur ausreichend hoch ist, um eine Rissbildung der Platten zu verhindern. Darüber hinaus kann das unmittelbare Entformen der Platten nach der Entnahme aus der Presse dazu führen, dass sie an der Form kleben bleiben und plötzliches Abkühlen zu Rissen führen kann. Deshalb sollte man die Platten vor dem Entformen langsam auf eine bestimmte Temperatur abkühlen lassen.

Der spezifische Formpressprozess für PPO-Glasgewebelaminate ist wie folgt:

(1) Klebstoffvorbereitung: PPO-Harz in einem Benzollösungsmittel auflösen, um eine Lösung mit einem Massenanteil von 10 % bis 18 % zu erhalten. Erhitzen und rühren Sie bei 60 °C, bis sich das Harz vollständig aufgelöst hat und eine transparente Flüssigkeit entsteht.

(2) Beschichten: Behandeln Sie das 0,1 mm dicke Glasgewebe mit dem Haftvermittler H151 und tauchen Sie es anschließend in eine Beschichtungsmaschine und trocknen Sie es. Die Trocknungstemperaturen betragen 100–110 °C für die obere Schicht, 90–100 °C für die mittlere Schicht und 70–80 °C für die untere Schicht. Die Beschichtungsgeschwindigkeit beträgt 0,5 m/min, bei einem Harzanteil von 30 % bis 40 % (Massenanteil).

(3) Formen: Schneiden und stapeln Sie den beschichteten Stoff auf eine Dicke von ca. 4–10 mm und formen Sie ihn unter Hitze und Druck in der Presse. Beginnen Sie mit der Form bei Raumtemperatur, erhitzen Sie sie dann auf 250 °C und halten Sie sie 5 Minuten lang, indem Sie auf einmal einen Druck von 6 MPa ausüben. weiter auf 300 °C erhitzen und 1 Stunde lang bei dieser Temperatur halten; dann auf 180 °C abkühlen und schließlich vor dem Entformen mit Wasser auf Raumtemperatur abkühlen.

4. Extrusionsformen

Durch Extrusionsformen kann Polyphenylenether (PPO) zu Stäben, Rohren, Blechen und Drahtbeschichtungen verarbeitet werden. Der Extruder verwendet typischerweise einen belüfteten Extruder mit einem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis der Schnecke, das normalerweise zwischen 20 und 24 liegt, und einem Kompressionsverhältnis von 2,5 bis 3,5. Die Schnecke weist häufig eine äquidistante, aber ungleichmäßige Tiefenkonstruktion auf, wobei der Dosierabschnitt eine entsprechende Tiefe aufweist. Der Extruder sollte einen langen geraden Abschnitt an der Düse haben, um der höheren Abkühltemperatur des PPO-Materials während der Extrusion Rechnung zu tragen. Beim Extrusionsformen ist die Zylindertemperatur etwas niedriger als beim Spritzgießen.

III. Vorteile und Anwendungen von Polyphenylenether

Polyphenylenether (PPO) ist ein technischer Kunststoff mit einer Vielzahl von Vorteilen. Zu den wichtigsten Leistungsvorteilen zählen:

1. Hervorragende thermische Stabilität: PPO kann seine physikalischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen beibehalten, mit einem weiten Bereich von Langzeitgebrauchstemperaturen, im Allgemeinen zwischen -127 °C und 120 °C.

2. Gute elektrische Isolierung: PPO verfügt über hervorragende elektrische Isoliereigenschaften und steht hinsichtlich der dielektrischen Leistung an erster Stelle unter den Kunststoffen.

3. Hohe mechanische Festigkeit: PPO verfügt über eine hohe Zug- und Schlagfestigkeit, und selbst nach 200 Behandlungen in Hochdruckdampf bei 132 °C ist keine wesentliche Veränderung zu beobachten.

4. Wasser- und Dampfbeständigkeit: PPO hat eine gute Wasser- und Dampftoleranz und eine geringe Wasseraufnahmerate.

5. Gute Dimensionsstabilität: PPO weist bei Langzeitgebrauch eine gute Dimensionsstabilität auf und neigt nicht zum Kriechen.

6. Chemische Beständigkeit: PPO ist beständig gegen Korrosion durch eine Vielzahl von Chemikalien, einschließlich anorganischer Säuren, Basen und bestimmter organischer Lösungsmittel.

7. Flammwidrigkeit: PPO ist selbstverlöschend und gilt als flammhemmendes Material, wodurch es für Anwendungen geeignet ist, bei denen der Brandschutz eine Rolle spielt.

8. Verarbeitungsleistung: PPO ist einfach zu verarbeiten und kann durch Methoden wie Extrusion, Spritzguss und Formpressen geformt werden.

Die Anwendungsgebiete von Polyphenylenether (PPO) sind sehr umfangreich und umfassen vor allem:

1. Elektronik- und Elektroindustrie: Wird zur Herstellung von Steckverbindern, Spulenkernen, Röhrenfassungen, Steuerwellen, Transformator-Abschirmhülsen usw. verwendet.

2. Automobilindustrie: Wird zur Herstellung von Armaturenbrettern, Stoßstangen, Kühlergrills, Lautsprechergittern usw. verwendet.

3. Medizinische Geräte: Aufgrund seiner Hydrolyse-, Dampf- und Hitzebeständigkeit kann PPO zur Herstellung von medizinischen Geräten und Sterilisationsgeräten verwendet werden.

4. Luft- und Raumfahrt: Wird zur Herstellung leichter Strukturbauteile und Funktionsmaterialien verwendet.

5. Haushaltsgeräte: Wird für Teile von Fernsehgeräten, Klimaanlagen, Mikrowellenherden und anderen Haushaltsgeräten verwendet.

6. Bürogeräte: Wird für Gehäuse und Komponenten von Computern, Druckern, Faxgeräten und anderen Bürogeräten verwendet.

7. Industriemaschinen: Wird für Teile von Pumpen, Gebläsen, Ventilen und anderen Industriemaschinen verwendet.

8. Neuer Energiesektor: Wird als Energiespeichermaterial, Isoliermaterial, Batteriematerial usw. verwendet.

Aufgrund seiner hervorragenden umfassenden Eigenschaften hat sich PPO zu einem der fünf wichtigsten technischen Kunststoffe für allgemeine Zwecke entwickelt und spielt in verschiedenen Branchen eine wichtige Rolle.

IV. Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Polyphenylenoxid (PPO) ein technischer Hochleistungskunststoff ist, der für seine verschiedenen hervorragenden Eigenschaften bekannt ist und daher in vielen Branchen sehr beliebt ist. Die Anpassungsfähigkeit von PPO an verschiedene Temperaturen und die Flammhemmung machen es zur idealen Wahl für Anwendungen mit hohen Brandschutzanforderungen. Darüber hinaus PPO kann mit dem roten Phosphor-Flammschutzmittel FRP-950X der YINSU Flame Retardant Company für HIPS-Flammschutzlösungen kombiniert werden.

YINSUs Flammschutzmittel mit rotem Phosphor FRP-950X ist ein mikroverkapseltes, raucharmes, halogenfreies Flammschutz-Masterbatch mit hohem Gehalt. Das halogenfreie Flammschutzmittel für HIPS hat eine höhere Zugabemenge und ist teurer. Mit der Flammschutzlösung PPO+FRP-950X der YINSU Flame Retardant Company ist es jedoch möglich, eine halogenfreie, hocheffiziente und kostengünstige Flammschutzausrüstung zu erreichen. Wenn Sie weitere Einzelheiten erfahren möchten, können Sie sich gerne bei uns erkundigen. Wir bieten Ihnen dann eine effizientere Flammschutzlösung.