Ete polyphenylene biến tính (nhựa PPE biến tính) là gì?

1．Ete polyphenylene biến tính (nhựa PPE biến tính) là gì?

Ête polyphenylene biến tính (PPE biến tính hoặc m-PPE) là tên gọi chung của một họ hợp kim polyme được hình thành bằng cách trộn nhựa polyphenylene ete (PPE) biến tính—một loại nhựa kỹ thuật không kết tinh—với nhiều loại nhựa khác. Nhựa PPE là nhựa không kết tinh có nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng Tg=210°C; các chuỗi phân tử chính trong loại nhựa này bao gồm các vòng benzen được liên kết bằng liên kết ete, làm cho nhựa có khả năng chống thủy phân cao. Nhựa PPE có khả năng hấp thụ nước thấp và có trọng lượng riêng thấp chỉ 1,06, nhỏ nhất trong số các loại nhựa kỹ thuật đa năng. Nhựa PPE cũng có hệ số giãn nở tuyến tính nhỏ nhất trong tất cả các loại nhựa kỹ thuật đa năng, đảm bảo độ ổn định kích thước tuyệt vời. Các ưu điểm khác của nhựa PPE bao gồm các đặc tính điện ưu việt của nó, bao gồm độ thấm điện môi tuyệt vời và tiếp tuyến tổn hao trên dải tần số rộng. Nhựa PPE còn nổi bật hơn nhờ khả năng kháng axit và kiềm vượt trội. Mặt khác, nhược điểm của nhựa PPE nguyên chất bao gồm độ nhớt ở trạng thái nóng chảy cao, khó tạo thành hình dạng mong muốn và dễ bị phân hủy khi có dung môi gốc hydrocarbon thơm như dầu.
Ête polyphenylene biến tính còn được gọi là oxit polyphenylene biến tính (PPO biến tính hoặc m-PPO). Tuy nhiên, PPO là nhãn hiệu đã đăng ký và tên chung là PPE.

Nhựa PPE hiếm khi được sử dụng ở dạng nguyên chất mà thường được pha trộn với polystyrene (PS) hoặc các loại nhựa khác để tạo ra nhiều loại vật liệu hợp kim. Hợp kim của PPE và PS có thể đạt được khả năng hòa tan hoàn toàn đối với các giá trị tùy ý của tỷ lệ thành phần PPE/PS và thực tế này có thể được khai thác để cải thiện tính lưu động và bao trùm một loạt các đặc tính chịu nhiệt, khiến PPE/PS trở thành một trong những loại quan trọng nhất hệ thống hợp kim polymer. Nhựa PPE cũng dễ dàng được pha trộn với các chất chống cháy không brom hóa, không clo hóa để tạo ra vật liệu chống cháy. Ngoài ra, PPE có thể được hợp kim với các vật liệu như polyamit (PA), polypropylen (PP), polyphenylene sulfua (PPS) hoặc chất đàn hồi như SEBS để tạo ra vật liệu mới kết hợp các ưu điểm nêu trên của nhựa PPE với các tính năng của nhiều loại khác nhau. nhựa đối tác.

Quá trình hợp kim hóa nhựa PPE với các loại nhựa khác để cải thiện tính chất vật liệu được gọi là biến tính và vật liệu thu được được gọi là nhựa PPE biến tính (m-PPE).

2．Sản xuất nhựa polyphenylene ether (PPE biến tính) biến tính

2-1. Sản xuất PPE

Quá trình sản xuất PPE bắt đầu bằng việc tổng hợp 2,6-xylenol từ phenol và metanol. Sau đó, 2,6-xylenol được sử dụng làm thành phần cơ bản cho quá trình trùng hợp oxy hóa (liên kết oxy hóa) tạo ra este thông qua phản ứng khử nước giữa các nhóm OH trong 2,6-xylenol và nguyên tử H (hydro) ở vị trí 4 của các vòng benzen lân cận trong 2,6-xylenol. PPE được tổng hợp thông qua việc lặp đi lặp lại phản ứng này.

2-2. Sản xuất PPE biến tính

Như đã nói ở trên, nhựa PPE nguyên chất có độ nhớt cực cao ở trạng thái nóng chảy nên khó có thể đúc thành hình dạng mong muốn. Để cải thiện đặc tính đúc của nó, PPE thường được kết hợp với các loại nhựa khác để tạo ra hợp kim được gọi là nhựa PPE biến tính. Thuật ngữ kết hợp đề cập đến một quá trình trong đó nhựa gốc được pha trộn với các chất khác—bao gồm các loại nhựa khác, chất tăng cường, thuốc nhuộm hoặc chất màu để tạo màu hoặc nhiều loại phụ gia khác cung cấp các đặc tính cụ thể—để đạt được mức hiệu suất và chức năng mong muốn. Ưu điểm chính của nhựa PPE biến tính là sự đa dạng của các hợp kim polymer—đáp ứng rất nhiều nhu cầu vật liệu—có thể đạt được bằng cách thay đổi loại và tỷ lệ vật liệu đối tác được thêm vào trong quá trình kết hợp. Một số loại hợp kim polyme quan trọng nhất được thảo luận dưới đây trong Phần 4, Các loại và ứng dụng của nhựa polyphenylene ete biến tính (PPE biến tính).

3．Đặc điểm chính của PPE và nhựa PPE biến tính

• Khả năng chịu nhiệt:
Nhựa PPE nguyên chất có điểm chuyển tiếp thủy tinh khoảng 210°C. Nhựa PPE biến tính có nhiều đặc tính tùy thuộc vào vật liệu đi kèm được sử dụng để tạo thành hợp kim: từ loại có tính lỏng cao với nhiệt độ biến dạng nhiệt dưới 100°C đến loại có khả năng chịu nhiệt cao với nhiệt độ biến dạng nhiệt trên 200°C.
• Khả năng chống cháy:
Chỉ số oxy (thước đo lượng oxy cần thiết cho quá trình đốt cháy) của nhựa PPE nguyên chất là 28, giá trị cao cho thấy việc chế tạo vật liệu này có khả năng chống cháy tương đối dễ dàng. Dòng nhựa PPE biến tính của Asahi Kasei bao gồm một số loại có khả năng chống cháy tuyệt vời ở cấp độ UL94 V-0.
• Trọng lượng riêng thấp:
Nhựa PPE là một loại vật liệu nhẹ có trọng lượng riêng—chỉ 1,06—là mức thấp nhất trong số các loại nhựa kỹ thuật.
• Cách điện:
Nhựa PPE có điện trở suất cao, làm cho vật liệu này trở thành chất cách điện tuyệt vời. Khả năng chống theo dõi vượt trội và các đặc tính điện thuận lợi khác của nhựa PPE khiến những vật liệu này trở thành lựa chọn phổ biến cho nhiều loại sản phẩm.
• Khả năng hấp thụ nước thấp:
Nhựa PPE nguyên chất là vật liệu có khả năng hút nước thấp. Nhựa PPE biến tính vẫn giữ được ưu điểm này, thể hiện sự thay đổi tối thiểu về tính chất vật lý và sự thay đổi kích thước tối thiểu khi hấp thụ nước.
• Khả năng chống thủy phân:
Nhựa PPE biến tính có khả năng chịu nhiệt tuyệt vời và việc không có este hoặc amit trong cấu trúc hóa học của chúng cũng đảm bảo khả năng chống nước ấm và thủy phân tuyệt vời.
• Khả năng chống axit và kiềm:
Một đặc điểm đặc trưng của nhựa PPE biến tính là khả năng chống axit và kiềm mạnh.
• Độ thấm điện môi thấp và tiếp tuyến tổn thất điện môi thấp:
Nhựa PPE thể hiện độ thấm điện môi thấp và tiếp tuyến tổn thất điện môi thấp trên một phạm vi tần số rộng và các đặc tính này hầu như không thay đổi khi thay đổi nhiệt độ và độ ẩm hoạt động. Tổn thất truyền tải thấp có thể đạt được nhờ nhựa PPE biến tính khiến những vật liệu này trở thành lựa chọn phổ biến cho các thành phần của hệ thống thông tin và truyền thông.
• Hệ số giãn nở tuyến tính thấp:
Nhựa PPE có hệ số giãn nở tuyến tính thấp nhất trong tất cả các loại nhựa kỹ thuật, giảm thiểu độ co ngót trong quá trình đúc và đảm bảo độ ổn định kích thước và độ chính xác kích thước tuyệt vời.

→ Nhấp vào đây để biết tổng quan về dòng nhựa PPE biến tính XYRON™ của Asahi Kasei

4．Các loại và ứng dụng của nhựa polyphenylene ether (PPE biến tính) biến tính

(1) Hợp kim PS

Các ví dụ điển hình của hợp kim polyme là hợp kim giữa PPE và polystyrene (PS). Khả năng của các hợp kim này đạt được độ hòa tan hoàn toàn đối với các giá trị tùy ý của tỷ lệ thành phần PPE/PS có thể được khai thác để cải thiện tính lưu động và bao trùm nhiều đặc tính chịu nhiệt. Hợp kim PPE/PS dễ dàng được tạo ra để chống cháy bằng cách thêm chất chống cháy không brom hóa, không clo hóa và đặc tính điện tuyệt vời của những vật liệu này khiến chúng trở thành lựa chọn phổ biến cho các linh kiện điện và điện tử. Đặc biệt, hợp kim chứa tỷ lệ PS trên PPE cao mang lại tính lưu động tuyệt vời và có thể được sử dụng làm vật liệu cho các bộ phận đúc lớn như khung của thiết bị điện. Mặt khác, các loại có tỷ lệ PPE trên PS cao mang lại khả năng chịu nhiệt vượt trội và được sử dụng cho các sản phẩm như hộp nối trong hệ thống phát điện mặt trời.

Trộn hợp kim PPE/PS với sợi thủy tinh hoặc các chất độn khác có thể tạo ra các hợp chất có độ bền, độ cứng và độ chính xác về kích thước được cải thiện. Các ứng dụng phổ biến của các loại được gia cố bằng chất độn như vậy bao gồm vỏ và khung cho máy in, thiết bị văn phòng và các dụng cụ chính xác khác—đòi hỏi độ ổn định chiều cao của nhựa PPE đã được cải tiến—cũng như máy bơm, van trộn và các bộ phận cấp/thoát nước khác hệ thống phải có khả năng chống thủy phân.

Trong những năm gần đây, phạm vi ứng dụng của hợp kim PPE/PS đã mở rộng để bao gồm các hệ thống pin gắn trên xe—khai thác trọng lượng riêng thấp, khả năng chịu nhiệt và độ ổn định kích thước của các vật liệu này—và các hệ thống thông tin liên lạc thế hệ tiếp theo, tận dụng lợi thế này. độ thấm điện môi thấp và tiếp tuyến tổn thất điện môi thấp. Trong tương lai, có mọi lý do để kỳ vọng thị trường hợp kim PPE/PS sẽ tiếp tục mở rộng.

(2) Hợp kim PA

Polyamide (PA) là một loại nhựa kỹ thuật có khả năng chịu nhiệt, độ bền và khả năng chống dầu tuyệt vời đã khiến nó trở thành vật liệu được sử dụng rộng rãi cho các bộ phận ô tô. Tuy nhiên, tính chất hút nước cao của PA có thể tạo ra sự thay đổi đáng kể về tính chất vật liệu và kích thước thành phần tùy thuộc vào môi trường sử dụng, một điểm cần được xem xét cẩn thận khi triển khai thực tế. Do PPE hầu như không có khả năng hấp thụ nước nên việc hợp kim với PPE có thể làm giảm đáng kể khả năng hấp thụ nước của PA, giảm thiểu nhược điểm chính của nhựa PA. Khả năng này đã được khai thác để phát triển vật liệu hợp kim PA để sử dụng trong việc hình thành các bộ phận hệ thống điện ô tô và các sản phẩm liên quan.

(3) Hợp kim PP

Polypropylen (PP) là một loại nhựa đa năng mang lại sự cân bằng tuyệt vời về các đặc tính mong muốn, bao gồm trọng lượng riêng thấp, khả năng kháng dầu, kháng hóa chất, độ bền và độ dẻo dai. Hợp kim của PPE với PP mang lại khả năng chịu nhiệt và độ chính xác về kích thước được cải thiện so với vật liệu PP thông thường và được sử dụng cho các ứng dụng như hệ thống ắc quy gắn trên xe.

(4) Hợp kim nhựa siêu kỹ thuật

Asahi Kasei cũng phát triển vật liệu hợp kim trong đó PPE được pha trộn với nhựa siêu kỹ thuật polyphenylene sulfide (PPS) và polyphthalamide (PPA), cả hai đều là vật liệu chịu nhiệt cao. Hợp kim PPS/PPE mang lại độ ổn định kích thước được cải thiện và khả năng chống cong vênh tốt hơn so với PPS nguyên chất, trong khi hợp kim PPA/PPE có khả năng hấp thụ nước thấp hơn và giảm sự thay đổi về tính chất vật liệu và kích thước thành phần khi hấp thụ nước so với PPA nguyên chất.

Như phần tổng quan này chứng minh, vật liệu hợp kim được làm bằng nhựa PPE biến tính có nhiều đặc tính vật lý vượt trội và được sử dụng cho nhiều ứng dụng.

→ Nhấp vào đây để xem danh mục sản phẩm nhựa PPE được cải tiến XYRON™ của Asahi Kasei
→ Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về các ứng dụng phổ biến và cách sử dụng được khuyến nghị cho nhựa PPE được sửa đổi XYRON™ của Asahi Kasei

5．Kỹ thuật đúc nhựa polyphenylene ether (PPE biến tính)—và những lưu ý thực tế cần lưu ý

Cuộc thảo luận này sẽ đề cập đến các khía cạnh chung của ép phun, phương pháp phổ biến nhất để tạo thành nhựa PPE biến tính thành sản phẩm. Để có được sản phẩm đúc chất lượng cao, nhiệt độ nhựa nóng chảy phải được điều chỉnh hợp lý để mang lại đủ độ lưu động trong quá trình đúc đồng thời tránh suy thoái nhiệt. Bởi vì tính lưu động và khả năng chịu nhiệt thay đổi từ loại vật liệu này sang loại vật liệu khác, chúng tôi không thể chỉ định một nhiệt độ nhựa chung, duy nhất sẽ tối ưu trong mọi trường hợp; những gì chúng ta có thể nói là, nếu nhiệt độ quá thấp, nhựa sẽ không thể hiện đủ tính lưu động và quá trình đúc khuôn sẽ không diễn ra chính xác, gây ra biến dạng hình dạng lớn trong các sản phẩm được tạo hình—trong khi, nếu nhiệt độ quá cao, vật liệu nhựa sẽ có thể xuống cấp, có thể kèm theo sự đổi màu và/hoặc phát thải khí.

Sự xuống cấp của nhựa trong quá trình đúc được thúc đẩy bởi sự hiện diện của độ ẩm, sự hiện diện của tạp chất (bao gồm cả các loại nhựa khác) và thời gian giữ lâu. Để tránh những rủi ro này đòi hỏi phải sử dụng khuôn đủ lớn và thiết lập các điều kiện phù hợp cho quá trình đúc.

Vì những lý do tương tự, nên sử dụng các đường dẫn tương đối lớn cho khuôn và thiết lập các đường thông hơi để thoát khí. Cũng lưu ý rằng chất giải phóng và chất bôi trơn được sử dụng trong khuôn có thể gây ra các vết nứt trên các vật đúc; để tránh điều này, hãy cho phép một gradient giải phóng thích hợp và hạn chế sử dụng các chất giải phóng ở số lượng nhỏ nhất có thể. Khi sử dụng chất giải phóng, vui lòng tham khảo Phần 11 (Khả năng kháng hóa chất) của sổ tay kỹ thuật. Đặc biệt đối với nhựa PPE đã biến tính, độ bám dính của bất kỳ loại dầu dư nào là nguyên nhân phổ biến gây ra sự hình thành vết nứt, vì vậy hãy cẩn thận để tránh sự bám dính của dầu cơ học trong các bước xử lý và chọn chất giải phóng, thuốc xịt và chất tẩy rửa có cân nhắc cẩn thận bất kỳ tác nhân không mong muốn nào. hậu quả.

Tóm lại, cần tuân thủ các hướng dẫn sau khi đúc nhựa PPE đã biến tính.

• Đưa vật liệu đúc vào quy trình sấy khô trong điều kiện thích hợp.
• Chọn khuôn phù hợp với khối lượng bắn được đề cập.
• Làm dẻo trong các điều kiện đã chọn để tránh các vùng cục bộ có nhiệt độ cao hoặc ứng suất cắt cao.
• Dành sự quan tâm đúng mức cho việc làm sạch và bảo trì khuôn mẫu; tránh những vùng có nhiệt độ cao bất thường, tạp chất còn sót lại và những vùng có thể tích tụ vật liệu dư thừa.
• Khi sử dụng vật liệu tái chế, hãy cẩn thận để đảm bảo sấy khô hoàn toàn và tránh nhiễm bẩn tạp chất.
• Cho phép độ dốc giải phóng thích hợp và giảm thiểu việc sử dụng các chất giải phóng.

* Vui lòng tham khảo các nguồn sau để biết những cân nhắc thực tế liên quan đến việc sử dụng dòng nhựa PPE cải tiến XYRON™ của Asahi Kasei.

→製品設計基準
​→ Các phần sau của sổ tay kỹ thuật: Phần 7 (Hướng dẫn thiết kế cho thân đúc), Phần 8 (Thiết kế khuôn), Phần 9 (Những cân nhắc thực tế cho quá trình đúc), Phần 10 (Xử lý thứ cấp) và Phần 11 (Khả năng kháng hóa chất )

→ Nền tảng của loạt bài Phân tích CAE, cụ thể Tập 4: Ép phun là gì?

6．Nhựa PPE biến tính và tính bền vững của môi trường

Như đã thảo luận ở trên, khả năng chịu nhiệt và kháng thủy phân tuyệt vời của PPE đảm bảo giảm thiểu sự suy giảm hiệu suất trong quá trình sử dụng sản phẩm, cũng như thay đổi tối thiểu về tính chất vật lý khi nghiền lại các mảnh vật liệu như mầm và đường dẫn. Những tính năng này cũng đảm bảo rằng hiệu suất của nhựa PPE tương đối dễ bảo quản thông qua tái chế và tái sử dụng.

Nói rộng ra, tồn tại hai chiến lược chung để tăng tính bền vững của nhựa PPE biến tính.

6-1. Sản xuất PPE từ sinh khối

Các thành phần của PPE, phenol và metanol thường được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, PPE cũng có thể được chế tạo phù hợp với sinh khối bằng cách sử dụng phenol và metanol có nguồn gốc từ các nguồn sinh khối.
Một chiến lược chung cho mục đích này là phương pháp cân bằng khối lượng. Phương pháp này được thúc đẩy bởi thực tế thực tế rằng các nhà máy được thiết kế để sản xuất các sản phẩm từ nhiên liệu hóa thạch không thể chuyển đổi dễ dàng hoặc nhanh chóng để sản xuất các sản phẩm từ 100% thành phần sinh khối. Thay vào đó, phương pháp cân bằng khối lượng trộn lẫn các thành phần nhiên liệu hóa thạch thông thường với một số tỷ lệ thành phần có nguồn gốc từ sinh khối trong quy trình sản xuất; các sản phẩm thu được sau đó có thể được chứng nhận là tuân thủ một phần sinh khối tùy thuộc vào tỷ lệ thành phần sinh khối được sử dụng để tạo ra chúng.

→ Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về những nỗ lực của Asahi Kasei trong việc sản xuất PPE từ sinh khối: Asahi Kasei Plastics Singapore đạt chứng nhận ISCC PLUS

6-2. Đối tác sản xuất nhựa cho hợp kim PPE biến tính—bao gồm polystyrene và polyamit—từ vật liệu tái chế và thành phần sinh khối

Một số loại nhựa mà PPE thường được hợp kim hóa, bao gồm polystyrene và polyamit, đã được làm từ các thành phần có nguồn gốc sinh khối hoặc từ vật liệu tái chế hoặc tái sử dụng. Trộn PPE với các vật liệu này sẽ tạo ra nhựa PPE biến tính nhằm giảm tác động đến môi trường.

→ Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về các loại nhựa PPE được cải tiến XYRON™ của Asahi Kasei tái chế

Cột: Kỹ thuật cải thiện sự pha trộn trong hợp kim polyme

Hợp kim polyme là một công cụ mạnh mẽ để đáp ứng nhiều nhu cầu vật liệu khác nhau nhưng không phải tất cả các sự kết hợp của vật liệu đều nhất thiết phải kết hợp tốt với nhau. Sự pha trộn không hoàn hảo của các đối tác hợp kim có thể có tác động trái ngược làm giảm hiệu suất vật liệu, đặc biệt là thông qua bong tróc và vỡ ở các bề mặt vật liệu.

Như đã lưu ý ở trên, PPE và polystyrene (PS) kết hợp với nhau cực kỳ tốt—trên thực tế, không có sự kết hợp vật liệu nào khác cho phép kết hợp tự nhiên như vậy. Mức độ dễ dàng trộn lẫn hai vật liệu có thể được đánh giá bằng cách sử dụng điểm chuẩn được gọi là giá trị sp; PPE và PS có giá trị sp gần giống nhau, cho thấy đặc tính hòa trộn tốt.

Tuy nhiên, những vật liệu không hòa trộn tốt với nhau một cách tự nhiên vẫn có thể được pha trộn thành công bằng cách thêm các chất tương thích—các chất được lựa chọn cẩn thận để có đặc tính hòa trộn tốt với từng vật liệu mà người ta muốn kết hợp. Như được minh họa trên Hình 4, do tác nhân tương hợp tương thích với cả vật liệu A và vật liệu B nên nó có thể được trộn vào một trong hai vật liệu để tăng sự dễ dàng khi trộn hai vật liệu với nhau.

Trong số các loại nhựa PPE biến tính, các chất tương thích được sử dụng để tạo điều kiện pha trộn trong sản xuất hợp kim PA+PPE và PP+PPE.

(Viết bởi Isao Sato, Văn phòng Kỹ thuật Isao Sato)

Asahi Kasei cam kết cung cấp một loạt các sản phẩm nhựa kỹ thuật đầy đủ—và khai thác chuyên môn công nghệ độc đáo của chúng tôi để cải thiện hiệu suất sản phẩm. Vui lòng liên hệ với chúng tôi để đặt bất kỳ câu hỏi nào, thảo luận về bất kỳ mối quan tâm nào và yêu cầu mẫu.