پلی فنیلین سولفید یا PPS

دسته: مقالات منتشر شده در 06 مهر 1398
نوشته شده توسط Admin بازدید: 2028

پلی فنیلین سولفید یا PPS: شرحی جامع از نوعی پلاستیک مقاوم در برابر گرما

پلی فنیلین سولفید یا PPS نوعی ترموپلاستیک مهندسی مقاوم در برابر گرماست که عملکرد خیلی خوبی دارد و به دلیل ترکیبی از خواص منحصر بفرد شناخته میشود. این خواص از کارکرد ماده در دمای بالا تا پایداری ابعادی و نارسانایی الکتریکی را شامل میشوند.

ولی چه چیزی باعث میشود تا این پلاستیک پرکاربرد در بخش های مختلف و برای تولید محصولات گوناگون استفاده شود؟ بخش های تشکیل دهنده ان کدامند؟ در این مقاله با پاسخ این پرسش ها اشنا خواهید شد.

 

پلی فنیلین سولفید یا PPS چیست؟

پلی فنیلین سولفید یا PPS نوعی ترموپلاستیک مهندسی مقاوم در برابر حرارت است که حالتی نیمه بلورین دارد. این ماده نوعی پلیمر سخت و کدر است و نقطه ذوب ان نیز 280 درجه سانتی گراد است. ماده یاد شده از زیر واحدهای پارافنیلین ساخته شده که در کنار پیوندهای سولفیدی قرار میگیرند.

پلی فنیلین سولفید یا PPS دارای خواص متفاوتی است مانند:

  • استحکام مکانیکی منحصربفرد
  • مقاومت در برابر حرارت بالا
  • پایداری ابعادی
  • مقاومت در برابر اشتعال ذاتی
  • مقاومت شیمیایی خوب
  • خواص نارسانایی الکتریکی مطلوب

همچنین این ماده را میتوان به سادگی فراوری کرد و سختی و استحکام ان در دماهای بالاتر افزایش می یابد.

تمام این موارد همانند سرمایه هایی برای پلی فنیلین سولفید یا PPS میباشند که ان را به جایگزینی ایده ال برای فلزات و ترموست ها برای تولید قطعات خودرو، لوازم جانبی، محصولات برقی و سایر موارد تبدیل میکنند.

تعدادی از تولید کنندگان اصلی پلی فنیلین سولفید یا PPSعبارتند از :

   »  Toray Resin Company - TORELINA®, TORAYCA® 
   »  RTP Company - RTP 1300 series
   »  Solvay - Ryton®, PrimoSpire®, Tribocomp®

 

پلی فنیلین سولفید یا PPSاز چه موادی ساخته شده است؟

اولین تولید تجاری پلی فنیلین سولفید یا PPS توسط Edmonds و Hill صورت گرفت و این کار زمانی صورت گرفت که انها درکمپانی Philips Petroleum با نام تجاری Ryton کار میکردند.

امروزه تمامی روندهای تجاری از نوع پیشرفته و توسعه یافته این متد استفاده میکنند. پلی فنیلین سولفید یا PPS از واکنش بین سدیم سولفید و دی کلروبنزین در یک حلال قطبی مانند N-methylpyrrolidone و در دمایی بالا مانند 250 درجه سانتی گراد یا 480 درجه فارنهایت شکل میگیرد.

در روند اصلی که توسط فیلپس توسعه یافته بود، محصول بدست امده وزن مولکولی کمی دارد و میتوان ان را بدین شکل برای پوشش دهی استفاده کرد. به منظور ایجاد درجاتی که امکان قالب گیری را داشته باشند، این ماده عمل اوری میشود (زنجیره های ان طولانی تر شده و یا اتصالات عرضی پیدا میکند). این در حالی است که ماده را در دمای نزدیک به دمای ذوب قرار داده و کمی هوا نیز در این واکنش مشارکت میکند. فرایند ایجاد پیوند های عرضی به این موارد منجر میشود:

  • افزایش وزن مولکولی
  • افزایش سختی
  • کاهش انحلال پذیری ماده
  • کاهش شارش ماده در وضعیت ذوب شده
  • کاهش حالت بلورین ماده
  • تیره شدن رنگ ماده (رنگی قهوه ای مانند انواع خطی این ماده رنگی غیر سفید دارند)

با گذشت زمان تغییراتی در روند های تولیدی بوجود امد تا مراحل عمل اوری  ماده حذف شود و استحکام مکانیکی ان افزایش یابد.

پلی فنیلین سولفید یا PPS نوعی ماده پلیمری غیر سفید و خطی بوده که وزن مولکولی و استحکام مکانیکی نسبتا پایینی دارد. زمانی که این ماده در معرض دمایی بالاتر از دمای گذار شیشه قرار گیرد (85 درجه سانتی گراد)، به سادگی بلورین و شفاف میشود. سه نوع اصلی پلی فنیلین سولفید یا PPS عبارتند از :

پلی فنیلین سولفید یا PPS خطی

  • وزن مولکولی این پلیمر تقریبا دو برابر وزن مولکولی نوع منظم است
  • افزایش طول زنجیره مولکولی منجر به سرسختی و استحکام ان در برابر کشیدگی و ضربه میشود.

پلی فنیلین سولفید یا PPS عمل اوری شده

  • این ماده از حرارت دهی به پلی فنیلین سولفید یا PPS منظم در حضور هوا بوجود می اید
  • عمل اوری منجر به افزایش طول زنجیره و ایجاد شاخه هایی در زنجیره های مولکولی، افزایش وزن مولکولی و ایجاد خواص مشابه خواص ترموست ها خواهد شد.

پلی فنیلین سولفید یا PPS شاخه دار شده

  • وزن مولکولی بالاتر در مقایسه با نوع منظم
  • پیکره اصلی مولکول گسترش یافته و  دارای شاخه های پلیمری بسط داده شده است
  • پلی فنیلین سولفید یا PPS شاخه دار شده دارای خواص مکانیکی بهتر، سرسختی و شکل پذیری بهتر میباشد.

 

خواص اصلی پلی فنیلین سولفید یا PPS کدامند؟

در بخش قبلی به خواص کلی و عمومی این ماده پرداختیم. بهتر است بدانید که پلی فنیلین سولفید یا PPS دارای خواص دیگری نیز میباشد که بهتر است قبل از به کارگیری ان برای تولید محصول ویژه ای ، با انها اشنا شویم. در این بخش به خواص این ماده با ذکر جزییات می پردازیم:

ساختار بلورین و خواص فیزیکی

پلی فنیلین سولفید یا PPS نوعی پلیمر نیمه بلورین است

  • گرمای ذوب یا گداز برای یک پلی فنیلین سولفید یا PPS ایده ال 112 J/g است
  • با توجه به تاریخچه گرمایی ماده، وزن مولکولی و وضعیت پیوندهای عرضی (خطی یا غیر خطی) میزان حالت بلورین بین 0.3 تا 0.45 درصد متفاوت خواهد بود.
  • میتوان نوع بی شکل این ماده را که دارای پیوندهای عرضی است، را با روش های زیر اماده سازی کرد:
  1. حرارت دهی به ماده بیش از دمای ذوب
  2. سرد کردن ماده تا 30 درجه سانتی گراد زیر دمای ذوب
  3. قرار دهی ماده به مدت چندین ساعت در معرض هوا

پایداری ابعادی

پلی فنیلین سولفید یا PPS ماده‌ای ایده ال برای تولید بخش های پیچیده است که به تحمل بالایی نیاز دارند. این پلیمر حتی زمانی که در معرض دمای بالا  یا رطوبت خیلی زیاد قرار میگیرد، پایداری ابعادی خود را حفظ میکند.

خواص الکتریکی

پلی فنیلین سولفید یا PPS عایق خیلی خوبی در برابر الکتریسیته میباشد. مقاومت خیلی بالا و مقاومت عایقی هر دو پس از قرار گیری در محیط های خیلی مرطوب، حفظ میشوند. همچنین این ماده حساسیت کمتری به اکسیژن دارد و میتوان ان را به راحتی به گونه ای تغییر داد که رسانا شود.

خواص گرمایی و مقاومت در برابر اتش

پلی فنیلین سولفید یا PPS نوعی پلیمر با خواص ویژه است که تحمل بالایی در برابر حرارت دارد. بیشتر ترکیبات این ماده استاندارد UL94V-0 را بدون وجود مواد ضد اشتعال پاس میکنند. این ماده میتواند به مدتی کوتاه تا  دمای 260 درجه سانتی گراد را تحمل کند و پایداری طولانی مدتی برای دماهای زیر 200 درجه سانتی گراد دارد.

خواص مکانیکی

این ماده دارای استحکام خوبی بوده، قوی میباشد و تنزل خواصی کمی پیدا میکند، حتی در صورتی که در معرض دمای بالا و یا درشرایط خاص قرار گیرد. همچنین مقاومت ان در برابر خستگی و خزش هم بالاست.

خواص شیمیایی

پلی فنیلین سولفید یا PPS خواص شیمیایی مطلوبی دارد و در صورتی که عمل اوری شود، الکل، کتونها، ترکیبات الیفاتیک کلرین شده، استرها، امونیای مایع و سایر موارد نمیتوانند بر ان اثر گذارند. اگرچه این ماده در برابر HCl مایع و نیتریک اسید و سولفوریک اسید حساس میباشد ولی مایعات اثری بر ان ندارند و به خوبی با شرایط هوایی متفاوت سازگار میشود.

هرچند میزان کشیدگی این ماده کمتر بوده و هزینه تولید بیشتری هم دارد. علاوه بر ان پلی فنیلین سولفید یا PPS ماده ای نسبتا شکننده است. امروزه این ماده به فرم ها و اشکال مختلفی در دسترس است مانند حالت ترکیبی، فیبر، رشته، فیلم و پوششی.

 

چگونه از خواص پلی فنیلین سولفید یا PPS به صورت بهینه ای بهره ببریم؟

ترکیبات متفاوتی از پلی فنیلین سولفید یا PPS در بازار وجود دارد. از انجایی که این پلیمر قدرت و استحکام شیمیایی خوبی دارد، میتوان از انواعی از فیلرها و مواد تقویت کننده و ترکیبات در کنار این مواد استفاده نمود.

رزین این ماده را معمولا با عوامل تقویت کننده گوناگونی مستحکم میکنند و یا انها را با سایر ترموپلاستیکها ترکیب میکنند تا خواص مکانیکی و گرمایی ان را بهبود بخشند. این ماده بیشتر در ترکیب با فایبر گلاس، کربن فیبر و پلی تترافلوئورواتیلن استفاده میشود.

درجات مختلفی از این مواد وجود دارند که از ان جمله میتوان به این موارد اشاره کرد:

  • پر نشده به صورت طبیعی
  • پر شده  به میزان سی تا چهل درصد با شیشه
  • درجات رسانا و غیر پویا

اگرچه، انواع  PPS-GF40 و PPS-GF MD 65 در بازار به عنوان ترکیبات استاندارد در نظر گرفته شده اند. این دو مورد سهم بزرگی از بازار را به خود اختصاص داده اند.

خواص مکانیکی درجات تقویت شده  با درجات خالص تفاوت زیادی دارند.

به طور کلی از انواع خالص این پلیمر جهت تولید فیلم و فیبر استفاده میشود و این در حالی است که انواع تقویت شده و یا پر شده برای مصارف مختلفی استفاده میشوند به خصوص محیط هایی که  دارای شرایط دمایی و شیمیایی خاصی میباشند.

میتوان ترکیبات نانوی پلی فنیلین سولفید محور را با استفاده از فیلرهای نانوی کربنی و یا ذرات نانوی غیر ارگانیک تهیه کرد. از انجایی که این ماده در حلالهای ارگانیک حل نمیشود، بیشتر انواع ترکیبات نانوی پلی فنیلین سولفید با رویکرد ترکیب-ذوب تولید شده اند. یکی از دلایل اصلی اضافه نمودن نانوفیلرها به این مواد، بهبود خواص فیزیکی انهاست تا بتوانند پاسخ گوی نیازمندی های ویژه محصولات خاص باشند.

سایر افزودنی هایی که به منظور تغییر خواص این ماده به کار برده میشوند عبارتند از :

  • برای کاهش شارش ذوب و افزایش میزان چسبندگی از افزودنی هایی مانند ماده قلیایی متال سیلیکات، آمینو اسید، الیگومر سیلیل اتر استفاده میشود
  • در صورتی که در طی بسپارش، کلسیم کلراید به این ماده اضافه شود، وزن مولکولی آن افزایش پیدا میکند
  • وجود هم بسپارهای بلوکی در واکنش اولیه نیز میتواند منجر به بهبود مقاومت ماده در برابر ضربه شود.
  • استرهای سولفونیک اسید به همراه عاملهای هسته زا میتوانند حالت بلورین ماده را افزایش دهند