​PPS改性热点应用方向

聚苯硫醚PPS的分子结构由苯环与硫原子交互排列，构型整齐，易形成热稳定性较高的结晶结构。同时，其分子结构使 PPS材料具有了高度稳定的化学键特性，苯环结构使PPS具有较大的刚性，而硫醚键(-S-)则提供了一定的柔顺性。

       

独特的分子结构使PPS材料具有很多优于其它工程塑料的性能，例如PPS材料的刚性较高，纯PPS的弯曲模量为3.8GPa，增强改性后可以达到12.6GPa。其耐热性能优异，短期耐热可以达到 260℃，且能在200~240℃下长期使用。PPS的介电常数及介电损耗角正切值均较低，并且在较大的频率和温度范围内变化较小。另外，其还具有吸水率较低，阻燃性较好，耐化学腐蚀性较好等特性。

PPS材料在力学性能、耐热、阻燃及电学性能等方面综合优势突出，改性PPS材料在电子、精密仪器、汽车、国防、石油化工等领域均有广泛应用，特别是在近几年热门的新能源及5G通讯领域，更利于发挥PPS材料的优势。

在汽车领域，经过增强改性后的PPS材料具有轻质高强的特性，能够替代金属材料，在减轻汽车零部件重量的同时，还能降低采购成本。另外，由于其绝缘耐高温的特性，在汽车的电气系统、发动机组件等系统，共计上百种零件中均有应用。近几年，随着新能源汽车的发展，PPS材料在汽车领域的应用得到进一步扩展，尤其是在新能源汽车的动力电池模组中，主要应用于电池支架、绝缘盖板、锂电池隔膜等领域。

       

另外，PPS材料的介电常数较低，且在较大的频率和温度范围内差异较小，而5G通讯为了提高数据传输速度，采用了极高频的毫米波波段，导致其在传播过程中的衰减较大，因此，为了保证信号传输速度，减少信号损失，介电性能优异的PPS材料具有较大应用价值。PPS 材料应用主要包括5G通讯设备，数据通讯等智能终端，以及5G衍生行业，如智慧生态物联网、车联网等领域。

       

• PPS 材料在新能源及5G通讯领域的研究进展

1 增强增韧改性

 

PPS虽然具有众多优异的性能，但是其脆性较大，冲击性能较差，因此，PPS材料通常需要经过改性后进行使用。改性方法主要包括热交联改性及与其它组分共混改性，具体改性体系包括无机粒子填充、玻纤/碳纤增强、合金共混改性、弹性体增韧等。

关于纤维增强PPS材料的研究较多，其增强机理主要包括2方面: (1) 纤维体系能承载部分载荷，从而避免应力集中; (2)其能吸收冲击时产生的部分能量，避免已经形成的裂纹进一步扩散。

将不同工程塑料进行共混改性，实现性能互补，也是改性方法之一。如聚亚苯基砜/聚苯硫醚共混物体系，改善了聚亚苯基砜吸水率较高、耐溶剂性较差及PPS抗冲击性能较差的缺陷，实现了互相补充和完善。

       弹性体增韧塑料

弹性体材料的抗冲击性能较好，与PPS材料复合后，当材料受到外力冲击时，作为应力集中点，引发大量银纹，吸收了大量能量，使复合材料的冲击性能显著提升。研究结果表明，添加POE-g-MAH增韧体系后，MAH基团能增强其与PPS及玻纤的界面作用，从而更加有效地吸收冲击能量。当质量分数为6%时，复合材料的缺口冲击强度提升25%，是PPS/GF体系的高效增韧改性剂。

2 导热改性

PPS作为高分子材料，与金属材料及无机非金属材料相比，其导热性能较低，导热系数普遍低于0.5W/(m·K)。为了满足特定的应用场景，如新能源汽车动力电池及5G通讯在高频工作环境下散热，需要对PPS材料进行导热改性。

目前，改性方法主要包括采用金属填料及无机材料进行填充，其中，金属填料对于导热性能的提升显著，但降低了绝缘性能，不适用于需要散热绝缘的场合。无机填料主要包括氧化物、氮化物、碳化物、无机碳材料等。

       

对填充型导热绝缘复合材料而言，其导热性能主要依赖于聚合物基体和填料之间的协同作用。随填料含量增加，导热粒子相互接触，在基体内部形成导热网链，传递热量，实现提升复合材料的导热性能。复合材料的导热性能则主要取决于填料的导热性，同时也受填料形状、种类、粒径尺寸、组分构成等因素的影响。

氧化物及氮化物，如氮化硼、氮化铝、氧化铝、氧化镁等，导热性能均较好。采用氧化镁对PPS材料进行导热改性，氧化镁填料含量增加到一定程度，能形成有效的导热网链，导热系数变化明显，最高可以达到1.61 W/(m·K)。

       氮化硼粉末

氮化物相对而言，是一种更高效的导热填料，通过先制备BN/PPS核壳结构的复合颗粒，再进行热压工艺，可以得到具有三维相分离结构的复合材料。当体系氮化硼含量为40%时，制备的复合材料的导热率可以达到 4.15 W/(m·K)，与共混方法制备的BN/PPS为2.45W/(m·K)相比，热导率提高了1.69倍。二维的BN微片在PPS基体中形成了有效的三维导通网络结构，热流能够沿着该通道顺利传输，提高了其导热性能。

碳材料，如石墨烯、碳纳米管等，也是一种高效的无机导热填料。Gu等对石墨烯进行处理，然后将其与PPS混合，当功能化石墨烯含量较低时，PPS复合材料的导热性能明显提升。当其体积分数为29.3% 时，改性石墨烯在PPS基体中形成了较好的导热网链，复合材料导热系数最高能达到4. 414 W/(m·K) 。

       

碳纤维在微观上是乱层石墨结构，且单层石墨结构主要沿长丝方向排布，因此，在长丝方向具有较好的导热性能，作为导热填料时，既可在一定程度上改善导热通路，也能起到增强作用。以PPS材料为基体，以中间相沥青基碳纤维为增强材料，当碳纤维含量为20%时，导热率达最高为1.88 W/(m·K)。

3 低介电改性

常规PPS材料的介电常数一般在3.4~3.5，应用于5G通讯等设备时，为提高传输效率，降低损耗，需要对介电性能进一步改进。目前改性的方法主要包括合金共混改性，低介电填料改性，以及通过特殊生产工艺改变材料的微观拓扑结构与形态。

合金共混改性及低介电填料改性主要是通过加入低介电组分，降低复合体系的介电常数。采用液晶聚合物(LCP)和PPS合金共混，同时添加了增韧相容剂，改善两者的相容性。制备的复合材料兼具LCP和PPS材料的优良性能，并且在1MHz时，合金体系的介电常数最优可以达到2.5。

       

另外，通过添加介电常数较低的填料，如空心玻璃微珠及低介电玻纤等，也能有效降低PPS复合材料介电常数，在挤出成型后能够将PPS介电常数降低到3以下，同时在－40~120℃ 范围内表现较稳定。将低介电无机填料进行表面偶联化处理后，可以进一步改善复合材料的强度及介电性能，制备得到的低介电PPS复合材料具有力学性能较高，电气绝缘性能稳定，加工工艺简便等特点。

       空心玻璃微珠

改变材料微观拓扑结构主要是通过添加发泡体系或使用微发泡工艺，在材料中引入泡孔结构，提高材料的孔隙率，从而达到降低材料介电常数的目的。在PPS/PES和PPS/PEEK共混物体系中，微孔发泡后，共混物的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度均增大，介电常数降低。且研究表明，纳米孔与微孔材料相比，具有更优异的力学性能，但是对介电性能影响较小。

4 复合膜改性

锂离子电池隔膜是锂离子电池的核心部分，主要作用是将锂电池的正负极分隔开，防止两极接触，发生短路，仅允许电解质离子通过。目前，使用较多的是聚烯烃材料隔膜，但是其电解液浸润性及热稳定性较差，在高温时有明显的收缩熔融现 象。

PPS材料具有良好的热稳定性及耐化学腐蚀性，适用于对电池性能要求较高的3C及新能源汽车产业，目前改性方法主要包括对PPS隔膜表面涂覆制备复合隔膜，以及原位复合技术。

      

通过非织造方法将纤维进行随机排列，形成纤网结构，但制成的无纺布孔径较大且分布不均匀，需要通过化学或物理方法进行加固成膜，改善无纺布隔膜的透气率和吸液率。王罗新等将对位芳纶纳米纤维悬浮分散液涂覆在熔喷PPS无纺布基膜上，然后进行干燥及热轧处理，得到一种熔喷PPS无纺布/对位芳纶纳米纤维复合隔膜，薄膜孔径最低可以达到0.1μm，有效解决了无纺布隔膜的孔径较大及分布不均匀的问题，且能保证隔膜的热稳定性、离子导电性能及亲液性能。

结合产业化开发的成本等因素，在该基础上进行了改性，以PPS无纺布为支撑材料，聚乙烯基硅氧烷(PVS)为涂覆材料，通过物理涂覆及干燥、热压处理，制备了PVS/PPS无纺布复合锂离子电池隔膜，与传统的聚烯烃隔膜相比，虽然厚度增加，但是仍具有良好的浸润性能，较发达的微孔结构，且比聚烯烃隔膜的放电比容量更高。

原位复合隔膜中的有机相能包裹住陶瓷颗粒及纤维，解决了涂层在表面脱落的问题，同时能够形成均一的开放式孔洞结构，但是由于团聚问题，填料的用量受到了限制。通过将PPS溶解于高沸点溶剂中，配制成均相溶液，然后利用流延机挤出并激冷，得到孔中含有高沸点溶剂的固体PPS多孔膜，再利用低沸点溶剂将PPS多孔膜中的高沸点溶剂浸出，烘干，对烘干的薄膜进行单向或者双向拉伸，热定型，冷却后得到了聚苯硫醚隔膜，熔点较高、破膜温度高、阻燃性好、厚度较薄，并且提高了锂离子电池的安全性。

在改性过程中，界面问题、轻质填料复合工艺及填料相应技术存在缺陷等均是制约PPS改性材料性能提升的重要因素，因此，提高PPS材料与其它组分间的相容性，升级优化材料及工艺，进行更多以应用为出发点的研究显得尤为重要。随着新能源及5G通讯的深入发展，PPS 材料也将迎来一个更广阔的发展空间。

参考资料：聚苯硫醚复合材料的应用及进展，互联网资料等。

原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：​PPS改性热点应用方向