2.4　热塑性树脂

2.4.1　聚醚醚酮

聚醚醚酮，英文名称为Polyether ether ketone（PEEK），为线性芳香族热塑性塑料，结构如图2-15所示。

聚醚醚酮是芳香醚酮的典型化合物。1962年，美国杜邦公司的Bonner以及1964年英国帝国化学公司的Goodman分别报道了通过亲电取代反应路线可以合成聚芳醚酮，但所得到的聚芳醚酮分子量比较低，主要原因是获得的聚芳醚酮的结晶度较高，以至于它在大多数溶剂中不能溶解，在尚未形成高分子量聚合物之前就从反应体系中沉淀出来。

英国帝国化学公司开发了通过亲核取代反应路线合成聚芳醚酮的工艺技术，并取得突破性进展。1977年，英国帝国化学公司首先开始研究聚芳醚酮的重要品种——聚醚醚酮，1980年开始在市场销售，1982年聚醚醚酮的产量达到1000t。1982年，日本的住友化学公司和英国帝国化学公司在日本的分公司也开始销售聚醚醚酮。

PEEK是半结晶聚合物，当从熔融状态缓慢冷却时最大结晶度为48％。在正常的冷却速率下聚醚醚酮的结晶度在30％～35％之间。加入纤维组成聚醚醚酮基复合材料时结晶度趋向于增大，这是由于纤维充当了成核剂，有利于结晶。结晶度的提高可以增加PEEK的模量和屈服强度，但是降低了断裂应变，

PEEK的玻璃化转变温度为143℃，熔点为335℃。PEEK的熔融温度范围为370～400℃。连续使用最高温度为250℃。

PEEK的优异性能是其具有高的断裂强度，是环氧树脂的50～100倍。PEEK的另外一个优点就是吸水率低，在23℃时只有0.5％，而环氧树脂吸水率为4％～5％。作为一个半结晶材料PEEK不溶于一般溶剂，但可以吸收二氯甲烷并且随着结晶度的提高吸收溶剂的量降低。

2.4.2　聚苯硫醚

聚苯硫醚英文名称为polyphenylene sulfide（PPS），全称是聚次苯基硫醚，是分子主链上苯基和硫基交替连接而成的高刚性结晶型聚合物，属于特种工程塑料，其结构式如图2-16所示。

PPS通常结晶度为65％，玻璃化转变温度为85℃，熔点为285℃。PPS相对较低的玻璃化温度是由于硫在芳环之间的连接使得其柔性较好，苯环提供刚性，分子主链刚柔兼具。聚苯硫醚耐热性能优良，熔融共混要求温度为300～345℃，可以在240℃下长期使用；表面硬度高，阻燃性能好，耐蠕变耐疲劳性能优异；在170℃下不溶于所有的溶剂，是一种比较理想的仅次于聚四氟乙烯的防腐材料。

PPS力学性能不高，其抗拉强度、弯曲强度属于中等水平，冲击强度也很低，因此通常用高性能纤维增强其力学性能。PPS的刚性很高，未经过改性的PPS其弯曲模量达3.87GPa，经过高性能纤维增强后可以显著提高其模量，并且在长期负荷和热环境下使用。

2.4.3　聚砜

聚砜polysulfone（PSU）是一种线性热塑性塑料，其结构式如图2-17所示。

聚砜的玻璃化转变温度为185℃，可以在160℃下连续使用。共混温度在310～410℃之间，在湿热条件下具有优异的水解稳定性。尽管聚砜具有很好的耐无机酸、碱、盐稳定性，但是会引起膨胀、应力开裂。可以溶于部分有机溶剂，如酮类、含氯烃类、芳香烃类等。聚砜还具有优良的电性能，即使在水中、高湿或190℃的高温下，仍可保持较高的介电性能。

2.4.4　热塑性聚酰亚胺

热塑性聚酰亚胺的英文名称为polyimide（PI），是由聚酰胺酸和乙醇缩聚而成的一种线性聚合物。使用不同化学结构的聚酰胺酸和乙醇，可以合成多种聚酰亚胺。热塑性聚酰亚胺通常具有高的熔融黏度，所以加工温度较高。由于其热塑性的特点，其材料可以在加工后重新利用。

聚醚酰亚胺polyetherimide（PEI）和聚酰胺酰亚胺polyamide-imide（PAI）是两种可熔融加工的热塑性聚酰亚胺。两者都是非晶态聚合物，并且具有较高的玻璃化转变温度，其中PEI为217℃，PAI位280℃。两者的加工温度都要在350℃以上，在成型过程中不发生化学交联，可以反复加工，可以在-180～230℃条件下长期使用。

两者的化学结构式如图2-18、图2-19所示。

LARC-TPI（lLangley Research Center Thermoplastic Imide）也是较常见的热塑性聚酰亚胺。其预聚物可溶于适当的溶剂。因其溶液黏度较低，可用于湿法制备预浸料。LARC-TPI结构式如图2-20所示。

LARC-TPI的玻璃化转变温度为265℃，属于非晶态聚合物，并且具有优异的耐热耐溶剂性能。由于其分子链没有交联，所以不像热固性聚合物那样易碎。经过亚胺化反应过后仍有较好的热加工变形能力，通过加热到玻璃化转变温度可以像传统热塑性材料一样加工成各种形状。