聚苯乙烯的应用和加工
时间：2014-01-23 阅读：2331
聚苯乙烯（PS）是一种热塑性树脂，由于其价格低廉且易加工成型，因此得以广泛应用。聚苯乙烯有均聚物（透明粒料）或增韧接枝共聚物或与弹性体的共混体（抗冲击聚苯乙烯IPS）形式。聚苯乙烯共聚物在物理性能和热性能上比均聚物有所提高。这几类聚苯乙烯有多种品级，如标准IPS和标准透明品级、抗环境应力开裂品级（ESCR）、耐紫外线级。阻燃级、耐磨级、制轻质制件的高挠性品级、可发泡品级、超初级以及低残余挥发分品级等。聚苯乙烯树脂用于制造日常生活中的一次性餐具、汽车部件、包装材料、玩具、建筑材料、电器和家庭用品等。
化学和性能
透明PS粒料它是通过苯乙烯单体的加成聚合反应得到的无定形聚合物。无色、透明，光学性能*，并有高刚性。性脆易裂、经过双轴拉伸后才较柔软和有韧性，透明PS的代表性能如下：
密度1．05g／cm3
拉伸强度48．3MPa．
弯曲强度82．7MPa．
典型收缩率0．0045in/in
热膨胀系数5—8X10-5in／（in·°c）
伸长率2—3％
维卡软化点225°F
聚苯乙烯本身耐y射线，因此y线照射灭菌对制品性能没有影响。聚苯乙烯溶于芳香族溶剂和某些酮类，能溶解于甲基乙基酮。透明PS颗粒的熔体指数范围是1—25g／10min或高于25g／10min。它有耐热高的品级（维卡软化点达223°F），也有残余单体含量低的品级。
抗冲击PS它是苯乙烯单体与橡胶接枝聚合生成的无定形聚合物，或是聚苯乙烯与橡胶（通常为聚丁二烯橡胶）的物理共混物。所生成的聚合物具有韧性，通常为白色（也有透明的品级），挤出和成型非常容易。它的韧性主要决定于橡胶组分的比率和使用量。因此，抗冲击PS的性能变化较大，一般将其分成三类：中等冲击强度级（悬臂梁冲击强度＜1．5ft.lb＝、高冲击强度级（悬臂梁冲击强度为1．5～2．4ft.lb和超高冲击强度级（悬臂梁冲击强度为2．6—5．0ft./lb）。抗冲击PS的代表性能为：弯曲强度和拉伸强度为13．8～48．3MPa（随橡胶和添加剂含量不同而不同）；伸长率10—60％；光泽度5一100％。目视透明度从至较差，收缩率约为0．006in／in，热膨胀系数与透明PS相同。抗冲击PS受γ一射线灭菌照射后性能无变化，与透明PS具有同样的耐溶剂性。抗冲击PS的熔体指数为1～10g/min，维卡软化点为215°F。具有增强性能的抗冲击级聚苯乙烯的商业化生产有广泛的市场前景。已有的一些特殊品级包括：超高光泽度级、高透明级、耐磨级、抗环境应力一开裂级（ESCR）、高模量级、低光泽级、残余单体苯乙烯含量低的品级（1500ppm以下）以及低温抗冲击良好的品级。
聚苯乙烯共聚物它们的韧度非常好。主要品种有：苯乙烯一丙烯睛共聚物（SAN）、苯乙烯一马来酸酥共聚物（SMA）、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯共聚物（SBS）、苯乙烯和丙烯酸酯共聚物，以及以它们为基材的改性体。SAN的热变形温度比透明PS高，其耐溶剂性也有改进，具有优异的抗渗透性。橡胶改性的SAN有丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物（ABS）和丙烯睛．苯乙烯一丙烯酸酯共聚物（ASA）等树脂。S－MA的热变形温度比透明体PS更高，可达40°F，它有优良的透明性和光泽度。SMA可用橡胶改性或采用玻璃纤维增强。SBS和SBS的各种改性体可作为改善抗冲击性、柔性和流动性的组分用于生产具有粘性和抗弯曲的产品如胶泥、鞋底、沥青毡等，SBS还用于生产透明抗冲击PS。苯乙烯可与丙烯酸酯弹性体共聚生成具有优良物理性能的透明级抗冲击PS。
可发性聚苯乙烯（EPS）用于制造从茶杯到家用绝缘绝热材料等。泡沫塑料的性能（如密度和抗冲击强度）取决于泡孔的大小和分布，这二个因素是由所加入的发泡剂的分散率、百分含量和挥发性来控制的，代表性的发泡剂是戊烷和异戊烷。阻燃级发泡聚苯乙烯以卤代烃作为阻燃剂，广泛用作建筑物隔音绝热层和工程上使用。可发泡剂SAN已被用于制造漂浮制品和其它耐汽油制品.
制法
目前制造聚苯乙烯有几种方法。zui早工业化生产的方法之一是用悬浮聚合制取透明PS和用本体、悬浮聚合制取抗冲击PS。苯乙烯单体与几乎与其等体积的水混合，并加入表面活性剂，搅拌使苯乙烯单体成为悬浮状液滴，zui后聚合成硬的珠粒。反应中需加入引发剂加速和终止反应。zui后制成的聚苯乙烯珠粒再经挤出成为粒料。
可发性聚苯乙烯的制法与上述相同，但在用浸渍法制取浸润珠粒过程中要加入发泡剂（一般为戊烷）。抗冲击聚苯乙烯的制法是：将橡胶溶解在苯乙烯中，进行本体聚合（使苯乙烯与PS在低于相转变点时反应，加入水和表面活性剂使之成为悬浮液，加入弓没剂终止反应，然后对珠粒进行干燥、挤出切粒。目前生产上大都采用连续法本体聚合，在这一生产过程中，苯乙烯（制透明PS粒料）或苯乙烯一橡胶溶液（制抗冲击PS）在达到*转化率之前要经过连续性反应，然后汽提除掉未反应的组分，进行造粒。
加工
目前透明PS和抗冲击PS多采用挤塑、热成型和注塑成型等加工方法。许多产品也采用吹塑成型和滚塑成型方法。
挤塑大部分透明PS和抗冲击PS采用挤塑成型方法，其中大多数用于生产片材。片材本身是可出售的，也被生产厂自己用来热成型加工。从建筑材料到波纹板等多种型材制品都可用透明PS和抗冲击PS挤塑成型。非发泡制品的挤塑成型一般使用温度从380°F（喂料段）到430—460°F（挤出段）的二段式排气挤出机。新型的挤塑成型设备，如旋转挤塑机，已有应用。
透明PS和抗冲击PS具有不吸水性，所以在挤塑成型前不需干燥。但如果喂料口温度过低，或粒料贮存中表面带有水分，以及排气孔被堵塞时，那么湿气就成为问题。
共挤塑这是一种发展迅速的加工工艺，采用这种加工成型方法可制造由同一种或不同塑料互相贴合的层合制品。透明PS层在上、抗冲击PS为下层的共挤塑成型制品不需粘合剂粘接。而有的分层结构，如抗冲击PS上覆以聚烯烃类塑料的共挤塑制品需要涂粘合剂进行粘接。
在热成型操作中，掺用回收料的比率为30～80％，有的塑料可通过挤塑机7次或更多次反复进料，透明PS和抗冲击PS可以被多次挤出，其性能不发生显著下降。但如果掺用了稳定性不好的塑料，即使掺用量很小，也会引起性能的显著下降。
热成型通常分为4种操作：传统的一般成型、旋转工位成型、串联连续热成型和辊喂料连续成型。厚的片材用对流加热炉加热、薄片用辐射炉加热使之软化达到成型温度。成型工艺对片材质量的要求非常高，所以在挤塑过程中必须当心。
注塑成型目前来说，透明PS和抗冲击PS是一类可制得尺寸稳定性。生产周期zui短的塑料而成本比较低，因此十分适于许多注塑成型制品。机筒温度一般为390～500°F。为缩短生产周期、改善产品质量，具有超快注射和回复速率的注塑成型系统已面世。加工厂使用的模具有多种，包括热流道系统及各种形式的浇口设计。
泡沫成型和挤塑透明PS和抗冲击PS进行泡沫成型和挤塑时要使用不同的发泡剂，如戊烷、氮气、化学发泡剂（CBA）和氟利昂等。添加剂成分根据用途可达10种以上，也可以不加。
可发性聚苯乙烯的成型分二段：先将聚苯乙烯粒料预发泡使之成为预发体。预发体通常要进行熟化，以使空气逐步渗入泡孔并将泡孔中的发泡剂和水置换出来。然后将熟化后的预发泡珠粒送至设有蒸汽通道的模具内进行热成型，zui后得到产品。用此方法可生产薄壁制品（杯于）或2ft*16ft*4ft的泡沫块，再切成4ft*8ft*1（或＞1）in的板条，可用于绝缘绝热。可发性聚苯乙烯的密度可以在小于1ib／ft3到大于6lb／ft3范围内变化。
应用
挤塑成型是透明PS和可发性PS的主要加工方法，可制造异型部件或片材，产品可直接使用，也可再经热成型制成其它产品。透明PS挤出成型产品有照明灯漫射罩、玻璃，或双轴定向后制造点心盘。机壳透明窗及泡形包装。这些产品有*的透明度，透明PS可发泡制造快餐包装用餐盒、鸡蛋箱、盘、碗、茶杯和托盘。泡沫聚苯乙烯片材被用作建筑物板条和隔音隔热材料，也可与某些橡胶共混制造高透明度和抗冲击性好的产品。为提高片材和zui终产品的光泽，可用共挤塑成型方法将透明PS作覆盖层与抗冲击PS共挤塑。有单层片材产品，可共挤塑成多达9层以上，但常见的片材在4层以下。
挤塑／热成型的产品有一次性用品，如日常生活及超市所见的杯、盘、盖、多用途或单一用途的食物容器，以及医疗和餐馆用盘具、包装材料和许多其它用品。采用共挤塑成型的产品性能可得到改善，如抗环境应力开裂性（ESCR）、抗渗透性、表观质量、物理性能等有提高。聚烯烃覆于PS上的共挤塑产品已商业化生产，其抗环境应力开裂性能和水蒸汽透过率都成功地得以提高。
聚苯乙烯注塑成型也是应用很广的一种加工方法。透明PS和抗冲击PS注塑成型用于制造电器、玩具、家庭用品、医疗用品、饮食服务用品、包装材料。仪器仪表和办公用具等。透明PS可加工成型为办公用品、光盘存放盒、大口杯、陈列柜、刀具和玩具等，抗冲击PS的注塑成型产品有玩具、医疗用品、电器设备零件及外壳等多种用品。许多电器产品需采用阻燃级抗冲击PS。注吹塑和挤坯吹塑成型可生产药瓶和其它瓶子、家庭用保装箱和装饰材料等。
可发性聚苯乙烯的成型制品有杯子、冰箱、传统包装及漂浮救生用具等。阻燃级可发泡聚苯乙烯zui大的应用领域是作建筑材料和绝热隔音材料。可发性聚苯乙烯的预发体可用来制造粒状物填充的软垫椅和松散的填充料。