Die Molekülstruktur von PPS besteht aus untereinander angeordneten Benzolringen und Schwefelatomen, die Konfiguration ist geordnet, leicht zu bilden und eine hohe thermische Stabilität der Kristallstruktur. Gleichzeitig weist die Molekülstruktur des PPS-Materials äußerst stabile chemische Bindungseigenschaften auf, die Benzolringstruktur macht PPS steifer und die Schwefeletherbindung (-S-) sorgt für ein gewisses Maß an Flexibilität.

PPS selbst weist eine gute Hitzebeständigkeit, Flammhemmung und chemische Beständigkeit auf und sollte ein vielversprechendes Material sein, aber bei reinem PPS gibt es einige Probleme:

Unmodifiziertes PPS weist einige unvermeidbare Mängel auf:

Schwierige Verarbeitung: Dies ist der größte Schwachpunkt aller hochtemperaturbeständigen Materialien – hohe Verarbeitungstemperaturen stellen unabhängig vom Formungsprozess oder dem Energieverbrauch der Verarbeitung große Herausforderungen dar. Darüber hinaus neigt PPS immer noch zur thermischen Oxidationsvernetzung im Schmelzprozess, was zu einer verringerten Fließfähigkeit führt und die Verarbeitungsschwierigkeiten weiter verbessert;

Schlechte Zähigkeit: Die PPS-Molekülkette ist starr, die maximale Kristallinität beträgt bis zu 70 %, die Dehnung ist gering und die Schweißfestigkeit ist nicht so gut. Dadurch ist die Schlagzähigkeit von unmodifiziertem PPS schlecht, was den Anwendungsbereich einschränkt.

Hohe Kosten: Im Vergleich zu PPS-Rohstoffen und allgemeinen technischen Kunststoffen ist der Preis etwa ein bis zwei Mal höher, und einige modifizierte Materialien weisen im Vergleich niedrige Kosten auf.

Beschichten schwierig: Chemikalienbeständigkeit, mittlere Beständigkeit ist ebenfalls ein zweischneidiges Schwert, PPS-Oberflächenbeschichtung und Färbeleistung sind nicht ideal. Obwohl dies im Moment kein großes Problem darstellt, ist es doch ein begrenzender Faktor.

Unmodifiziertes PPS ist schwierig anzuwenden. Wenn es also geändert werden soll, in welche Richtung sollte geändert werden?

In den letzten Jahren, mit der Popularität von 5G und Elektrofahrzeugen, hat die Anwendung modifizierter PPS ständig zugenommen, wie z. B. Batteriehalterung, Abdeckplatte, Lithiumbatteriemembran, 5G-Kommunikationsausrüstung, intelligentes Terminal und so weiter.

Stärken und abhärten

PPS besteht derzeit hauptsächlich aus Faserfüllung und Legierung, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

Neben der üblichen Glasfaserverstärkung sind auch Kohlefasern, Aramidfasern und andere Füllstoffe nach und nach beliebte Modifikationssysteme.

Geringe dielektrische Modifikation

Um die dielektrischen Eigenschaften von Materialien zu verbessern, wird derzeit im Allgemeinen die Methode des Mischens von Legierungen verwendet. Beispielsweise kann das Legierungssystem PPS/LCP den Untersuchungen zufolge bei 1 MHz liegen, die optimale Dielektrizitätskonstante kann bis zu 2,5 betragen.

Neben Legierungen sind Füllstoffe mit geringer Dielektrizitätskonstante eine der möglichen Methoden. Füllstoffe wie Hohlglasperlen und Glasfasern mit geringer Dielektrizitätskonstante können die Dielektrizitätskonstante von PPS-Verbundwerkstoffen ebenfalls wirksam reduzieren.

Untersuchungen zufolge kann durch Extrusionsformen die Dielektrizitätskonstante auf unter 3 gesenkt werden, und die elektrische Leistung ist bei 40–120 °C stabil. Darüber hinaus können die Festigkeit und dielektrischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe durch eine Oberflächenkopplungsbehandlung weiter verbessert werden.

Änderung der Wärmeleitfähigkeit

In den Anwendungsszenarien neuer Energiefahrzeugbatterien oder 5G-Hochfrequenz ist nicht nur eine gute Hitzebeständigkeit der Materialien erforderlich, sondern es werden auch bestimmte Anforderungen an die Wärmeleitung gestellt. Allerdings ist die Wärmeleitfähigkeit von PPS selbst schlecht und liegt im Allgemeinen unter 0,5 W/(m·K).

Derzeit werden Metall und anorganischer Füllstoff hauptsächlich auf zwei Arten verwendet. Der Metallfüllstoff kann die Wärmeleitfähigkeit verbessern, aber auch die Isolationsleistung verringern.

Anorganische Füllstoffe, einschließlich Oxide, Nitride, Kohlenstoffmaterialien usw. PPS/Magnesiumoxid ist die gängige Wahl, die die Wärmeleitfähigkeit des Materials auf 1,61 W/(m·K) erhöhen kann;

Das Nitrid ist in der Herstellung und Technologie aufwendiger, weist aber auch eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf. Die Wärmeleitfähigkeit von 40 % Bornitrid-Verbundwerkstoff kann 4,15 W/(m·K) erreichen.

Graphen, CNT und andere Kohlenstoffmaterialien sind ebenfalls die Wahl für die PPS-Wärmeleitfähigkeitsmodifikation. Es kann ein gutes Gleichgewicht zwischen Zugabemenge und Wärmeleitfähigkeit erreicht werden. Beispielsweise kann die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs bei einem Volumenanteil von 29,3 % Graphen 4,414 W/(m·K) erreichen.

Modifikation der Verbundmembran

Für den Markt für Lithiumbatteriemembranen wird auch PPS eingesetzt.

Früher wurde als Diaphragmamaterial üblicherweise Polyolefin verwendet, aber die Elektrolytinfiltration und die thermische Stabilität von Polyolefinmaterialien sind relativ schlecht und es kann bei hohen Temperaturen leicht zu Schrumpfung und Schmelzen kommen.

Auch die chemische Beständigkeit und Hitzebeständigkeit von PPS-Material birgt ein gewisses Änderungspotenzial. Derzeit besteht die Hauptmethode in der Beschichtung der PPS-Membranoberfläche zur Herstellung einer Verbundmembran.

Diese Methode wurde nach und nach von der akademischen Forschung auf die Industrie übertragen. Als Basismaterial wird PPS-Vliesstoff und als Beschichtungsmaterial PVS verwendet. Nach der physikalischen Beschichtung, Trocknung und Heißpressbehandlung wird eine PVS/PPS-Lithiumbatterie-Verbundmembran aus Vliesstoff hergestellt.

Im Vergleich zu herkömmlichen Polyolefinmembranen kann PVS/PPS eine bessere Benetzbarkeit gewährleisten, obwohl die Dicke erhöht ist und die spezifische Entladungskapazität höher ist als die von Polyolefinmembranen.

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