一、概述
高温热塑性塑料材料是塑料市场的一个专业化和快速增长的部分。这些用于需要结合非凡性能的特殊应用。获取有关高温热塑性树脂的全面信息，包括它们的主要特性、与金属和热固性树脂的比较以及主要应用。
01.什么是高温热塑性塑料？
高温热塑性塑料是塑料市场中一个专业化且快速增长的部分。今天，可高温熔融加工的热塑性塑料市场包括许多聚合物系列，每个系列都包含几种聚合物类型。塑料行业通常使用“高性能”、“工程聚合物”和“标准”或“商品”塑料等术语来描述这些材料的应用。
这些是可熔融加工的塑料。它们具有长期使用温度高于°C和短期使用温度高于°C的结构能力。这些材料需要结合非凡的特性。
根据它们的应用，它们必须具有出色的短期和长期热稳定性、耐化学性和耐辐射性、耐燃烧性以及通常与金属相当的出色机械性能。
高温热塑性塑料的另一个显着特征是它们的成本，它比更通用的塑料平均高出10倍。不仅是这些聚合物的出色温度性能引起了人们的兴趣并导致了相对较高的增长率。在许多应用中，它们的耐化学性、耐磨性和其他性能特性甚至比耐热性更受重视。有时这些高温热塑性塑料也被称为“高性能塑料”。
02.是什么使它们具有耐热性
高温热塑性塑料通常通过在其分子结构中引入刚性芳环而不是脂肪族基团来获得耐温性。这限制了主链的运动，并且需要断开两个化学键（与脂肪族结构中的一个相比）才能进行链断裂，如下图所示：
热老化导致芳香族和直链聚合物的降解
因此，机械性能、高温能力和耐化学性大大提高，通常可以与交联的热固性聚合物相当甚至更好。
03.如何提高耐高温塑料的性能？
高温热塑性塑料用于需要结合非凡性能的特殊应用中。根据它们的应用，它们必须具有卓越的短期和长期热稳定性、耐化学性和耐辐射性、耐燃烧性以及通常等同于金属的卓越机械性能。
高温热塑性塑料通过复合和改性得到了显着改进。通过使用特殊的增强材料，例如玻璃纤维，可以比基础聚合物进一步提高耐热变形性和刚性。碳氟化合物或石墨颗粒等添加剂将显着改善滑动摩擦特性。
04.高耐热热塑性塑料的分类
这些用途广泛的高温热塑性树脂广泛应用于各行各业的各种应用中。高温热塑性树脂的分类图示如下。
高温热塑性树脂通常按大于°C的连续使用温度(CUT)或相对热指数(RTI)分类。
这些温度被认为是材料的最大有用使用温度，其中关键性能不会因热降解而受到不可接受的损害。但是，必须非常小心地为任何聚合物材料指定“最高使用温度”。在高温下，塑料不仅会软化，还会开始热降解。
在高温下软化但在较低温度下开始降解的塑料只能考虑在低于其开始降解的温度下应用。
真正的最高连续使用温度取决于您如何定义“连续”使用。时间和负载将影响答案，确切的聚合物结构以及可能使用的添加剂、改性剂或增强剂也会影响答案。
每种高温热塑性树脂在加工特性和性能方面都有其自身的优缺点。高温热塑性树脂的选择通常取决于权衡与应用相关的这些优点和限制以及所涉及的成本。
尽管与其他工程塑料相比，平均价格较高，而且目前全球市场处于动荡状态，但高温热塑性树脂仍被认为是塑料行业增长最快的领域之一。今天，高温热塑性树脂市场包括许多聚合物，主要包括可熔融加工的聚酰亚胺、砜聚合物、聚芳醚酮、聚苯硫醚等。
05.高耐热热塑性结构
高温热塑性塑料（与所有聚合物一样）包含两种分子结构：无定形（随机有序）和结晶（高度有序）。出于实际目的，热塑性塑料要么是无定形聚合物，要么是具有无定形和结晶区域的半结晶聚合物。
两种类型之间的主要区别之一是它们对温度的反应方式。
无定形和结晶高温热塑性塑料都用于需要苛刻性能的汽车、航空航天、医疗和电气/电子行业。
06.耐高温塑料的优缺点
高温塑料与金属
高温热塑性塑料具有超过°C的连续工作温度。然而，它们的耐高温特性提供了其他有价值的性能特征。
这些包括耐磨性和耐化学性。高温塑料还可以在许多应用（例如汽车）中减轻重量，因此通常被认为是金属替代品。下表总结了高温热塑性塑料与金属相比的优缺点。
高温热塑性塑料与热固性塑料
高温热塑性塑料也经常被认为是环氧树脂、酚醛树脂、聚酯等热固性聚合物的替代品。与热固性塑料相比，高温热塑性塑料的主要优点和缺点总结在下表中。它们表现出良好的温度性能，因为它们具有高玻璃化转变温度Tg。它们还具有出色的韧性和高延展性，表现为高拉伸应变断裂和低吸湿性。一般而言，纯热塑性树脂的机械性能与热固性树脂的机械性能相当，而且往往更好。
纯热固性树脂与高温热塑性树脂的比较
高温热塑性塑料的高Tg导致高熔体粘度，这会使它们难以复合和加工成成品部件。通常需要接近分解温度的高加工温度来降低熔体粘度。例如，聚酰亚胺表现出非常高的Tg，但它们的熔融加工性被认为很差。开发具有增强性能的流动性非常好的高温热塑性塑料是该行业不断发展的主题。
二、高温热塑性塑料的市场领域和应用
01.汽车行业
高温热塑性塑料用于制造汽车工业中要求苛刻的应用。最有价值的特性是高耐热性、尺寸稳定性、强度和对多种化学品的耐受性。这些特性导致金属和热固性材料等传统材料的替代。在过去的十年中，塑料的使用总体上有所增长，这主要是因为它的重量轻，从而提高了燃油效率。塑料制品还提供：
设计灵活性更高
缩短开发时间，以及
更低的装配成本
汽车是PPS、PEI和PEEK等高温热塑性塑料的最大市场领域。
未来趋势将继续受到成本和重量减轻的影响。在生命周期成本方面，环境因素也将发挥越来越重要的作用。在机动车使用寿命结束时，回收塑料的需求将会增加。对更高质量的材料以及更多地使用安全性、舒适性和美学特征的需求也将不断增加。
在汽车工业中，高温热塑性塑料用于制造：
活塞部件
密封件
垫圈
轴承
传动部件
变速箱止推垫圈
制动和空调系统
ABS制动系统工程师控制系统
卡车油筛
齿轮等中的启动盘
02.航空航天
在航空航天市场，PEEK聚合物正在广泛应用中取代铝和其他金属。该聚合物结合了出色的物理和热特性，重量轻且易于加工。无需组装或修改，即可经济高效地形成和使用大量具有精细公差的大体积部件。PEEK在航空航天工业中的应用包括：
作为聚合物的关键发动机部件可以承受高温以及干燥和润滑材料接触的摩擦相互作用。
在飞机外部部件中，PEEK具有出色的抗雨水侵蚀能力，而对于飞机内部部件，其固有的阻燃性和低烟和有毒气体排放可降低发生火灾时的危险。在飞机电气系统中，聚合物用于制造波纹管，以保护电线和光纤灯丝。
PEEK还用于保护商用飞机发动机中使用的线束。
聚醚酰亚胺(PEI)也是航空工业中广泛使用的高温热塑性塑料。主要应用包括空气和燃料阀、食品托盘容器、方向盘、内部包层部件和半结构部件。PEI因其固有的阻燃性和低烟雾排放而被选择用于飞机内部应用。它还对飞机工业中使用的燃料和流体具有出色的耐化学性。
PES和PSU主要用于飞机内部和外部部件。
在航空航天工业中，高温热塑性塑料被用于制造：
空中客车内部组件
弓形行李箱固定器
电缆导管
电缆夹
航空风扇内的通风轮
航空泵吸油管
电气线束
回旋涡轮
导线绝缘层
泵外壳
叶轮等
03.电气和电子产品
影响塑料选择和性能的电气/电子行业的重要趋势包括：
薄壁设计，作为降低成本的一种手段。
满足更严格技术规范的能力。
在5-20年的预期应用寿命驱动下，对更高质量和可靠性的渴望。
市场对无卤或低卤含量的阻燃材料的需求不断增长。
低翘曲材料。
设计灵活性和制造和装配设计(DFMA)。
小型化，这增加了塑料材料的温度和机械要求。
用于高温电气应用的聚合物有：
聚苯硫醚(PPS)
聚醚酰亚胺（PEI）
聚砜（PSU）
液晶聚合物（LCP）
聚醚醚酮（PEEK）
聚邻苯二甲酰胺（PPA）
这些高耐热聚合物用于电气应用，例如：
高温应用的电线绝缘层
电缆接头和连接器
水下连接器
同轴连接器插孔
水下受控环境连接器
晶圆运输载体
表面贴装修边
电位器
电器手柄
电绝缘材料
IC封装托盘等
04.工业应用
工业应用对塑料的要求非常高，并且经常出现在恶劣的操作条件下。尤其是工业应用，需要能够承受滑动摩擦、高温并具有良好耐化学性的材料。例如，用于机械工程、纺织工业和办公设备的机器元件会承受滑动摩擦（滑动轴承、滚子、止推垫圈、活塞环、密封件）。
工业机械和设备可能必须在持续高温下运行，并且需要具有高度的耐化学品性。
高性能塑料正在进入曾经属于金属和热固性塑料领域的工业应用。与传统材料相比，工程塑料和高性能塑料具有许多优势，因为它们在零件设计方面具有灵活性、易于加工和重量轻。它们还坚韧、耐磨并且可以承受高温。持续的产品改进和创新意味着未来在许多工业应用领域将有进一步的增长空间。
耐高温热塑性塑料的工业应用包括：
再生泵叶轮
水泵转子
多针连接器
胶枪衬套
快速连接系统
洗衣系统轮子
电导率传感器和密封件
压缩机阀板
热交换器零件
轴承
05.医疗应用
医疗器械市场高温热塑性塑料的未来发展前景非常好。塑料将继续取代医疗器械的传统材料，因为它们具有更大的设计灵活性和出色的成本/性能特性。此外，医疗器械的总体支出预计将持续增长。
下列高温热塑性塑料主要用于医疗应用：
聚苯砜(PPS)-用于开发可消毒容器。
聚醚酰亚胺(PEI)-适用于一次性和可重复使用的医疗器械
聚砜(PS)和聚醚砜(PES)-用于透析器的部件和膜；仪器;器械零件；手术室灯具；消毒盒；输液设备；分泌物瓶和可重复使用的注射器。
液晶聚合物(LCP)-用于在微创手术和微系统技术技术中替代医疗器械中的金属。
聚醚醚酮(PEEK)-用于在越来越多的医疗应用中替代玻璃、不锈钢和其他金属，例如牙科器械、内窥镜、透析器、牙科注射器的手柄和装有根管锉的无菌盒。
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