聚苯硫醚（PPS）是一種由苯原子和硫化物原子反復(fù)交替排列組成的熱塑性聚合物（圖1），其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和熔化溫度（Tm）分別為85°C，285°C，PPS是一種頗受復(fù)合材料行業(yè)青睞的熱塑性樹脂。與其他芳香族聚合物相比，PPS具有優(yōu)異的抗化學(xué)和溶劑性，在200°C下的有機(jī)溶劑中不易溶解。同時(shí)，PPS還具有優(yōu)異的耐燃性，其極限氧指數(shù)為34，遇到明火時(shí)不會(huì)滴落，一旦離開火就會(huì)迅速熄滅。此外，PPS也具有耐高溫性、良好的機(jī)械性能、良好的加工性能等。由于其先進(jìn)的綜合性能，廣泛應(yīng)用于電子、電器、汽車等各個(gè)領(lǐng)域。學(xué)者一般將PPS與聚酰亞胺、聚芳醚、聚醚醚酮一起定義為高性能工程樹脂，而PPS比其他高性能工程樹脂具有更好的韌性、低密度、高耐磨性和高耐化學(xué)性。據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)YH Research研究統(tǒng)計(jì)，2023年全球聚苯硫醚市場(chǎng)規(guī)模約70億元，預(yù)計(jì)未來將持續(xù)保持平穩(wěn)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，到2030年市場(chǎng)規(guī)模將接近111億元。因此，聚苯硫醚被譽(yù)為“黃金塑料”。
圖1 聚苯硫醚化學(xué)結(jié)構(gòu)式
聚苯硫醚合成方法
PPS的合成方法主要包括:弗克催化法“(Genvresse法)、麥?zhǔn)戏ā?Macallum法)、硫化鈉法、“硫磺法”、硫化氫法”、氧化聚合法”和對(duì)鹵代苯硫酚縮聚法。
目前最主要的工業(yè)化生產(chǎn)方法是硫化鈉法，因其原料價(jià)廉易得，產(chǎn)率較高（90%以上），產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定而被廣泛應(yīng)用。它是以無水硫化鈉（Na2S）和對(duì)二氯苯(P-DCB)和)為原料,N-甲基吡咯烷酮(NMP)為溶劑,堿金屬鹽作為催化劑和助劑,在0~2MPa、180~270℃條件反應(yīng)生產(chǎn)聚苯硫醚（PPS）。反應(yīng)化學(xué)方程式及工藝圖如下所示：
聚苯硫醚的應(yīng)用領(lǐng)域
采用填料、纖維和其他聚合物增強(qiáng)和改性的PPS復(fù)合材料因其優(yōu)異的機(jī)械性能、熱性能和電學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于工程材料。因此，PPS共混物和復(fù)合材料已被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，包括汽車零部件、航空零部件、電子電氣設(shè)備。汽車零部件
PPS工程塑料在新能源汽車電控系統(tǒng)和直流充電樁中發(fā)揮著重要作用，特別是作為IGBT模塊的核心材料。其高CTI值（300-600V）、出色的耐化學(xué)腐蝕性和耐熱性能，完全符合IGBT模塊的要求，提高了整車的能源利用率。
圖3 IGBT模塊
PPS材料因其導(dǎo)電、電絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性以及耐熱性，被用于制造電池蓋板，有效隔離電池模塊與外界環(huán)境，防止外界物質(zhì)對(duì)電池的損害。動(dòng)力系統(tǒng)流體管作為新能源汽車中高溫液體的主要輸送管道，其工作環(huán)境惡劣。PPS以其高強(qiáng)度、耐高溫和耐化學(xué)腐蝕的特性，確保了動(dòng)力系統(tǒng)流體管路的穩(wěn)定運(yùn)行，降低了潛在的熱失控和泄漏風(fēng)險(xiǎn)。
圖4 汽車PPS的動(dòng)力系統(tǒng)流體管路組件
先進(jìn)熱塑性復(fù)合材料早期應(yīng)用主要是纖維增強(qiáng) PPS 熱塑性復(fù)合材料，采用預(yù)浸料/熱壓罐成型工藝制造。和 PEEK 熱塑性復(fù)合材料相比，PPS 熱塑性復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是樹脂粘度低，能夠在較低壓力下成型，缺點(diǎn)是使用溫度低，不能滿足超音速飛機(jī)的應(yīng)用要求。Fokker 公司采用 GF/PPS 復(fù)合材料為空客 A380 飛機(jī)研制的機(jī)翼前緣、Gulfstream G650飛機(jī)的方向舵和升降舵，以及 A320 飛機(jī)后壓力艙壁板 ，實(shí)現(xiàn)重量減輕約10%，成本降低約20%。PPS/C復(fù)合材料也具有優(yōu)良的摩擦學(xué)性能，特別是當(dāng)與礦物顆粒結(jié)合時(shí)。因此，PPS/碳復(fù)合材料可以在具有高轉(zhuǎn)速和摩擦力的環(huán)境中用作軸承、齒輪和制動(dòng)片。此外，PPS/碳復(fù)合材料具有良好的熱穩(wěn)定性和良好的殘留力學(xué)性能。由于高溫的條件，這對(duì)于飛機(jī)或汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)部件是必要的。如圖所示，F(xiàn)okker 技術(shù)公司采用感應(yīng)焊接PPS/碳復(fù)合材料作為主結(jié)構(gòu)飛機(jī)控制面。這些輕而堅(jiān)固的復(fù)合材料在2009年夏天首次安裝在灣流G650商務(wù)機(jī)尾上。
圖6 飛機(jī)控制面（Fokker公司）
一些家用電子部件需要耐高溫、耐化學(xué)腐蝕，同時(shí)具備高機(jī)械強(qiáng)度和電絕緣性以及低吸濕性。例如，端子連接器、定子和轉(zhuǎn)子、水泵殼體、葉輪等部件。PPS聚苯硫醚就能滿足這些要求，下圖是以聚苯硫醚為原料制備的家用電器。
圖7 PPS/碳復(fù)合材料的家用電器（Xiamen LFT-G?）
聚苯硫醚行業(yè)前景
市場(chǎng)需求增長(zhǎng)：全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和能源效率的關(guān)注日益增加，新能源汽車市場(chǎng)呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。聚苯硫醚作為電動(dòng)汽車電池隔膜材料，具有廣闊的應(yīng)用前景，將推動(dòng)市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)。應(yīng)用領(lǐng)域拓展：聚苯硫醚在電子電氣、汽車、航空航天等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，并且隨著新能源和智能制造的不斷發(fā)展，其在電池、電動(dòng)汽車、5G通信等新興領(lǐng)域的應(yīng)用有望進(jìn)一步拓展。綠色生產(chǎn)、循環(huán)利用：隨著環(huán)保政策的趨嚴(yán)，聚苯硫醚的生產(chǎn)過程將更加注重環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。例如，采用高效合成技術(shù)和綠色生產(chǎn)技術(shù)，減少生產(chǎn)過程中的廢棄物排放和能源消耗。此外，推動(dòng)聚苯硫醚的循環(huán)利用和廢棄物處理技術(shù)的發(fā)展，降低其對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。《聚苯硫醚的合成方法、工藝及應(yīng)用研究》、《基于聚苯硫醚熔噴超細(xì)纖維的光熱紙及復(fù)合板的研究》、《Fabrication and application of poly (phenylene sulfide) ultrafine fiber》