폴리페닐렌 설파이드(PPS) 개요

일반적으로 PPS라고 하는 폴리페닐렌 설파이드는 고분자 구조를 가진 반결정성 열가소성 수지로 놀라운 수준의 내화학성을 제공합니다. 사실, 392°F(200°C) 미만의 이 고성능 열가소성 수지에 대해 알려진 용매는 없습니다. 다른 주목할만한 속성은 고유한 난연성, 전기적 특성 및 높은 기계적 강도입니다. 대부분의 상업용 PPS 등급은 난연성 첨가제 없이 UL 94 V-0 가연성 등급을 달성합니다.

변형되지 않은 PPS 폴리머는 우수한 만능 성능을 나타내지만 섬유 보강재를 추가하면 인성, 구조적 및 열적 특성이 크게 향상됩니다. 열 변형 온도가 2배 증가하고 굴곡 탄성률이 3배 이상 증가하기 때문에 더 높은 열 조건에 노출되는 내하중 성형 및 기계 부품에 대해 비보강 등급에 비해 40% 유리 섬유 강화 PPS를 훨씬 더 많이 사용합니다.

PPS 수지 공급업체, 등급

PPS는 1972년 Ryton â 브랜드로 Phillips Petroleum에 의해 개발 및 상업화되었으며 최초의 고성능 엔지니어링 열가소성 수지로 간주되었습니다. Solvay는 Chevron Phillips로부터 PPS 사업을 인수하여 유리 및 탄소 섬유 강화제와 기타 성능 향상 첨가제가 포함된 광범위한 Ryton® PPS 등급 제품군으로 회사의 폴리머 포트폴리오를 확장했습니다. 가장 일반적인 Ryton 등급은 40% 유리 섬유 강화 Ryton R-4 PPS 입니다.

전 세계적으로 사용 가능한 PPS 등급의 다양성은 폴리머의 개발 및 상업화 이후 크게 확장되었습니다. 수지 포뮬레이션은 사출 성형, 중공 성형, 분말 코팅 및 압출 가공에 적합한 용융 가공 특성으로 개발되었습니다. 비보강 PPS 폴리머의 특성을 넘어 성능 향상을 제공하는 PPS 제품 수정에는 더 높은 강도를 위한 유리 및 미네랄 보강재의 추가와 내마모성 첨가제가 포함됩니다.

오늘날, Solvay는 사출 성형 및 압출용 PPS 수지 및 컴파운드의 선도적인 글로벌 공급업체 중 하나입니다. 제품 범위에는 비보강 등급과 유리 섬유 및 광물과 유리 섬유의 조합으로 강화된 여러 제형이 포함됩니다.

또 다른 세계적인 고성능 폴리머 생산업체인 Celanese는 Forton® 브랜드로 여러 가지 폴리페닐렌 설파이드 등급을 제공합니다. 제품 라인은 기본 PPS 폴리머의 특정 특성을 개선하기 위한 비보강, 유리 섬유 및 광물 강화 등급 및 기타 제형을 포함합니다. 성능이 향상된 PPS 재료 외에도 Fortron 수지 제품 라인은 사출 성형, 압출 및 기타 용융 공정을 위해 개발된 등급도 나열합니다.

Toray와 같은 다른 글로벌 PPS 수지 공급업체는 주로 대량 산업, 자동차 및 전기 애플리케이션 의 사출 성형을 위한 다양한 폴리페닐렌 설파이드 등급을 제공합니다.

Drake의 Ryton R-4 PPS 가공 가능한 스톡 모양 개발

Solvay의 40% 유리 강화 Ryton R-4는 50년 동안 광범위한 산업 분야에서 수많은 응용 분야에 서비스를 제공하면서 PPS 엔지니어링 재료 중에서 지배적인 주력 제품이었습니다. 그러나 대부분의 역사 동안 사출 성형 부품에 주로 사용되었습니다. 부품 구성이 너무 복잡하거나 사출 성형 툴링 투자에 비해 양이 너무 적은 가공 응용 분야에서는 그 잠재력이 훨씬 더 제한적이었습니다. 많은 산업에서 요구하는 가공 부품 및 프로토타입 에 대한 수지 인증을 받은 고품질 가공 가능한 스톡 형상이 부족하다는 것이 제한 요인이었습니다.

이러한 요구를 충족하기 위해 Drake는 다양한 가공 가능한 막대 및 플레이트 크기로 40% 유리 강화 Ryton R-4 PPS를 생산하는 기술에 투자했습니다. Drake의 Ryton R-4 PPS 형상은 100% 처녀 Ryton R-4 240 수지에서 압출되기 때문에 재료의 특성이 최적의 수준에 있으며 ASTM D-4067 PPS 000G40 및 ASTM D-6358 PPS 011G40에 대한 재료 인증이 제공됩니다. .

유리 섬유로 채워진 PPS 블렌드는 일반적으로 압축 성형 모양 또는 램 압출 막대 형태로 제공됩니다. PPS 분말은 자체적으로 짧은 유리 섬유와 혼합됩니다. 짧은 섬유는 블렌드에서 섬유 번들링 및 유리 덩어리를 방지하는 데 사용됩니다. 이러한 단섬유는 장섬유가 부여하는 보강재에 비해 충전제 역할을 더 많이 합니다. 그런 다음 PPS – 유리 섬유 혼합물을 PPS의 융점(545⁰F/285⁰C)에 가깝게 가열합니다. 고압에서 유리 섬유 – 분말 혼합물이 원하는 모양으로 통합되고 융합됩니다.

압축 성형 및 램 압출에 사용되는 PPS의 원료 형태는 가변 분말 혼합이므로 PPS 수지에 대한 ASTM 표준에 대한 인증을 받을 수 없습니다. 더욱이, 분말 및 짧은 유리 섬유 혼합은 40% 유리 강화 PPS에 대한 ASTM 속성 요구 사항을 충족하지 못할 것입니다.

램 압출 로드의 특징적인 약점은 낮은 연신율입니다. 이 공정은 더 많은 분말 혼합물이 추가되고 그 앞에 있는 응고된 재료에 대해 압축됨에 따라 모든 프레스 사이클 사이에 ‘포커 칩’ 층을 형성하는 경향이 있습니다. 램 압출 로드를 원형으로 구부릴 때 효과가 분명합니다. 일반적으로 하나의 계층을 깨고 다른 계층을 노출시킵니다.

짧은 길이의 단점 외에도 압축 성형 공정은 품질 및 물리적 특성이 일관되지 않은 변형을 일으키기 쉽습니다. 여기에는 혼합 비율 불일치, 불균일한 혼합, 건조 및 수분 제어 문제, 공기 갇힘 및 부정확한 압력 및 온도 제어가 포함됩니다. 또한 본질적으로 폴리머의 낮은 열전도율과 분말-유리 섬유 블렌드의 낮은 벌크 밀도를 감안할 때 성형 온도로 가열하려면 PPS 폴리머를 저하시킬 수 있는 긴 열 사이클이 종종 필요합니다. 이것은 더 큰 크기를 생산할 때 특히 그렇습니다. 또한 금형 측벽을 따른 마찰 손실로 인한 성형 압력의 변화로 인해 상단 및 하단 대 중간 섹션에서 밀도와 물리적 특성이 다른 압축 성형 형상이 생성되는 경우가 많습니다.

이와 대조적으로 용융 압출은 펠릿 형태로 테스트 및 인증된 수지 공급업체의 균일하게 미리 혼합된 40% 유리 섬유 강화 Ryton R-4 수지를 사용하는 연속 공정입니다. 펠릿은 압출기 배럴에서 균일하게 녹습니다. 내부 압력과 출력 속도를 제어하기 위한 Drake의 엄격한 조건에서 압출기 나사는 용융된 Ryton R-4 PPS를 원하는 스톡 모양의 다이를 통해 이동합니다. 그런 다음 압출된 모양은 내부 응력을 최소화하는 엄격하게 제어된 냉각 조건에서 균일하게 응고됩니다.

Drake의 압출 공정에 의해 생성된 Ryton R-4 PPS 스톡 형상은 단면 및 크기에 따라 일관된 특성과 균일한 기계 가공성을 나타냅니다.

Ryton R-4 PPS 성능 프로필

고강도

비보강 PPS 등급에 비해 40% 유리 섬유 강화 Ryton R-4의 가장 인상적인 특징 중 하나는 매우 높은 구조 강도입니다. 압출된 Drake Ryton R-4 스톡 형상에서 가져온 속성 값을 기반으로 Ryton R-4 240 PPS의 유리 섬유 보강재는 이 초고성능 폴리머의 굴곡 탄성률을 비보강 등급에 비해 거의 4배 증가시킵니다.

또한 강도 특성에서 다른 초고성능 열가소성 수지와 인상적으로 비교됩니다. Ryton PPS 수지 생산업체인 Solvay에서 실시한 물리적 테스트에서 Ryton R-4 240 PPS의 굴곡 탄성률은 실온에서 Solvay의 유리 강화 KetaSpire PEEK보다 30% 더 높습니다. Ryton R-4의 고유한 내화학성 및 온도 저항성과 함께 이 높은 강도는 다운홀 오일 및 가스 산업 장비의 로드 가이드 및 펌프 구성 요소와 같은 기계 및 사출 성형 구성 요소에 고성능 재료를 광범위하게 사용하게 했습니다.

온도 저항

비보강 PPS는 열변형 온도와 연화점이 상대적으로 낮습니다. 이러한 요소는 고온에서 구조적 강도가 필요한 많은 가혹한 서비스 응용 분야에서 재료를 사용하는 것을 제한합니다. 그러나 Ryton R-4 PPS의 40% 유리 섬유 강화는 폴리머의 열적 특성을 크게 개선하고 이 초고성능 열가소성 수지의 고유한 장점을 훨씬 더 광범위한 응용 분야에 제공합니다.

데이터 시트 속성에 따르면 Ryton R-4 수지의 열 변형 온도(HDT)는 95°C(203°F)에서 충전되지 않은 PPS에 비해 인상적인 509°F(265°C)로 측정됩니다. HDT는 테스트를 위해 최적으로 배향된 섬유로 성형된 샘플에서 파생된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 실제 사출 성형 부품 또는 스톡 모양으로 가공된 부품은 가능한 최상의 결과를 얻지 못할 것입니다. 그럼에도 불구하고, 높은 HDT는 Ryton R-4 PPS를 전기 커넥터, 자동차 엔진 구성 요소 및 정적 부하에서 장기간 고온에 노출되는 다운홀 오일 및 가스 응용 분야에 사용하기 위한 몇 가지 다른 초고성능 열가소성 수지와 함께 성능 등급으로 만듭니다.

화학적 내성

PPS는 초고성능 재료 중에서 탁월한 수준의 내화학성을 자랑합니다. PPS는 392°F(200°C) 미만의 온도에서 알려진 용매의 영향을 받지 않습니다.

고온에서의 높은 강도와 결합된 PPS의 고유한 특성을 통해 엔지니어는 화학 처리 및 오일 및 가스 다운홀 장비의 극한 작동 환경에서 안정적인 구조적 무결성과 기능을 유지하는 사출 성형 및 압출 부품을 설계할 수 있습니다.

전기적 특성, 가연성 등급

Ryton R-4 및 기타 PPS 등급의 유전 특성은 극한 온도 저항 폴리머 중 최고입니다. 고성능 소재는 22kV/mm의 유전 강도, 25°C 및 1kHz에서 3.90의 낮은 유전 상수, 다양한 온도 및 주파수에 걸쳐 낮은 손실 계수를 가지고 있습니다.

UL 94 V-0 및 5VA 가연성 등급과 결합된 이 전기적 특성 프로필은 원자력 잠수함에서 석유 및 가스 산업에 사용되는 구성 요소에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용되는 사출 성형 및 정밀 가공 전기 커넥터 및 커넥터 본체에 사용됩니다.

Ryton R-4 PPS의 일반적인 응용

고온에서의 구조적 강도, 우수한 전기적 특성, 가연성 등급 및 내화학성의 인상적인 전반적인 균형은 Ryton R-4 PPS의 수많은 사출 성형 응용 분야로 이어졌습니다. 다양한 크기의 치수적으로 안정적이고 신뢰할 수 있는 스톡 모양을 개발한 Drake Plastics는 까다로운 최종 사용 조건에서 정밀 가공된 구성 요소에도 재료의 장기적인 신뢰성을 제공했습니다. 다음은 사출 성형 및 정밀 CNC 가공을 통해 Drake Plastics가 생산하는 많은 Ryton R-4 PPS 구성 요소의 예입니다.

  • 핵심 요구 사항이 높은 강도, 습기 및 내화학성을 포함하는 수많은 응용 분야 에서 합리적인 비용으로 뛰어난 전기 절연성을 제공합니다.
  • Drake의 Ryton R-4 PPS 막대로 가공된 플라즈마 토치 절연체 는 작동 온도의 극한 스파이크에서 재료의 높은 구조적 강도와 안정성에 의존합니다.
  • 선박용 및 다운홀 전기 커넥터 및 절연체 는 Ryton R-4 PPS의 전기 및 열 절연 특성, 내화학성 및 UL 가연성 등급을 활용합니다.
  • Ryton R-4로 만든 밸브 시트와 씰 링 은 다운홀 환경에서 높은 정적 하중과 온도를 견딜 수 있는 치수 안정성과 강도를 가지고 있습니다.