聚砜(Polysulfone,简称 PSU)概述


以其出色的高性能而闻名的聚砜正是芳族聚合物家族的佼佼者.。它的基础结构单元是通过醚键(‑O‑)把两个苯环连接起来,而且在中间位置引入了砜基团(‑SO₂‑),就像图里展示的重复单元结构那样[]。其独特的分子构造不仅赋予了PSU优异的热稳定性、化学的耐受性和机械的强度,更使其得以广泛地应用于了众多高端的领域中。

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1. 主要性能特征

- 热性能

- 玻璃化转变温度(Tg)约在 185 °C 左右,能够在 150 °C 以上的工作温度下保持尺寸和强度稳定。

- 在高温环境中仍保持良好的机械性能,适合航空、电子等需要耐热的场合。

- 机械性能

其拉伸模量均在2-3GPa之间,断裂强度可达70-80MPa,对应的韧性均较好。通过对其的190℃的3小时的热处理就可显著的将其初的模量和断裂应力都大大提升使其强度都能达5MPa以上[]。

采用对PSU的接枝共聚或复合的改性(如PSU-g-c/PSU等)可进一步提高其加工的流动性和加工的性能手段,均可提高约55%以上。

- 化学与耐腐蚀性

- 对多数有机溶剂、酸碱以及氧化剂表现出极佳的耐受性,常用于化工设备的内衬和电池壳体。

- 阻燃与辐射防护

凭借对比的研究表明了PSU对0.1-20MeV的伽马射线及中子的良好的屏蔽性能,其半值层和去除截面均优于常规的聚合物。


3. 典型应用领域

- 医疗与制药:因其无毒、耐高温、耐消毒剂的特性,常用于一次性注射器、血液过滤器、手术器械部件。

- 航空航天:耐高温、阻燃、辐射防护,使其适用于飞机内部结构件、卫星外壳。

基于其高的孔隙率(约70%)以及良好的水通量,PSU的膜均可广泛地用作超滤、纳滤、正渗透等各种复合膜的基础膜或分离膜而起到较好的去重金属离子的作用。

其独特的碱性可使其与电子元件的外壳形成稳定的碱基-酸基的共价键,从而为其提供了优异的化学稳定性和良好的机械强度,对于保护电子元件的外壳起到很好的保护作用。

凭借与PVDF、MMT-PDMS等的合成可将PSU的超疏水、耐磨、防腐等功能的性能进一步的突破,接触角可达159°,大大地提高了其寿命.。

凭借与尼龙6、聚酰胺、硅酸盐的纳米颗粒等的高效的共混,可将其所固有的高的耐热、耐磨的性质等一一提上先机,对汽车、电子的封装等结构件具有很高的可应用性。

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4. 发展趋势与研究热点  

1. 功能化膜技术:通过在 PSU 基体中引入功能纳米颗粒(如介孔二氧化硅、Al₂O₃)或离子液体基团,实现更高的水通量、选择性和抗污染性能[][]。

2. 接枝共聚改性:利用 Friedel‑Crafts 酰化等方法制备 PSU‑g‑共聚物,显著降低加工活化能,提高加工效率,同时保持或提升机械性能。

3. 轻质泡沫材料:超临界 CO₂ 发泡技术实现了 PSU 微孔泡沫的可控制备,孔径与孔密度可调,适用于隔热、减重结构件。

依托于将高强度的纤维、导电的填料或光学的材料等与PSU共混,开发出具有导电、阻燃、光学透明等多重的复合材料,已初步满足了航空、电子等领域的复合的需求。

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5. 安全与环保

根据其高的熔融温度,必须在充分的通风的环境下对其进行加工,防止其在高温的熔融过程中产生的有害的气体对人体造成危害。

借助对PSU的高效的可热的回收利用,不仅可以有效的减少了其对环境的污染,同时也将其本身的废旧资源重新利用起来,对其本身的价值也得到了较好的挽留和利用,如可将其回收的PSU再加工成型,或者将其作为填料加入其他的聚合物体系等都具有较好的经济效益。

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总结

由其独特的芳族—砜的结构使聚砜具有了高的高温耐受性、较好的化学惰性、优良的机械性能以及良好的阻燃、辐射的防护等一系列独特的优良性能。基于对PSU的多种加工技术的深入开发,如对其的成型、膜的制备、电的纺制、超临界的CO₂等发泡等,使其已初步在医疗、航空、过滤、能源等高端领域得到了广泛的应用。通过对功能化膜的深入研究、对其接枝的改性以及对轻质泡沫的不断的深挖打造出了其独特的性能和更广的应用范围.。


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