聚苯硫醚（PPS）材料綜合性能測(cè)試方法綜述

引言
聚苯硫醚（PPS）作為一種高性能特種工程塑料，以其卓越的耐高溫性、優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性、出色的機(jī)械強(qiáng)度、固有的阻燃性以及良好的尺寸穩(wěn)定性，在電子電氣、汽車工業(yè)、航空航天、化工防腐等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。為確保PPS材料及其制品的性能滿足特定應(yīng)用要求，對(duì)其進(jìn)行全面、規(guī)范的測(cè)試至關(guān)重要。本綜述旨在系統(tǒng)介紹PPS材料的關(guān)鍵性能測(cè)試項(xiàng)目及常用方法。

一、 基礎(chǔ)物理與機(jī)械性能測(cè)試

• 密度：
  • 方法： 通常采用液體置換法（如蒸餾水），依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ASTM D792或ISO 1183。測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與其體積的比值。
  • 意義： 影響材料的輕量化設(shè)計(jì)、成本計(jì)算及部分力學(xué)性能預(yù)測(cè)（如比強(qiáng)度）。
• 熔融指數(shù)/熔體質(zhì)量流動(dòng)速率(MFR)：
  • 方法： 在特定溫度和負(fù)荷下（對(duì)PPS常用316°C / 5.0kg），測(cè)量熔融樹脂在10分鐘內(nèi)通過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)口模的質(zhì)量（g/10min），依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ASTM D1238或ISO 1133。
  • 意義： 表征材料在熔融狀態(tài)下的流動(dòng)性，是衡量加工性能（如注塑、擠出難易度）的關(guān)鍵工藝參數(shù)。
• 拉伸性能：
  • 方法： 使用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，按照標(biāo)準(zhǔn)（如ASTM D638， ISO 527）規(guī)定的試樣形狀（通常為啞鈴型）和拉伸速率進(jìn)行測(cè)試。主要測(cè)量拉伸強(qiáng)度、拉伸模量（楊氏模量）和斷裂伸長(zhǎng)率。
  • 意義： 衡量材料抵抗拉伸載荷的能力、剛性和延展性，是結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)選材的核心指標(biāo)。
• 彎曲性能：
  • 方法： 采用三點(diǎn)彎曲法，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如ASTM D790， ISO 178）進(jìn)行測(cè)試。測(cè)量彎曲強(qiáng)度、彎曲模量。
  • 意義： 評(píng)價(jià)材料在彎曲載荷作用下的強(qiáng)度和剛性，對(duì)于梁、支架等承受彎曲應(yīng)力的部件設(shè)計(jì)尤為重要。
• 沖擊性能：
  • 方法：
    • 簡(jiǎn)支梁沖擊： 試樣水平放置，缺口背向擺錘沖擊，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ISO 179。
    • 懸臂梁沖擊： 試樣垂直夾持，缺口面向擺錘沖擊，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ASTM D256。
  • 意義： 評(píng)估材料在高速?zèng)_擊載荷下的韌性或脆性及抗沖擊破壞能力。有無(wú)缺口測(cè)試結(jié)果可反映材料對(duì)缺口敏感程度。
• 硬度：
  • 方法： 常用洛氏硬度（如R標(biāo)尺或M標(biāo)尺，依據(jù)ASTM D785）或球壓痕硬度（依據(jù)ISO 2039-1）。
  • 意義： 表征材料抵抗局部壓痕或劃傷的能力，間接反映材料的耐磨性、剛性與強(qiáng)度。

二、 熱性能測(cè)試

• 熱變形溫度(HDT)：
  • 方法： 在規(guī)定彎曲應(yīng)力下（常采用1.82 MPa和0.45 MPa兩種載荷），試樣浸入熱介質(zhì)中勻速升溫，測(cè)量其達(dá)到規(guī)定變形量（通常為0.2mm）時(shí)的溫度，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ASTM D648或ISO 75。
  • 意義： 評(píng)價(jià)材料在短時(shí)升溫且承受一定載荷條件下的耐熱性，是材料高溫使用性能的重要參考。
• 維卡軟化溫度(VST)：
  • 方法： 在特定負(fù)荷（常用10N或50N）下，規(guī)定形狀的平頭針垂直壓入試樣表面，浸入熱介質(zhì)中勻速升溫，測(cè)量針壓入1mm深度時(shí)的溫度，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ASTM D1525或ISO 306。
  • 意義： 主要用于表征熱塑性塑料在無(wú)定形區(qū)或低結(jié)晶度區(qū)域的軟化溫度，對(duì)PPS也具有一定參考價(jià)值，常高于HDT。
• 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)與熔融溫度(Tm)：
  • 方法： 采用差示掃描量熱法(DSC)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ASTM D3418或ISO 11357。測(cè)量材料在升溫/降溫過(guò)程中因相變（玻璃化轉(zhuǎn)變、熔融、結(jié)晶）引起的熱流變化。
  • 意義：
    • Tg： 反映聚合物從玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度點(diǎn)，影響材料在低溫下的韌性、尺寸穩(wěn)定性。
    • Tm： 結(jié)晶性聚合物（如PPS）熔融吸熱峰對(duì)應(yīng)的溫度，是材料加工溫度的下限參考。
• 線性熱膨脹系數(shù)(CLTE)：
  • 方法： 使用熱機(jī)械分析儀(TMA)，測(cè)量材料在特定溫度范圍內(nèi)（常為-30°C至+30°C或更高）單位溫升引起的長(zhǎng)度變化率，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ASTM E831或ISO 11359-2。
  • 意義： 表征材料隨溫度變化的膨脹/收縮程度，對(duì)于精密部件設(shè)計(jì)（如電子封裝、密封件）至關(guān)重要，需考慮與金屬或其它材料部件的匹配性。
• 導(dǎo)熱系數(shù)：
  • 方法： 常用防護(hù)熱板法或熱流計(jì)法，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ASTM C177或ISO 8302。
  • 意義： 衡量材料傳導(dǎo)熱量的能力，在散熱應(yīng)用（如散熱器部件）或隔熱應(yīng)用中需要重點(diǎn)關(guān)注。

三、 電性能測(cè)試

• 體積電阻率 & 表面電阻率：
  • 方法： 使用高阻計(jì)，施加規(guī)定直流電壓，測(cè)量通過(guò)試樣體積的泄漏電流（計(jì)算體積電阻率）或沿試樣表面的泄漏電流（計(jì)算表面電阻率），依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如IEC 60093或ASTM D257。
  • 意義： 評(píng)價(jià)材料的絕緣性能。體積電阻率反映材料內(nèi)部的絕緣能力；表面電阻率反映材料抵抗表面漏電流的能力。PPS通常具有極高的電阻率。
• 介電強(qiáng)度：
  • 方法： 在試樣兩側(cè)施加連續(xù)升高的交流電壓（或直流電壓），直至試樣被擊穿，記錄擊穿電壓值，除以試樣厚度得到介電強(qiáng)度（kV/mm），依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如IEC 60243-1或ASTM D149。
  • 意義： 表征材料在強(qiáng)電場(chǎng)下抵抗瞬時(shí)電擊穿的能力，是絕緣材料的關(guān)鍵安全指標(biāo)。
• 介電常數(shù)與介質(zhì)損耗因數(shù)：
  • 方法： 使用阻抗分析儀或電容電橋，在特定頻率（如50Hz, 1kHz, 1MHz等）下測(cè)量，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如IEC 60250或ASTM D150。
  • 意義：
    • 介電常數(shù)： 反映材料在電場(chǎng)作用下儲(chǔ)存電能的能力。
    • 介質(zhì)損耗因數(shù)： 反映材料在交變電場(chǎng)中損耗電能的效率。低損耗因數(shù)是高頻絕緣應(yīng)用（如電路板基材）的關(guān)鍵要求。
• 耐電弧性：
  • 方法： 常用高壓小電流電弧法（如ASTM D495）或低壓大電流電弧法（如IEC 61621）。
  • 意義： 評(píng)估材料表面在高電壓電弧作用下抵抗形成導(dǎo)電通路（碳化）的能力。PPS具有優(yōu)異的耐電弧性。

四、 耐化學(xué)性與環(huán)境可靠性測(cè)試

• 耐化學(xué)藥品性：
  • 方法： 將標(biāo)準(zhǔn)試樣浸泡在規(guī)定濃度、溫度的特定化學(xué)試劑中一定時(shí)間（如24hr、168hr甚至更長(zhǎng)），取出后清洗干燥，測(cè)量其外觀變化、重量變化（%）以及浸泡后的機(jī)械性能（如強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率）保持率。參考標(biāo)準(zhǔn)如ISO 175或ASTM D543。
  • 意義： PPS以其杰出的耐化學(xué)性著稱，此項(xiàng)測(cè)試驗(yàn)證其在特定化學(xué)環(huán)境（如酸、堿、烴類溶劑等）中的耐受能力。
• 吸水性：
  • 方法： 將干燥試樣在規(guī)定溫度（如23°C或更高）和相對(duì)濕度（如50%或浸入水中）的環(huán)境下放置規(guī)定時(shí)間（如24hr、飽和吸水），測(cè)量其質(zhì)量增加百分比，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ISO 62或ASTM D570。
  • 意義： 評(píng)估材料暴露在潮濕環(huán)境中吸收水分的能力。低吸水性有助于保持PPS良好的尺寸穩(wěn)定性和電絕緣性。
• 長(zhǎng)期熱老化：
  • 方法： 將試樣置于設(shè)定溫度的恒溫烘箱中（溫度通常高于實(shí)際使用溫度），定期取出樣品測(cè)試關(guān)鍵性能（如拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度），記錄性能隨時(shí)間的變化，直至性能衰減至失效標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如IEC 60216 (電絕緣材料熱耐久性) 或UL 746B。
  • 意義： 預(yù)測(cè)材料在長(zhǎng)期高溫使用環(huán)境下的使用壽命和性能保持率，是高溫應(yīng)用選材的核心認(rèn)證依據(jù)，常通過(guò)阿累尼烏斯圖推算使用壽命。
• 濕熱老化：
  • 方法： 將試樣置于高溫高濕環(huán)境（如85°C/85%RH）中，定期取出測(cè)試性能變化（外觀、機(jī)械、電性能），依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如IEC 60068-2-78或相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
  • 意義： 評(píng)估材料在高溫高濕環(huán)境下的穩(wěn)定性及可能的降解（如水解）。
• 耐候性（紫外/氙燈老化）：
  • 方法： 使用紫外老化試驗(yàn)箱或氙燈老化試驗(yàn)箱模擬太陽(yáng)光、雨水、露水等環(huán)境因素，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ASTM G154 (UV)， ASTM G155 (Xenon)。
  • 意義： 評(píng)估PPS材料（尤其是有色或未加穩(wěn)定劑配方）在戶外光照條件下顏色變化（褪色、黃變）、表面粉化、光澤損失及機(jī)械性能衰減的情況。PPS本身耐候性中等，常需添加穩(wěn)定劑。

五、 阻燃性能測(cè)試

• 方法： PPS本身具有優(yōu)異的阻燃性，無(wú)需添加阻燃劑即可達(dá)到高等級(jí)阻燃要求。
  • UL94垂直燃燒等級(jí)： 是應(yīng)用最廣泛的塑料阻燃等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)試樣厚度，測(cè)試其暴露于規(guī)定火焰后的燃燒時(shí)間、是否滴落引燃棉花以及有無(wú)余焰/余輝。常見(jiàn)等級(jí)：V-0 (最高), V-1, V-2, HB（最低）。
  • 極限氧指數(shù)(LOI)： 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ASTM D2863或ISO 4589-2。測(cè)量材料在氮氧混合氣體中維持燭狀燃燒所需的最低氧氣濃度（體積百分比）。LOI值越高，材料越難燃燒（空氣中氧氣濃度約21%）。PPS的LOI通常>45%，遠(yuǎn)高于多數(shù)塑料。
• 意義： 驗(yàn)證材料在直接接觸火源時(shí)的自熄能力和阻燃安全性，是電子電氣、交通運(yùn)輸?shù)劝踩舾蓄I(lǐng)域的強(qiáng)制性要求。

六、 其它重要測(cè)試

• 灰分含量：
  • 方法： 高溫灼燒去除樹脂組分，稱量剩余無(wú)機(jī)物的質(zhì)量百分比，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ISO 3451-1或ASTM D5630。
  • 意義： 反映材料中無(wú)機(jī)填料（如玻纖、礦物質(zhì)）或添加劑（如阻燃劑）的含量，直接影響材料的密度、機(jī)械性能（特別是強(qiáng)度和模量）、熱性能和加工流動(dòng)性。是配方質(zhì)量控制的關(guān)鍵指標(biāo)。
• 尺寸穩(wěn)定性（收縮率）：
  • 方法： 測(cè)量注塑標(biāo)準(zhǔn)試樣（如ISO 294模具）在成型后經(jīng)規(guī)定條件（溫度、時(shí)間）處理后的尺寸變化（通常測(cè)量流動(dòng)方向和垂直流動(dòng)方向），依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ISO 294-4。
  • 意義： PPS是結(jié)晶性聚合物，固化收縮率相對(duì)較大且具有方向性（各向異性）。準(zhǔn)確掌握收縮率對(duì)精密注塑制品的設(shè)計(jì)（模具尺寸補(bǔ)償）及保證裝配精度至關(guān)重要。
• 摩擦磨損性能：
  • 方法： 可使用環(huán)塊摩擦試驗(yàn)機(jī)、銷盤摩擦試驗(yàn)機(jī)等，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如ASTM G77或ASTM D3702，測(cè)量摩擦系數(shù)和體積磨損量。
  • 意義： 對(duì)于齒輪、軸承、密封環(huán)等運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)用，需要評(píng)估材料的摩擦系數(shù)和耐磨性。純PPS耐磨性一般，常需添加潤(rùn)滑劑（如PTFE、石墨）或玻纖/碳纖增強(qiáng)。

對(duì)聚苯硫醚（PPS）材料進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的測(cè)試，是確保其從原材料選擇、配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程控制到最終產(chǎn)品性能滿足嚴(yán)苛應(yīng)用需求的基石。涵蓋物理機(jī)械、熱學(xué)、電學(xué)、耐化學(xué)、環(huán)境老化、阻燃等多維度的測(cè)試結(jié)果，為材料供應(yīng)商優(yōu)化配方、加工企業(yè)調(diào)整工藝、最終用戶合理選型及產(chǎn)品設(shè)計(jì)師進(jìn)行可靠性驗(yàn)證提供了不可或缺的數(shù)據(jù)支撐。嚴(yán)格遵循國(guó)際或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法，是保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性、重現(xiàn)性和可比性的關(guān)鍵。