高溫熱塑性塑料是可熔融加工的塑料, 在使用溫度高於150℃情況下, 高溫熱塑性塑料具有長期穩定的結構, 其短期使用溫度也可高於250℃. 這些聚合物的優異溫度能力在塑料市場具有極高的吸引力, 近些年來其市場佔有額保持著較高的增長率. 有時高溫熱塑性塑料也被稱為 ' 高性能塑料 ' . 因此, 高溫熱塑性塑料的成本平均要比通用塑料高10倍!
高溫熱塑性塑料通常通過在其分子結構中引入剛性芳環而不是脂肪族基團來獲得其耐溫性. 這限制了主鏈的運動, 並且需要斷開兩個化學鏈(與脂肪結構中的一個相比)以進行鏈斷裂(圖1). 因此, 高溫熱塑性塑料機械性能, 高溫性能和耐化學性大大提高. 與交聯的熱固性聚合物相比, 高溫熱塑性塑料的性能通常更好.
圖1: 由於熱老化導致芳族和直鏈聚合物的降解
在實際應用中, 為滿足特定的應用性能, 高溫熱塑性塑料往往需要通過配混和改性. 通過使用玻璃纖維等特殊的增強材料, 與基礎聚合物相比, 可以進一步提高耐熱變形性和剛性. 諸如碳氟化合物或石墨顆粒的添加劑將顯著改善滑動摩擦特性, 添加導電填料將提供改善的導電性, 添加氮化硼和其他導熱填料將提供良好的熱傳遞, 這在許多高熱應用中很重要.
圖2: 塑料性能金字塔
目前, 高溫可熔融加工的熱塑性塑料市場包括許多聚合物系列, 每個系列由幾種類型的聚合物組成. 塑料工業通常使用諸如 '高性能' , '工程聚合物' 和 '標準' 或 '商品' 塑料的術語描述這些材料的應用. 上面的圖2說明了高性能或高溫熱塑性塑料的位置.
高溫熱塑性塑料(如所有聚合物)包含兩種分子結構: 無定形(無規有序)和結晶(高度有序). 出於實際目的, 熱塑性塑料是無定形聚合物或具有無定形和結晶區域的半結晶聚合物. 這兩種類型之間的主要差異之一是它們如何響應溫度(見圖3). 無定形和結晶高溫熱塑性塑料都用於需要高性能的汽車, 航空航天, 醫療和電氣/電子工業領域.
圖3: 非晶和半結晶高溫熱塑性塑料的特性
汽車輕量化是現在常常被提及的主題, 高溫塑料常常被視為金屬的替代品. 圖4總結了高溫塑料相較於金屬的一些優缺點.
圖4: 高溫塑料相比於金屬的優缺點