HIPS

摘要高抗冲聚苯乙烯,也被称为High Impact Polystyrene(缩写HIPS),是一种由弹性体改性聚苯乙烯制成的热塑性材料。它由橡胶相和连续的聚苯乙烯相构成的两相体系,已经成为全球重要的聚合物商品之一。这种通用产品在冲击性能和加工性能方面具有广泛的范围,因此在许多领域都有...

HIPS

高抗冲聚苯乙烯,也被称为High Impact Polystyrene(缩写HIPS),是一种由弹性体改性聚苯乙烯制成的热塑性材料。它由橡胶相和连续的聚苯乙烯相构成的两相体系,已经成为全球重要的聚合物商品之一。这种通用产品在冲击性能和加工性能方面具有广泛的范围,因此在许多领域都有广泛的应用。

为改善GPPS脆性大、耐热性低的缺陷,通过机械共混和接枝聚合法,把一定量的橡胶引入PS中,可以制备HIPS。

HIPS性能

HIPS为乳白色不透明珠粒,具有GPPS的大多数优点,如刚性好、易染色和易加工。最主要特点是:具有较高韧性和冲击强度,冲击强度相比GPPS有大幅度增加。由于橡胶的引入,HIPS的拉伸强度、硬度、耐光和耐热性能相比GPPS有所下降,并且失去了透明性。HIPS根据橡胶的含量多少,可分为中抗冲、高抗冲和超高抗冲。

HIPS的拉伸强度在13.8~48.3 MPa,伸长率为10%,光泽度为5%~100%,收缩率约为0.006%, HIPS维卡耐热为101.6 ℃。HIPS具有良好的耐γ射线、尺寸稳定性和电绝缘性。不足之处是耐热、耐光、耐油、耐化学药品、透氧气性较差。

HIPS特点

HIPS的熔化温度,一般在190°C至230°C之间,然而实际数值可能会因制造商和产品的不同而有所变化。玻璃化转变温度93~105℃,密度1.03-1.06g/cm3。吸水率0. 05~0.7%,拉伸屈服强度14.5-41.1MPa;拉伸断裂强度13.1~12.8MPa;断裂伸长率20~ 65%;弯曲模量1103~2483MPa;悬臂梁缺口冲击强度(厚3. 2mm)51.0~374g/m3;洛氏硬度R50~ 80;热变形温度(1.82MPa)77~96℃。

HIPS牌照

厂家/牌照 特性及用途
HIPS/德国Styrolution/6201 超高韧性、经润滑、抗撞击性高、良好的剥离性 杯子、容器、食品包装
HIPS/意大利埃尼/SR(L) 800/N 良好的耐化学性]、超高抗冲击性、超高韧性
HIPS/德国Styrolution/6200 超高韧性、经润滑、抗撞击性高、良好的剥离性 杯子、容器、食品包装
HIPS/英力士-诺瓦/6201 超高韧性、经润滑、良好的剥离性 容器、食品包装、杯子
HIPS/印度Supreme/SP8001 良好的耐化学性、高光泽、高耐热性、超高韧性 电器元件、食物容器
HIPS/意大利埃尼/RT 441M 良好的加工、高抗冲击性、高刚度、超高韧性?电器、企业设备、电气/电子应用、壳体、电视外壳
HIPS/英力士-诺瓦/6200 超高韧性、经润滑、良好的剥离性 容器、食品包装、杯子
HIPS/法国道达尔/940E 高光泽、高刚度、超高韧性 食品包装、薄片
HIPS/美国MPI/6093 超高抗冲击性超高韧性 光泽,高食品接触的合规性 电器用具 工业领域: 玩具
HIPS/俄罗斯NKNKh/945 超高韧性?电器元件、外壳、工业应用、玩具

HIPS生产方法

GPPS最大的缺点是质硬且脆,极大地限制了它的使用范围。GPPS与橡胶复合是降低脆性、提高冲击性能最有效的方法,由此产生了HIPS。而且发展十分迅速,在苯乙烯类树脂中占有的比例已越来越大。HIPS的生产方法有两种:一种是机械共混方法,另一种是接枝共聚方法。

①机械共混方法。

机械共混方法是在混炼设备中,将PS与橡胶进行机械混合,制备聚合物共混物。橡胶可明显增加PS的韧性。使用的橡胶有NR(天然)、BR(顺丁)和SBR(丁苯)等,也可采用热塑性弹性体,如:SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)。由于SBR与PS具有相似的化学结构,两者相容性较好,因此,共混物性能最好。混合设备有单双螺杆挤出机、双辊混炼机、密炼机等,常用的是双辊混炼机。

②接枝共聚方法。

接枝共聚方法是以橡胶为主链、聚苯乙烯为支链,通过自由基引发苯乙烯单体,在橡胶主链上发生接枝聚合反应,得到HIPS。生产工艺有本体法、本体-悬浮法等,其中本体法使用最为广泛。

本体法工艺是将橡胶溶解在苯乙烯单体中,然后,将溶解的胶液加入反应器中,在引发剂、热和搅拌的作用下,进行本体聚合。当单体转化率达到80%~85%,脱去未反应的单体和稀释剂,得到聚合物,直接造粒得成品。橡胶的加入,使物料的黏度增大,传热不均匀。普遍采用添加少量溶剂乙苯或甲苯的方法,可以增加传热;也可以采用热交换、补加单体、变速搅拌等方式,增加传热。

本体-悬浮法工艺是将粉碎的橡胶溶解在苯乙烯单体中,橡胶用量为5%~10%,溶解后的胶液在反应器中进行本体预聚合。预聚合时,加入引发剂、内部润滑剂(如液体石蜡)和链转移剂(如硅醇类叔十二烷硫醇),加热搅拌,预聚合温度90~110 ℃,当转化率达到30%左右时,将胶液转移到悬浮聚合釜中,釜内加有分散剂和水,分散成珠粒悬浮于水中,再补加引发剂,在90~135 ℃下,进行悬浮聚合。珠状聚合物经洗涤、干燥,加入各种助剂,挤出造粒得产品。本体-悬浮法特点是把本体法和悬浮法的优点结合起来,可以较好地控制橡胶颗粒的大小,生产过程中易于变换产品品种,产品质量纯净,外观良好。

HIPS化学结构

HIPS的化学结构是以橡胶为主链、聚苯乙烯为支链的接枝共聚物。在HIPS生产过程中,相结构变化比较复杂。少量橡胶溶解在苯乙烯单体中,形成的胶液为均相体系。当苯乙烯转化率达到6%~10%,形成两相结构,橡胶-苯乙烯胶液作为连续相,聚苯乙烯(PS)量较少,作为分散相。随着反应的进行,PS的数量不断增加,当单体转化率达到20%~30%时,发生相转变,即此时橡胶及包藏PS的橡胶粒子为分散相,PS为连续相,形成了新的相结构,橡胶及包藏PS的橡胶粒子是HIPS具有优异的冲击性能的原因。

HIPS相态结构是一种两相的“海岛结构”,橡胶作为分散相分布在连续的PS之中,橡胶相中还包藏PS树脂相。两相结构存在的体系中,相容性成为性能改善的关键。

当受到外力(冲击或拉伸)作用时,HIPS遵循典型的多重银纹增韧机理。该理论的基本观点是在HIPS体系中,存在两相结构,PS相为连续相,橡胶颗粒以分散相分布在PS相之中,同时,又有大量PS被埋藏在橡胶粒子中,形成所谓的细胞结构。PS与橡胶宏观上不发生相分离,微观上处于两相分离状态,相界面上有良好的黏结作用。当受到外力(冲击或拉伸)作用时,分散在PS中的橡胶颗粒起到应力集中的作用,引发银纹,一般是在橡胶粒子的赤道附近,然后沿最大主应变平面向外增长,并在粒子周围支化,表现出应力发白现象,从而吸收大量能量;同时,橡胶粒子又能阻止银纹的增长,这是由于大量银纹之间的应力场相互干扰,使银纹尖端的应力集中降至银纹增长的临界值以下。银纹在增长过程中,在其前端遇到了一个较大的橡胶粒子时,阻碍银纹进一步发展成为裂纹,所以大大增加了PS的韧性。银纹生成得越多,吸收的能量越多。橡胶粒子起到了两方面的作用:引发银纹的生成和阻止银纹的发展。

HIPS合成方法

高抗冲聚苯乙烯的合成方程式如下:

nC6H5CH3加nH2C等于CH2(减去C6H5CH2减去CH2减去)n合成过程中,苯甲烷(C6H5CH3)和乙烯(H2C等于CH2)通过聚合反应生成高抗冲聚苯乙烯。

多个苯乙烯单体通过共价键结合在一起,生成聚苯乙烯链,这个过程是通过自由基聚合反应完成的,自由基聚合反应中的引发剂可以提供自由基并启动聚合反应,最终形成高抗冲聚苯乙烯。

高抗冲聚苯乙烯的合成机理是通过将聚苯乙烯(Polystyrene,PS)与弹性体共混,以提高其抗冲击性能。

合成高抗冲聚苯乙烯的过程包括两个主要步骤:共混和熔融合成。

首先,通过共混将聚苯乙烯与弹性体混合,以增加材料的韧性和抗冲击性。常用的弹性体包括聚丁二烯橡胶(Polybutadiene Rubber,PBR)、聚丙烯酸酯橡胶(Polyacrylate Rubber,PAR)等。在共混过程中,聚苯乙烯与弹性体发生相互作用,形成互相交织的结构,从而提高材料的强度和韧性。

接下来,将共混后的聚苯乙烯与弹性体混合物进行熔融,通过熔融合成的方式得到高抗冲聚苯乙烯。在熔融的过程中,材料被加热到高温并搅拌均匀,使聚苯乙烯与弹性体充分融合,并形成均一的聚合物结构。熔融合成的高抗冲聚苯乙烯具有更好的物理性能和加工性能,可满足不同领域的需求。

HIPS应用领域

HIPS可用许多传统的成型方法进行加工,如注塑成型、结构泡沫塑料成型、片材和薄膜挤塑、热成型以及注坯吹塑成型等。HIPS树脂吸收水分较慢,因此一般情况下不需干燥。有时材料表面的水分过多会被吸收,从而影响最终产品的外观质量。在160 ℃下干燥2~3h就可去掉多余的水分。

HIPS应用占PS总产量的一半以上。用途主要有两方面:一是做包装材料,广泛应用于食品、化妆品、日用品、机械仪表和办公用品的包装;二是做家用电器,由于HIPS具有较高冲击强度,故大量使用在电视机、空调器、收录机、电话、吸尘器等家用电器以及仪器仪表外壳。此外,HIPS还可以制成发泡材料,用于包装、家具、建筑材料等领域。

HIPS和PP哪个好

HIPS是一种具有出色抗冲击性能的塑料,这使得它在制造需求高抗冲击性的产品时非常受欢迎。它的优点之一是相对较低的成本,这使得HIPS成为经济实惠的选择。此外,HIPS还具有较好的加工性,适用于各种注塑和吹塑工艺。然而,需要注意的是,HIPS的耐热性相对较低,因此在高温环境下的应用可能受到限制。

PP是一种热塑性塑料,具有良好的耐热性和化学稳定性。与HIPS相比,PP更适用于高温环境,并且能够在较高温度下保持结构稳定。此外,PP具有较好的抗化学腐蚀性能,使得它在一些特殊环境中表现出色。然而,需要留意的是,PP的抗冲击性相对较弱,因此在一些对抗冲击性要求较高的应用中可能需要谨慎考虑。

HIPS材料有没有毒

HIPS本身并不具备毒性。它是由聚苯乙烯和橡胶颗粒组成的复合材料,其主要成分聚苯乙烯在正常条件下是稳定且无毒的。而加入的橡胶颗粒主要起到增强抗冲击性能的作用,并不会改变聚苯乙烯的基本性质。

然而,需要注意的是,当HIPS材料在高温条件下进行加工或者燃烧时,会释放出一些有害物质,如苯、苯乙烯等。这些物质对人体健康有一定的危害性。因此,在使用HIPS材料的产品时,应尽量避免长时间暴露在高温环境下,以减少有害物质的释放。

HIPS接枝共聚物吗

HIPS是由苯乙烯和丁二烯等单体通过接枝共聚反应制备而成的。在这个过程中,苯乙烯单体作为主链,而丁二烯单体则通过接枝反应与主链结合,形成了高抗冲聚苯乙烯的特殊结构。

高抗冲聚苯乙烯具有许多优异的性能。首先,它具有出色的抗冲击性能,能够有效吸收外部冲击力,减少材料的断裂和损坏。其次,它具有良好的透明度和光泽,使其在制造透明产品时非常受欢迎。此外,高抗冲聚苯乙烯还具有优异的机械性能和耐候性,能够在各种恶劣环境下保持稳定。

HIPS为什么不透明

材料的透明度与其结构和化学成分密切相关,不同材料展现出不同的透明度水平。一般而言,通用聚苯乙烯(PS)表现出较高的透明度,而高密度聚苯乙烯(HIPS)和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)则相对较为不透明。这是由于聚苯乙烯分子链较长,分子链间的相互作用较小,因此更容易取向排列,从而赋予其较高的透明性;相反,HIPS和ABS的分子链较短,相互作用较强,难以取向排列,容易出现晶间沉淀,因而降低了它们的透明度。此外,在生产过程中添加适量的助剂也可以有效改善材料的透明性。

HIPS和ABS哪个好

HIPS是一种具有高冲击强度和韧性的聚合物,常用于支撑结构或3D打印中间层。它的耐溶解性使得HIPS在与ABS一同使用时,可以通过D-limonene(柠檬烯)进行支撑结构的轻松去除。然而,HIPS的耐热性较差,因此在高温环境下可能不够稳定。

与之相比,ABS是一种更为坚固的材料,具有良好的耐热性和机械强度。ABS的打印温度相对较高,这使得它在打印过程中能够更好地附着并保持稳定的形状。由于其优越的性能,ABS广泛应用于汽车零部件、电子产品外壳等领域。

选择HIPS还是ABS取决于你的具体需求。如果你的打印对象需要在高温环境下保持稳定,或者需要更强的机械性能,那么ABS可能更适合你的需求。而如果你的打印对象有复杂的支撑结构,且需要轻松去除支撑材料,那么HIPS可能是更明智的选择。

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