說到高分子材料的耐高溫性能大家關(guān)注度都比較高，相較于行外人，行內(nèi)人即使工作以后也要經(jīng)常復(fù)習(xí)相關(guān)的一些基礎(chǔ)知識，避免在跟客戶客戶交流時(shí)產(chǎn)生爭議。高分子材料怎樣材料能耐高溫？耐高溫的機(jī)理是什么？

影響高分子材料耐高溫性能的因素

化學(xué)鍵能

為什么把鍵能排在第一位？因?yàn)檫@是咱們上學(xué)以來最早接觸的化學(xué)概念之一，屬于容易遺忘的部分，很多人在介紹材料時(shí)往往會忽視鍵能的影響。一般來說，化學(xué)鍵的鍵能越高，材料的耐高溫性能通常越好。

例如，聚四氟乙烯分子主鏈含高鍵能的 C - F 鍵，高溫下穩(wěn)定；尼龍主鏈的酰胺鍵有一定鍵能，具備較好耐熱性；環(huán)氧樹脂固化后化學(xué)鍵鍵能高，也表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性，這些高分子材料因鍵能特性展現(xiàn)出優(yōu)異熱穩(wěn)定性。聚硅氮烷（PSZ）的分子主鏈由Si-N鍵組成，其鍵能較高，因此在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。

結(jié)晶度

結(jié)晶度高的高分子材料通常具有更高的耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度。結(jié)晶性塑料在溫度升高時(shí)不出現(xiàn)高彈態(tài)，溫度升高至熔融溫度Tm時(shí)，呈現(xiàn)粘流態(tài)。因此結(jié)晶性塑料的使用溫度從Tg(玻璃化溫度)提高到Tm(熔融溫度)以下。下圖為橡膠結(jié)晶溫度與熔限的關(guān)系。

在材料科學(xué)領(lǐng)域，結(jié)晶度與熱變形溫度之間存在緊密關(guān)聯(lián)，這一特性在多種材料中均有體現(xiàn)。以聚丙烯為例，結(jié)晶度為 70% 時(shí)，在載荷下熱變形溫度為 125℃，當(dāng)結(jié)晶度提升至 95%，熱變形溫度升高到 151℃ ，直觀展示了結(jié)晶度對熱變形溫度的顯著影響。
同樣的規(guī)律在其他常見材料中也得到驗(yàn)證。未增強(qiáng)的 PET 結(jié)晶度通常處于 40% - 60%，熱變形溫度僅在 85℃左右。但經(jīng)過玻纖增強(qiáng)，結(jié)晶度得以提升，熱變形溫度大幅躍升至 225℃。
聚甲醛（POM）也是如此，一般情況下，其結(jié)晶度在 75% - 85%，熱變形溫度處于 110℃ - 124℃。若通過特殊工藝或添加成核劑等手段，使結(jié)晶度接近 90%，熱變形溫度便能提升至 160℃左右。
尼龍 66（PA66）在普通成型條件下，結(jié)晶度為 40% - 50%，熱變形溫度在 70℃ - 80℃。而經(jīng)過熱處理等方式，將結(jié)晶度提高到 60% - 70% 后，熱變形溫度可達(dá) 150℃ - 170℃ 。

分子結(jié)構(gòu)

分子結(jié)構(gòu)中的取向和排列、交聯(lián)和支鏈結(jié)構(gòu)、取代基和官能團(tuán)均對高分子材料熱穩(wěn)定性影響顯著。取向和排列方面，分子鏈排列方式影響熱膨脹性能，取向影響熱傳導(dǎo)性能。

交聯(lián)能增強(qiáng)三維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，支鏈結(jié)構(gòu)可降低熔融溫度和熱膨脹系數(shù)；芳香族取代基可增加稠度和剛性，穩(wěn)定性好的官能團(tuán)能減少熱解反應(yīng)，這些都有助于提升材料熱穩(wěn)定性。

而聚酰亞胺（PI）的分子鏈中包含酰亞胺環(huán)和芳環(huán)，這些結(jié)構(gòu)賦予了材料極高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。此外，分子鏈的剛性也會影響耐高溫性能，剛性鏈結(jié)構(gòu)的高分子材料通常具有更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和熔點(diǎn)（Tm）。

典型的耐高溫高分子材料

聚酰亞胺（PI）

聚酰亞胺是一種具有卓越耐高溫性能的聚合物，其長期使用溫度可達(dá)300℃以上，短時(shí)間內(nèi)可承受高達(dá)500℃的高溫。PI不僅耐高溫，還具有優(yōu)異的機(jī)械性能、電絕緣性能和耐化學(xué)腐蝕性。其廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、化工等領(lǐng)域，如高溫結(jié)構(gòu)件、隔熱材料、印制電路板等。

聚硅氮烷（PSZ）

聚硅氮烷是一類無機(jī)高分子材料，其分子主鏈由Si-N鍵組成。這種材料在高溫下可以轉(zhuǎn)化為二氧化硅陶瓷，因此具有極高的耐高溫性能，耐溫可達(dá)1800℃。PSZ還具有低粘度、高附著力和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，被廣泛用于高溫涂料和陶瓷前驅(qū)體。

聚苯硫醚（PPS）

聚苯硫醚是一種結(jié)晶性聚合物，具有極高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。PPS可以在200℃以上的高溫環(huán)境中長期穩(wěn)定工作，并且具有良好的機(jī)械性能和電絕緣性能。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括電子電器、汽車和航空航天等，如發(fā)動機(jī)周邊部件、連接器等。

聚醚醚酮（PEEK）

PEEK是一種高性能的熱塑性塑料，其連續(xù)使用溫度可達(dá)260℃，瞬間使用溫度甚至可以超過300℃。PEEK具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐磨性和電絕緣性能，被廣泛用于醫(yī)療、航空航天和汽車領(lǐng)域，如人工骨骼、飛機(jī)零部件等。

芳綸1313

芳綸1313是一種高性能纖維，具有出色的耐高溫性，可以在220℃的高溫下長期使用而不發(fā)生老化。其極限氧指數(shù)大于28%，屬于難燃纖維，不助燃，自熄性能好。芳綸1313被廣泛應(yīng)用于防護(hù)服、防火車、航空和汽車行業(yè)。

聚苯并咪唑（PBI）

PBI是一種超耐高溫工程塑料，長期使用溫度可達(dá)370℃。它具有出色的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和耐化學(xué)腐蝕性，適用于極端高溫和苛刻化學(xué)環(huán)境的應(yīng)用。

請大家在關(guān)注材料耐高溫性能時(shí)，務(wù)必關(guān)注基本概念。

來源：先進(jìn)高分子材料信息