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一、聚苯醚PPE
聚苯醚化學名稱為聚 2,6-二甲基-1,4-苯醚, PPE(Polypheylene ether) 或簡稱PPO( Polyphenylene Oxide)。又稱為聚亞苯基氧化物或聚苯撐醚,是一類耐高溫的熱塑性樹脂。
市場上通用的主要為改性的聚苯醚(Modified Polyphenylene Oxide),簡稱MPPO,或者
MPPE(Modified Polypheylene ether)。由于習慣上,對聚苯醚和其改性共混聚合物都稱為
PPE(美國叫法)或PPO(日本叫法),本文也采用通俗稱法:以下稱為PPE或PPO。
二、聚苯醚PPE特性 PPE是一種綜合性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料,突出的是電絕緣性和耐水性優(yōu)異,尺寸穩(wěn)定性好。
1. 介電性能居工程塑料之首:PPE樹脂分子結(jié)構(gòu)中無強極性基團,電性能穩(wěn)定,可在 廣泛的溫度及頻率范圍內(nèi)保持良好的電性能。其介電常數(shù)和介電損耗角正切是工程塑料中最
小的,且?guī)缀醪皇軠囟?、濕度及頻率數(shù)的影響。其體積電阻率是工程塑料中最高的。PPE的優(yōu)異電性能使其廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)電器產(chǎn)品,尤其是耐高壓的部件,如彩電的行輸出變壓器( FBT)等。
2. 良好的機械性能及熱性能:PPE子鏈中,含有大量的芳香環(huán)結(jié)構(gòu),分子鏈感性較強。
樹脂的機械強度較高,耐蠕變性優(yōu)良,溫度變化影響甚小。 PPE具有較高的耐熱性,玻璃化溫度高達211℃,熔點268℃。
3. 優(yōu)異的耐水性:PPE 為非結(jié)晶性樹脂,在通常的溫度范圍,分子運動少,主鏈中無 大的極性基團,偶極矩不發(fā)生分極,耐水性非常好,是工程塑料中吸水率的品種。在熱水中長時間浸泡其物理性能仍有很少下降。
4. 阻燃性良好,具有自熄性:PPE的氧指數(shù) 29,為自熄材料,而高抗沖擊性聚苯乙烯
的氧指數(shù) 17為易燃性材料,二者合一是具中等程度的可燃性,制造阻燃等級PPE時,不需要添加鹵素的阻燃劑,加入含磷類阻燃劑即可達到UL94標準,減少對環(huán)境的污染。
5. 收縮率低,尺寸穩(wěn)定性好;無毒,密度小。
6. 耐介質(zhì)性和耐光性:PPE對酸、堿和洗滌劑等基本不受腐蝕,在受力的情況下,礦 物油及酮類、酯類溶劑會產(chǎn)生應(yīng)力開裂;對有機溶劑如脂肪烴、鹵代脂肪烴和芳香烴等會使之融漲和溶解。PPE弱點是耐光性差,長時間在陽光或熒光燈下使用產(chǎn)生變色,顏色發(fā)黃,原因是紫外線能使芳香醚的鏈結(jié)合分裂所致。而如何改善PPE 的耐光性成為一個課題。
三、聚苯醚(PPE)成型工藝
PPE可通過注塑、擠出等工藝加工成各種制品:
1. 注塑:柱塞式或螺桿式注塑機都能加工PPE。一般采用螺桿式注塑機,要求長徑比
大于15:1,壓縮比1.7~4.0(一般采用 2.5~3.5)。
2. 擠出:PPE能在擠出機上加工成管、片、棒、塊等。采用排氣式、長徑比大的擠出
相關(guān)應(yīng)用:
天線罩是保護天線系統(tǒng)免受外部環(huán)境(雨雪、沙塵、太陽輻射、生物等)影響的結(jié)構(gòu)件,它在電氣性能上具有良好的電磁波穿透特性,機械性能上能經(jīng)受外部惡劣環(huán)境的作用,以保證天線精度、使用壽命及工作可靠性。因此天線罩材料應(yīng)滿足介電性能、力學性能、耐候性、工藝性和重量等要求。
5G屬于中高頻段,具有頻率高、波長短,損耗快,傳輸距離短且穿透力差等特點,因此要達到現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋水平,5G基站建設(shè)需要更密集,據(jù)預(yù)測,5G基站總數(shù)將是4G基站的2至3倍。
而除了數(shù)量上的提高,5G對于材料性能的要求也更高,5G通訊對天線罩材料在介電性能、輕量化等方面就提出了更高的要求:
1、低介電、低損耗
天線罩在起到保護作用的同時,材料的介電性能還會直接影響天線的性能。材料對電磁波的吸收和反射作用會降低信號的傳輸效率,因而天線罩材料需要采用低介電常數(shù)、低介電損耗的材料,而5G的毫米波更容易損耗,因此對材料的介電性能要求更高。目前亟待開發(fā)出低介電、低損耗的材料用于5G天線罩。
2、輕量化
天線罩材料通常是纖維增強樹脂復合材料,目前天線罩主要以玻璃鋼為主,但是玻璃鋼的比重較大,不利于天線的輕量化設(shè)計,而華為的天線罩新材料是采用GFRPP即超強型玻璃纖維增強聚丙烯樹脂,相比傳統(tǒng)玻璃鋼輕40%,控制多頻天線重量在50公斤以內(nèi),避免天線吊裝以節(jié)省安裝時間和成本。由此可見,為滿足5G天線輕量化、集成化、小型化的設(shè)計需要,天線罩材料也必將向輕量化發(fā)展。
3、環(huán)保
近年來,隨著人們環(huán)保意識的增強,國內(nèi)外對環(huán)保的要求越來越高,環(huán)境友好型是5G材料發(fā)展的重要方向。
面對5G對天線罩材料的更高要求,各企業(yè)積極研究開發(fā)具有高性價比、環(huán)境友好型、輕量化的低介電、低損耗增強改性材料,包括ASA、PP、PC、PPE等材料。
5G基站按照功率大小,可以分為宏基站、小基站,5G宏基站天線罩尺寸長、體積大,注塑加工成本高且易變形,可采用擠塑工藝,選材主要有耐候性低介電PPE、長玻PP等。下面,我們來看下耐候低介電PPE材料在5G宏基站天線罩上的應(yīng)用。
聚苯醚(Polyphenylene Oxide或Polypheylene ether,簡稱PPO或PPE),化學名稱為聚2,6-二甲基-1,4-苯醚,結(jié)構(gòu)式如下圖所示:
聚苯醚是一種綜合性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料,其分子鏈中含有大量芳香環(huán)結(jié)構(gòu),使分子鏈段內(nèi)旋轉(zhuǎn)的位壘增加,分子鏈剛性強,阻燃性良好,具有自熄性,耐熱性高;分子結(jié)構(gòu)對稱性好,無極性集團,因此吸水率非常低,表現(xiàn)出優(yōu)異的耐濕性能,介電常數(shù)及介質(zhì)損耗角正切是工程塑料中最小的,介電常數(shù)隨著溫度、頻率的變化很小,是一種良好的高頻材料。
聚苯醚的主要缺陷是耐光性差和加工性差,長時間在陽光或熒光燈下使用產(chǎn)生變色,顏色發(fā)黃,原因是紫外線能使芳香醚的鏈結(jié)合分裂所致,因此需要會對聚苯醚進行改性。將PPE合金與耐光穩(wěn)定、加工性好的樹脂和助劑做成的復合材料,經(jīng)實驗檢測和應(yīng)用考驗,能很好的解決其加工性和使用問題,形成一系列產(chǎn)品并在基站外罩上使用。
耐候低介電PPE擠塑宏基站案例
經(jīng)改性后的耐候低介電常數(shù)低介電損耗PPE材料具有低介電常數(shù)(DK=2.3-2.5)和低介電損耗(DF=0.002-0.003)、可擠塑成型、耐候(達到F1等級)、強初綜合性好、密度低且尺寸穩(wěn)定和表面可全屬化六大特征,適用5G宏基站天線罩,具體如下:
1. 5G基站使用高頻波,PPE材料的低介電常數(shù)和低介電損耗,對其屏蔽少;
2. 5G宏基站天線罩尺寸長、體積大,用注塑成型工藝,模具和注塑設(shè)備造價極高且容易變形,因PPE的耐溫和尺寸穩(wěn)定好的特性,適合擠塑尺寸大產(chǎn)品;
3. 5G基站作為戶外設(shè)備,其配件材料需滿足F1耐候等級,甚至要求表面電鍍等;
4. 5G基站天線罩和外殼作為起保護作用的結(jié)構(gòu)件,需要強韌度高和密度低輕量化。