引子： 我們今天依賴的大多數(shù)高性能聚合物，如聚砜（簡稱PSF或PSU）、聚醚砜（PES）、聚苯砜（PPSU）和PPS，都是在1965年到1985年之間引入的。以下是它們?nèi)绾芜M(jìn)入咱們的工程材料工具箱的。
新聚合物的研發(fā)進(jìn)入新時代，新材料的發(fā)展歷程似乎變得越來越平淡，當(dāng)今研發(fā)的故事與過程不再那么豐富多彩，并且研發(fā)過程也沒有得到很好的記錄。這可能是因為研究從過去獨(dú)立工作的創(chuàng)造性和有靈感的個體轉(zhuǎn)移到了現(xiàn)在擁有良好結(jié)構(gòu)化研發(fā)計劃的大型化學(xué)公司。不可否認(rèn)，1965年之后開發(fā)的聚合物往往是與高性能相關(guān)的材料。
并非所有高性能聚合物都是在歷史發(fā)展的后期（上世紀(jì)六七十年代以后）才出現(xiàn)的。如前所述，聚酰胺-酰亞胺（polyamide-imide)，商業(yè)上稱為Torlon，在20世紀(jì)50年代中期首次在杜邦公司開發(fā)，然后在1960年代初由阿莫科公司（Amoco）商業(yè)化。（今天，它是索爾維公司/Solvay的產(chǎn)品。） 尼龍最早在1930年代被創(chuàng)造出來，可以說是第一個工程熱塑性塑料。但我們今天依賴的大多數(shù)高性能聚合物都是在1965年到1985年之間引入的。
聯(lián)合碳化物公司（Union Carbide）在1965年以Udel的商標(biāo)名商業(yè)化了聚砜（PSF)。帝國化學(xué)工業(yè)公司（ICI）和3M也大約在同一時間為這種化學(xué)材料申請了專利。這將無定形聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）上限從聚碳酸酯的150-155°C提高到了185-190°C，同時這種新材料有很好的耐水解性。在1970年代初至中期開發(fā)的聚醚砜（PES）和聚苯砜（PPSU），將高性能無定形熱塑性塑料的熱性能擴(kuò)展到了215-220°C。當(dāng)然，Torlon在耐熱性方面超過了這些材料。但是，要加工這種具有很高熱性能的材料很不容易，還要對剛加工出來的產(chǎn)品進(jìn)行恰當(dāng)?shù)?/span>后處理（又叫回火）才能達(dá)到最佳的性能，使得這種材料成為了一種小眾材料。
聚苯硫醚（PPS）最初是在1967年由在菲利普斯石油公司（Philips Petroleum）工作的埃德蒙茲（Edmonds）和希爾（Hill）生產(chǎn)的，他們通過將二氯苯與硫化鈉反應(yīng)，如圖示所示。材料以商品名Ryton商業(yè)化生產(chǎn)，最初的等級是基于支鏈聚合物，依賴于相對較高的填料和增強(qiáng)材料。后來的等級是基于線性聚合物，呈更淺的自然顏色。PPS是最早研發(fā)出來的高性能半結(jié)晶聚合物，為了實現(xiàn)最佳結(jié)晶水平，其模具溫度必須高于一般的水溫模具的溫度（也就是說，要用高油溫模具）。
當(dāng)PPS最初開發(fā)時，這一點（回火加工）并沒有被很好地理解，當(dāng)材料首次提交給安捷倫實驗室（Underwriters Laboratories）進(jìn)行相對熱指數(shù)（RTI）測試時，造成了相當(dāng)大的混亂。RTI評級是基于在長期暴露于高溫下由于氧化導(dǎo)致的性能損失。通常，聚合物在老化前會展現(xiàn)出一組基準(zhǔn)性能，然后當(dāng)試樣被放置在設(shè)置在各種高溫下的烘箱中時，這些性能會隨時間下降。老化溫度與產(chǎn)生一定初始性能損失所需的時間之間的關(guān)系在加速時間框架內(nèi)被表征，以產(chǎn)生出現(xiàn)在UL黃卡上的RTI值。
當(dāng)?shù)谝慌?/span>PPS樣品提交時，它們是在沒有產(chǎn)生完全結(jié)晶的條件下成型的。當(dāng)放入烘箱時，結(jié)晶繼續(xù)進(jìn)行，導(dǎo)致強(qiáng)度和剛度異常增加，而不是預(yù)期的有序下降。隨后，結(jié)晶象解釋了一切，所以，制作新樣品時采用了高油溫的模具，實現(xiàn)了更好結(jié)晶與穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。PPS提供了行業(yè)中一些最高的RTI值，許多等級達(dá)到了200-240°C的評級。該聚合物還提供了出色的耐化學(xué)性和無需添加劑即可阻燃的特性。菲利普斯（Phillips）在2014年退出了PPS業(yè)務(wù)，將產(chǎn)品線賣給了索爾維（Solvay）。
1978年，第一批聚醚醚酮（PEEK）樣品在ICI生產(chǎn)，三年內(nèi)推出了完整的商業(yè)等級目錄，以Victrex的商標(biāo)名推出。這進(jìn)一步提升了高性能半結(jié)晶聚合物的耐熱性。這種在結(jié)晶形式下，具有前所未有的343°C的熔點和143°C的Tg。隨后在這種化學(xué)上的創(chuàng)新產(chǎn)生了聚醚酮（PEK），熔點為373°C，Tg為160°C，并最終產(chǎn)生了PEKEKK的材料，Tg為170°C，熔點為387°C，與鋅壓鑄合金提供的性能相當(dāng)。
聚酰亞胺基化學(xué)（Polyimide-based chemistries）也在這一時期得到了進(jìn)一步發(fā)展。熱固性聚酰亞胺最早是在1908年由Marston Bogert和Roemer Renshaw在實驗室中創(chuàng)造的。商業(yè)化要晚得多，1953年，Walter Edwards和Robinson Maxwell在杜邦公司為基于四甲基二苯甲烷酸的聚酰亞胺申請了專利。該產(chǎn)品被稱為Vespel，它是至今為止性能最高的聚合物之一。然而，最初的化學(xué)是（熱固性）交聯(lián)材料。在1970年代末到1980年代末，酰亞胺化學(xué)被重新構(gòu)想為熱塑性形式，超越了Torlon的領(lǐng)域。其中最著名的例子是聚醚酰亞胺（PEI），最初由GE塑料公司（現(xiàn)為SABIC）開發(fā)，經(jīng)過J.G. Wirth領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊近十年的開發(fā)后，終于在1982年以Ultem的商標(biāo)名商業(yè)化。
作為一種無定形聚合物，PEI與高耐熱的砜的Tg相匹配，同時充分地發(fā)展了酰亞胺結(jié)構(gòu)，使其不需要像聚酰胺-酰亞胺那樣進(jìn)行后模具烘烤程序。雖然最初的PEI材料的Tg仍然比PAI低65°C，但這一差距已經(jīng)通過創(chuàng)新縮小了。今天，技術(shù)上可能生產(chǎn)出Tg為310°C（590°F）的聚合物。
然而，就像所有這些高性能材料一樣，在當(dāng)今的成型機(jī)框架內(nèi)，熔體可加工性成為一個問題。一種Tg為310°C（590°F）的無定形聚合物可能至少需要410°C（770°F）的加工溫度，非常接近大多數(shù)成型機(jī)能夠達(dá)到的最高溫度。因此，這種產(chǎn)品線的商品等級，以Extem的商標(biāo)名銷售，通常最高在約270°C（518°F）。
隨后，就像聚酰亞胺化學(xué)材料適應(yīng)實際應(yīng)用與加工一樣，許多其它高性能熱塑性材料也要經(jīng)過調(diào)整或改性以便適應(yīng)現(xiàn)實。加工條件非?？量?，需要高熔體和模具溫度以及高壓注射成型。如果材料能夠結(jié)晶，可能需要幾個小時的后烘烤程序來實現(xiàn)最佳結(jié)晶度。此外，熔體溫度必須提高，但這些材料如果長時間暴露在加工溫度下，可能會發(fā)生交聯(lián)。因此，熔體在料管中的停留時間又要盡可能短。
在同一時期開發(fā)的高性能家族中有一個成員，實際上起源于19世紀(jì)末的化學(xué)，值得特別對待。這就是被稱為液晶聚合物（LCP）的一類材料。這材料似乎不符合無定形和半結(jié)晶的一般類別，并且它們提供了一些獨(dú)特的特性，將在我們下一篇文章中討論。
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