塑料，以長期使用溫度分類，可分為通用塑料、工程塑料和高溫塑料，其中高溫塑料又被稱為耐熱塑料、高性能塑料、特種工程塑料等。

通用塑料，是在低於100 oC的溫度範圍內長期使用的塑料；五大通用塑料包括聚乙烯（Polyethylene, PE）、聚丙烯（Polypropylene, PP）、聚苯乙烯（Polystyrene, PS）、聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride, PVC）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymer, ABS）；它們具有較低的機械性能，但適用範圍廣，加工性能優異，廣泛應用於包裝、家電及建築等行業。

工程塑料，是在100 oC至150 oC的溫度範圍內長期使用的塑料；五大工程塑料包括聚碳酸酯（Polycarbonate, PC）、聚甲醛（Polyoxymethylene, POM）、聚酯（Polybutylene Terephthalate, PBT）、聚醯胺（Polyamide, PA）和聚苯醚（Polyphenylene Oxide, PPO）；它們具有良好的機械性能、耐化學性和耐磨性，通過添加改性劑，可優化材料，易於加工的工程塑料被廣泛的用於汽車、電子及機械等行業。

高溫塑料，是可以在高於150 oC的溫度長期使用的塑料；它們具有許多在高工作溫度下才能體現的優異性能，包括良好的機械性能和卓越的耐化學性，還包括抗輻射、阻燃和良好的電氣性能；通過改性，可以提高材料的尺寸穩定性和剛性，同時改善摩擦性能和調整導電性；在軍事、航空、航天、汽車及石油和天然氣等行業，替換傳統金屬和陶瓷的過程中，高溫塑料不斷有新的、挑戰性的應用，成為發展最快的塑料產品之一。

1. 工程塑料到高溫塑料的橋樑——PPA, PARA

芳香族聚醯胺包括半芳香聚醯胺（Polyphthalamide, PPA）和全芳香聚醯胺（Polyarylamide, PARA），通過在脂肪族PA分子主鏈中引入含有苯環的半芳香或全芳香醯胺鏈段，提升常規PA的機械性能、耐熱性和尺寸穩定性等。

PPA的主要供應商有BASF, DuPont, DSM, EMS, Evonik, Kuraray, Mitsui, SABIC和Solvay，常見的有PA4T, PA6T, PA9T, PA10T及其他PPA。表1，以DuPont的Zytel?為例，展示和對照PA6, PA66及PPA的性能，其中PPA為PA6T/XT（己二胺+甲基戊二胺+對苯二甲酸）。

PARA的主要供應商有DuPont, Kolon, Solvay, Teijin和Tayho等，其中最著名的是DuPont的Nomex（聚間苯二甲醯間苯二甲胺）和Kevlar（全對位聚芳醯胺）。Nomex主要產品形態是紙（絕緣紙）、片材和纖維；無熔點，370 oC以上開始分解；介電強度高，可承受短期40 kV/mm的電壓；力學韌性好（1.5 mm厚的絕緣紙，拉伸強度1800 N/cm，斷裂伸長率8.0%）；在220 oC可長期使用十年以上；耐化學腐蝕、耐輻照和耐燃；主要用於電氣絕緣（如變壓器）和阻燃等。 Kevlar主要產品形態是纖維和片材；無熔點，427 oC以上開始分解；高強度、高模量和韌性（纖維的拉伸強度3.6 GPa，拉伸模量130 GPa，斷裂伸長率3%）；長期使用溫度180 oC；主要作為超強纖維和增強材料，用於軍事、航空和航天等結構部件。

2. 以塑代鋼的典範——PPS, PAEK, PI

聚苯硫醚（Polyphenylene Sulfide, PPS）是分子主鏈中帶有苯硫鍵的熱塑性、半結晶樹脂。PPS的主要供應商有Celanese, DIC, Kureha, Polyplastics, Solvay, Toray, Tosoh和Zhejiang NHU等。PPS可在180至220 oC溫度範圍內長期使用，吸水率極低，尺寸穩定性好，通過改性後，作為結構材料，廣泛用於電子、電氣、汽車等行業。表2，以Celanese的Fortron?為例，展示PPS的性能。

聚芳醚酮（Polyaryletherketon, PAEK）是半結晶、熱塑性塑料，主要包括聚醚酮（Polyetherketone, PEK）、聚醚醚酮（Polyetheretherketone, PEEK）、聚醚酮酮（Polyetherketoneketone, PEKK）等。PAEK各品種間的區別是化學組成、醚酮的順序和比例，玻璃化轉變溫度從143到175 oC，熔點從338到375 oC。PAEK分子結構中含有苯環，具有良好的機械性能、電絕緣性和耐化學腐蝕性；醚鍵又使其具有柔性，可以用熱塑性塑料的加工方式進行成型加工。PAEK的主要供應商有AKRO-PLASTIC, Celanese, Evonik, Solvay和Victrex等。表3，以Victrex的PEEK為例，展示PEEK的性能。值得一提的是，PEEK在3D列印線材和粉體方面發展很快，Lehvoss, Indmatec, Solid Concepts等供應商可提供相關的材料。

聚醯亞胺（Polyimide, PI）是主鏈上含有醯亞胺（-CO-NH-CO-）的聚合物，包括脂肪族、半芳香族和芳香族PI三種，無定形為主，有熱塑和熱固性。PI無明顯熔點，耐高溫達400 oC ，高絕緣性能；廣泛應用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領域。PI的主要產品形態是薄膜、纖維、泡沫及樹脂。PI薄膜的主要供應商有3E Etese, Arakawa, DuPont, Kaneka, Mitsui, Taimide等。DuPont的Kapton?的Type 100 HN PI薄膜在23oC和200 oC下的拉伸強度分別為231 MPa和139 MPa，拉伸模量分別為2.5 GPa和2.9 GPa。表4，以Mitsui的Aurum?為例，展示可用於注塑加工的PI樹脂的性能。

在高溫塑料中，從耐溫的維度來看，聚醯亞胺（PI）位於金字塔的頂部。聚醯亞胺由二酐和二胺聚合而成，通過進一步在主鏈上引入醚鍵和醯胺鍵，可分別獲得聚醚-醯亞胺（Polyether-imide, PEI）和聚醯胺-醯亞胺（Polyamide-imide, PAI）。對於商業化的熱塑性聚醯亞胺，PI, PEI和PAI的典型代表分別是Mitsui的Aurum?，Sabic的Ultem?和Solvay的Torlon?。表5展示了這三家供應商產品的基本性能。值得一提的是，Sabic的Ultem? PEI已經開始應用在Stratasys的3D列印絲材中（Ultem? 9085）。總之，聚醯亞胺的品種較多，綜合性能突出，從薄膜、纖維、塗料、泡沫到複合材料等，可以根據各種應用目的進行選擇。

在高溫塑料中，有一類無定形材料，透光率較高（ASTM D1003），屬於透明塑料（波長400~800nm可見光的透光率在80%以上），相較於常見的透明塑料PS、PC和PMMA，具有更高的耐熱溫度，在以塑料代替玻璃中，能夠滿足高溫下對材料更為苛刻的要求。

3. 以塑代玻璃的典範——PSU, PESU, PPSU, PAR

聚碸（Polysulfone, PSU或PSF）是一類主鏈中含有-SO2-的熱塑性樹脂，無定形。聚碸主要有三種，普通的雙酚A型PSU，聚醚碸（Polyethersulfone, PESU）和聚芳碸（Polyphenylsulfone, PPSU），三者的結構式見下圖。聚碸的長期使用溫度可達180 oC，短期耐熱可到220 oC，具有良好的尺寸穩定性，電絕緣性，耐化學和耐水解性，主要應用在汽車、電子和電氣、家居（食品接觸）等領域，尤其是一些透明部件，是金屬、玻璃和陶瓷的良好替代方案。

目前，聚碸的供應商主要有BASF, Sabic, Solvay, Sumitomo等。表6以BASF的Ultrason?為例，展示PSU, PESU和PPSU的性能。三者均可進一步用玻纖和碳纖增強，採用注塑、擠出的工藝加工成型。

聚芳酯（Polyarylate, PAR）屬於多芳基化合物，是主鏈有苯環和酯鍵的熱塑性樹脂，無定形。PAR具有良好的透光率（接近90%）、耐熱性、彈性回復、耐候性和阻燃性能，主要用於精密器件、汽車、醫療、食品及日用品。PAR的典型代表是Unitika的U-polymer?，是雙酚A和對苯二甲酸、間苯二甲酸的共聚物。表7展示了部分U-polymer的性能，值得一提的是PAR的韌性明顯要優於聚碸類塑料。

4. 高流動性的高溫塑料——LCP

液晶高分子聚合物（Liquid Crystal Polymer, LCP）是一種由剛性分子鏈構成的，在一定的條件下能出現既有液體的流動性又有晶體的各向異性（液晶態）的高分子。這裡要介紹的是熱致性LCP材料，即液晶態在熔體中形成，可採用注塑、擠出等工藝加工成型。

LCP最大的特點是在熔融狀態下，分子間的纏繞非常少，只需很小的剪切應力就可以使其取向；LCP具有極高的強度和模量，線性膨脹係數比一般塑料低一個數量級，與金屬材料相當；因此，當塑料製品要求樹脂具有高流動性、薄壁成型性和尺寸穩定性時，LCP是最優的選擇。目前，LCP主要應用於電子器件上，如連接器、插槽、開關、支架和感測器等。

目前，商品化的LCP的主要聚合單體包括對羥基苯甲酸（PHBA），聯苯二酚（BP），2-羥基-6-萘甲酸（HNA）和對苯二甲酸（TPA）。LCP的主要供應商有Celanese, Polyplastics, Toray, Seyang, Sumitomo等。表8以Polyplastics的Laperos?為例，展示LCP的性能。

5. 特殊功能塑料（氟塑料）——PVDF, PTFE, PCTFE等

氟塑料是部分或全部氫原子被氟原子取代的聚烷烴。常見的六大氟塑料包括聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene, PTFE），四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物（可溶性聚四氟乙烯, Polyfluoroalkoxy, PFA），聚全氟乙丙烯（Fluorinated Ethylene Propylene, FEP），乙烯-四氟乙烯共聚物（聚氟乙烯，Ethylene-Tetra-Fluoro-Ethylene, ETFE）,聚偏氟乙烯（Poly vinylidene fluoride, PVDF）和聚氯代三氟乙烯（Polychlorotrifluroethylene, PCTEF）。

整體上，氟塑料具有優異的耐腐蝕性、耐高低溫、低摩擦係數、良好的自潤滑性和介電性能，廣泛應用於化工、電子、電氣、航空、航天、機械、建築、醫藥、汽車等工業領域。六大氟塑料的主要性能見表9，其中PTFE熔體粘度過大，不適用於注塑工藝；PFA, FEP, ETFE, PVDF和PCTEF的加工性能較優，可採用注塑、擠出等工藝成型。目前，氟塑料的主要供應商有3M, Chemours (原DuPont氟塑料), Dakin, Solvay, Arkema等，產品形態包括擠出型材、粒料、薄膜、粉體等。值得一提的是，有些氟塑料，如PVDF等，具備傳統高溫塑料所不具備的阻隔、壓電等特殊性能，在一些鋰電池、半導體等行業的挑戰性新應用中發展快速。

總之，高溫塑料主要包括芳香族聚醯胺（PPA, PARA）、聚苯硫醚（PPS）、聚芳醚酮（PEAK）、聚醯亞胺（PI）、聚碸（PSU, PESU, PPSU）、聚芳酯（PAR）、液晶高分子（LCP）和氟塑料等，它們的長期使用溫度在150到300 oC之間，主要特點分別包括高耐熱、高強度、高透明性、高流動性和高耐摩擦性等，而且可以通過改性進一步提高性能。這些高溫塑料具備各自的優勢和劣勢，在航空航天、汽車、電子等行業，以塑代鋼、以塑代玻璃（或陶瓷）和各種挑戰性應用中，需要不同的材料選擇和產品設計，以滿足各種要求。

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