พลาสติกประสิทธิภาพสูงคือพลาสติกที่ตรงตามข้อกำหนดที่สูงกว่า พลาสติก มาตรฐาน ( ทั่วไป ) หรือ พลาสติก วิศวกรรมมีราคาแพงกว่าและใช้ในปริมาณน้อยกว่า^{[ 1 ]}

พลาสติกประสิทธิภาพสูงแตกต่างจากพลาสติกมาตรฐานและพลาสติกวิศวกรรมเป็นหลักในด้านความเสถียรต่ออุณหภูมิแต่ยังรวมถึงความทนทานต่อสารเคมีและคุณสมบัติทางกลปริมาณการผลิต และราคาด้วย

คำว่าพลาสติกประสิทธิภาพสูงมีคำพ้องความหมายมากมาย เช่น พลาสติกทนความร้อนสูง โพลิเมอร์ประสิทธิภาพสูง เทอร์โมพลาสติกประสิทธิภาพสูง หรือพลาสติกไฮเทค ชื่อ "พลาสติกทนความร้อนสูง" ถูกนำมาใช้เนื่องจากอุณหภูมิใช้งานต่อเนื่อง (CST) ของพลาสติกชนิดนี้สูงกว่า 150 °C เสมอตามนิยาม (แม้ว่านี่จะไม่ใช่คุณสมบัติเพียงอย่างเดียว ดังที่เห็นได้ข้างต้น)

คำว่า " พอลิเมอร์ " มักถูกใช้แทน คำ ว่า "พลาสติก" เนื่องจากทั้งสองคำนี้ใช้เป็นคำพ้องความหมายในสาขาวิศวกรรม

อย่างไรก็ตาม การแยกความแตกต่างจากพลาสติกที่มีกำลังน้อยกว่านั้นแตกต่างกันไปตามกาลเวลา ในขณะที่ไนลอนและโพลี(เอทิลีนเทเรฟทาเลต)ในตอนแรกถือว่าเป็นพลาสติกที่มีกำลัง แต่ปัจจุบันถือเป็นพลาสติกธรรมดา^{[ 2 ]}

การปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลและความเสถียรทางความร้อนเป็นเป้าหมายสำคัญในการวิจัยพลาสติกชนิดใหม่มาโดยตลอด นับตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1960 การพัฒนาพลาสติกประสิทธิภาพสูงได้รับแรงผลักดันจากความต้องการที่เกี่ยวข้องในด้าน เทคโนโลยี การบินและ อวกาศ และเทคโนโลยีนิวเคลียร์^{[ 3 ]}เส้นทางการสังเคราะห์สำหรับPPS , PESและPSUได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษ 1960 โดยPhilips , ICIและUnion Carbideการเข้าสู่ตลาดเกิดขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1970 การผลิตPEEK (ICI), PEK (ICI) และPEI (General Electric) ผ่านกระบวนการพอ ลิคอนเดนเซชัน ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษ 1970 PEKได้รับการนำเสนอโดยRaychem ตั้งแต่ปี 1972 อย่างไรก็ตาม ผลิตโดยการสังเคราะห์แบบอิเล็กโทรฟิลิก เนื่องจากการสังเคราะห์แบบอิเล็กโทรฟิลิกโดยทั่วไปมีข้อเสียคือมีความเลือกสรรต่ำต่อพอ ลิเมอร์ เชิงเส้นและใช้ สารตั้งต้นที่ รุนแรงผลิตภัณฑ์จึงสามารถอยู่ในตลาด ได้เพียงระยะเวลาสั้นๆ ด้วยเหตุนี้ พลาสติกประสิทธิภาพสูงส่วนใหญ่ในปัจจุบันจึงผลิตโดยกระบวนการพอลิคอนเดนเซชัน^{[ 2 ]}

ในกระบวนการผลิตโดยการควบแน่นพอลิเมอร์ ความบริสุทธิ์สูงของวัตถุดิบเริ่มต้นมีความสำคัญ นอกจากนี้ สเตอริโอเคมียังมีบทบาทในการบรรลุคุณสมบัติที่ต้องการโดยทั่วไป ดังนั้น การพัฒนาพลาสติกประสิทธิภาพสูงชนิดใหม่จึงมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการพัฒนาและการผลิตโมโนเมอร์ที่ เป็นส่วนประกอบอย่างประหยัด ^{[ 2 ]}

พลาสติกประสิทธิภาพสูงตรงตามข้อกำหนดที่สูงกว่าพลาสติกมาตรฐานและพลาสติกวิศวกรรม เนื่องจากมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีกว่า มีเสถียรภาพทางเคมีและ/หรือเสถียรภาพทางความร้อนสูงกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณสมบัติหลังนี้ทำให้การแปรรูปทำได้ยาก มักต้องใช้เครื่องจักรเฉพาะทาง พลาสติกประสิทธิภาพสูงส่วนใหญ่ถูกนำไปใช้เพื่อคุณสมบัติเพียงอย่างเดียว (เช่น เสถียรภาพทางความร้อน) ซึ่งแตกต่างจากพลาสติกวิศวกรรมที่ให้ประสิทธิภาพปานกลางในคุณสมบัติที่หลากหลายกว่า^{[ 1 ]}การใช้งานที่หลากหลายของพลาสติกประสิทธิภาพสูง ได้แก่ ท่อส่งของเหลว ฉนวนสายไฟ สถาปัตยกรรม และใยแก้วนำแสง^{[ 4 ]}

พลาสติกประสิทธิภาพสูงมีราคาค่อนข้างสูง: ราคาต่อกิโลกรัมอาจอยู่ระหว่าง 5 ดอลลาร์สหรัฐ ( PA 46 ) ถึง 100 ดอลลาร์สหรัฐ ( PEEK ) ค่าเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 15 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัม^{[ 5 ]}ดังนั้นพลาสติกประสิทธิภาพสูงจึงมีราคาแพงกว่าพลาสติกวิศวกรรมประมาณ 3 ถึง 20 เท่า^{[ 2 ]}ในอนาคต ไม่สามารถคาดหวังการลดลงของราคาอย่างมีนัยสำคัญได้ เนื่องจากต้นทุนการลงทุนสำหรับอุปกรณ์การผลิต การพัฒนาที่ใช้เวลานาน และต้นทุนการจัดจำหน่ายที่สูงจะยังคงคงที่^{[ 5 ]}

เนื่องจากปริมาณการผลิตมีจำกัดมากเพียง 20,000 ตันต่อปี พลาสติกประสิทธิภาพสูงจึงมีส่วนแบ่งการตลาดเพียงประมาณ 1% เท่านั้น^{[ 1 ] [ 3 ]}

ในกลุ่มโพลิเมอร์ประสิทธิภาพสูง ฟลูออโรโพลิเมอร์มีส่วนแบ่งการตลาด 45% (ตัวแทนหลักคือ PTFE) โพลิเมอร์อะโรมาติกที่มีกำมะถันมีส่วนแบ่งการตลาด 20% (ส่วนใหญ่คือ PPS) โพลิอาริลอีเทอร์อะโรมาติกและโพลิคีโตนมีส่วนแบ่งการตลาด 10% (ส่วนใหญ่คือ PEEK) และโพลิเมอร์ผลึกเหลว (LCP) 6% ^{[ 5 ] [ 6 ]}ผู้บริโภคพลาสติกประสิทธิภาพสูงรายใหญ่ที่สุดสองกลุ่มคืออุตสาหกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (41%) และอุตสาหกรรมยานยนต์ (24%) อุตสาหกรรมที่เหลือทั้งหมด (รวมถึงอุตสาหกรรมเคมี ) มีส่วนแบ่ง 23% ^{[ 5 ]}

ความเสถียรทางความร้อนเป็นคุณสมบัติสำคัญของพลาสติกประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้ คุณสมบัติทางกลยังมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความเสถียรทางความร้อนด้วย

โดยอาศัยคุณสมบัติของพลาสติกมาตรฐาน การปรับปรุงคุณสมบัติทางกลและทางความร้อนบางอย่างสามารถทำได้แล้วโดยการเติมสารทำให้คงตัวหรือวัสดุเสริมแรง ( เช่นเส้นใยแก้วและคาร์บอน ) หรือโดยการเพิ่ม ระดับการเกิดพอลิเมอร์การปรับปรุงเพิ่มเติมสามารถทำได้โดยการแทนที่หน่วยอะลิฟาติกด้วยหน่วยอะโรมาติก ด้วยวิธีนี้จะสามารถเข้าถึงอุณหภูมิการใช้งานได้ถึง 130 °C เทอร์โมเซต (ซึ่งไม่จัดอยู่ในกลุ่มพลาสติกประสิทธิภาพสูง ดูด้านบน) มีเสถียรภาพทางอุณหภูมิที่คล้ายกัน โดยสูงถึง 150 °C อุณหภูมิการใช้งานที่สูงขึ้นไปอีกสามารถทำได้โดยการเชื่อมต่ออะโรมาติก (เช่นฟีนิล ) กับออกซิเจน (เช่น กลุ่ม ไดฟีนิลอีเทอร์เช่น PEEK) ซัลเฟอร์ (เช่นกลุ่มไดฟีนิลซัลโฟนใน PES หรือกลุ่มไดฟีนิลเช่น ใน PPS) หรือไนโตรเจน ( กลุ่ม อิมิดในPEIหรือPAI ) อุณหภูมิการใช้งานที่ได้อาจอยู่ระหว่าง 200 °C ในกรณีของ PES ถึง 260 °C ในกรณีของ PEI หรือ PAI ^{[ 7 ]}

การเพิ่มขึ้นของเสถียรภาพทางอุณหภูมิจากการรวมหน่วยอะโรมาติกนั้นเกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่า เสถียรภาพทางอุณหภูมิของพอลิเมอร์นั้นถูกกำหนดโดยความต้านทานต่อการเสื่อมสภาพจากความร้อนและความต้านทานต่อการออกซิเดชันการเสื่อมสภาพจากความร้อนเกิดขึ้นเป็นหลักจากการแตกตัวของโซ่แบบสุ่ม การสลายตัว ของพอลิเมอร์และการกำจัดสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำมีบทบาทเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

การเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์เนื่องจากความร้อนและออกซิเดชันเริ่มต้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าการเสื่อมสภาพจากความร้อนเพียงอย่างเดียว การเสื่อมสภาพทั้งสองประเภทดำเนินไปตามกลไกของอนุมูลอิสระ^{[ 8 ]}สารอะโรมาติกให้การป้องกันที่ดีต่อการเสื่อมสภาพทั้งสองประเภท เนื่องจากอนุมูลอิสระสามารถกระจายตัวผ่านระบบ πของสารอะโรมาติกและทำให้เสถียรได้ ด้วยวิธีนี้ความเสถียรทางความร้อนจึงเพิ่มขึ้นอย่างมากโพลี(พี-ฟีนิลีน)สามารถใช้เป็นตัวอย่างได้ ซึ่งประกอบด้วยสารอะโรมาติกทั้งหมดและให้ความเสถียรอย่างมาก แม้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 °C ในทางกลับกัน ความแข็งแกร่งของโซ่ทำให้ไม่สามารถแปรรูปได้ เพื่อหาความสมดุลระหว่างความสามารถในการแปรรูปและความเสถียร สามารถรวมหน่วยที่ยืดหยุ่นเข้าไปในโซ่ได้ (เช่นO , S , C(CH3 ₎ )นอกจากนี้ยังสามารถแทนที่สารอะโรมาติกด้วยหน่วยที่ค่อนข้างแข็งอื่นๆ (เช่นSO2 , CO ) _การผสมองค์ประกอบต่างๆ เหล่านี้ทำให้เกิดพลาสติกประสิทธิภาพสูงหลากหลายชนิดที่มีลักษณะเฉพาะแตกต่างกัน^{[ 2 ]}

ในทางปฏิบัติ ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงสุด (ประมาณ 260 °C) สามารถทำได้ด้วยฟลูออโรโพลิเมอร์ (โพลิเมอร์ที่อะตอมไฮโดรเจนของไฮโดรคาร์บอนถูกแทนที่ด้วยอะตอมฟลูออรีน) ^{[ 7 ]}ในบรรดาโพลิเมอร์เหล่านี้PTFEมีส่วนแบ่งการตลาดมากที่สุดที่ 65–70% ^{[ 6 ]}อย่างไรก็ตาม โพลิเมอร์ที่มีฟลูออรีนไม่เหมาะที่จะใช้เป็นวัสดุก่อสร้างเนื่องจากคุณสมบัติทางกลที่ไม่ดี ( ความแข็งแรงและความแข็ง ต่ำ การคืบตัวอย่างรุนแรงภายใต้ภาระ) ^{[ 7 ]}

พลาสติกประสิทธิภาพสูงสามารถแบ่งออกเป็นพอลิเมอร์อสัณฐานและพอลิเมอร์กึ่งผลึก เช่นเดียวกับพอลิเมอร์ทั้งหมด ตัวอย่างเช่น พอลิซัลโฟน (PSU), พอลิอีเทอร์ซัลโฟน (PES) และพอลิอีเทอร์อิไมด์ (PEI) เป็นพอลิเมอร์อสัณฐานในขณะที่พอลิฟีนิลีนซัลไฟด์ (PPS), พอลิอีเทอร์อีเทอร์คีโตน (PEEK) และพอลิอีเทอร์คีโตน (PEK) เป็นพอลิเมอร์กึ่งผลึก

พอลิเมอร์ผลึก (โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เสริมแรงด้วยฟิลเลอร์) สามารถใช้งานได้แม้กระทั่งที่อุณหภูมิสูงกว่า อุณหภูมิ การเปลี่ยนสถานะแก้วเนื่องจากพอลิเมอร์กึ่งผลึก นอกจากจะมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะแก้ว T _gแล้ว ยังมี จุดหลอมเหลวของ ผลึก T _mซึ่งโดยทั่วไปจะสูงกว่ามาก ตัวอย่างเช่น PEEK มี T _gที่ 143 °C แต่ยังคงใช้งานได้จนถึง 250 °C ( อุณหภูมิใช้งานต่อเนื่อง = 250 °C) ข้อดีอีกประการหนึ่งของพอลิเมอร์กึ่งผลึกคือความต้านทานสูงต่อสารเคมี: PEEK มีความต้านทานสูงต่อกรด ใน ^น้ำด่างและ ตัว ทำละลายอินทรีย์ [ ^{2 ]}