聚醯胺醯亞胺 (PAI) 概述

聚醯胺醯亞胺被公認為性能最高的可熔融加工聚合物。 在化學上,它是醯亞胺樹脂家族的一部分,與另外兩種高溫芳香醯亞胺聚合物密切相關:聚醚醯亞胺(PEI)和聚醯亞胺(PI)。 然而,聚醯亞胺的不同之處在於,它不能以擠出形狀和注塑成型零件的形式進行熔融加工,而PAI和PEI可以。

在超高性能聚合物中,PAI在高溫負載下具有非常令人印象深刻的強度。 即使在接近其玻璃化轉變溫度(Tg)或537°F(280°C)的軟化點時,它也能保持其剛性,並憑藉其出色的抗壓強度和抗蠕變性在靜態載荷下抵抗變形。 聚醯胺醯亞胺的耐磨性、廣泛的耐化學性和高能輻射性,增加了其非凡的性能,使其成為最惡劣工作環境中應用的理想選擇。

供應商,產品

索爾維是全球首屈一指的 PAI 樹脂生產商,以 Torlon® PAI 品牌提供一系列聚醯胺-醯亞胺配方。 以Torlon®名稱銷售的聚醯胺醯亞胺的商業形式包括用於注塑成型的造粒牌號,以及用於生產可加工型材的擠出和壓縮成型。 聚合物樹脂也有粉末形式,用於高溫粘合劑、環氧樹脂、塗料和複合材料。

應用的激增和對更高水準的物理性能的渴望導致PAI在1970年商業推出后的幾十年中開發了幾種性能增強等級的PAI。

玻璃和碳纖維增強配方的開發是為了提高高溫下的強度,從而擴展了PAI在結構部件中的應用可能性。 這些強度較高的牌號具有與許多金屬相當的剛性,即使在高溫下相當大的重複機械載荷和應力下也是如此。

PAI配方雖然具有固有的耐磨性,但其配方是使用添加劑開發的,這些添加劑可增強聚合物的軸承和耐磨性能,並延長移動和旋轉部件在負載下的功能壽命。 在許多情況下,由此帶來的耐磨性提高使零件在動態載荷下能夠長期可靠地運行,而無需外部潤滑。 採用聚醯胺-醯亞胺成分的設備和機械的好處包括降低維護和更換成本,延長生產運行時間以及消除潤滑劑污染的風險。

通過擠出和注塑成型來熔化各種等級的聚醯胺醯亞胺的能力導致了超高性能聚合物的無數應用。 德雷克塑膠為全球的機械加工公司和分銷商提供無增強、纖維增強、軸承和耐磨等級的PAI,具有無與倫比的擠壓棒材、板材和無縫®管材形狀尺寸和配置。 該公司在工藝技術方面的投資也導致了獨特尺寸和形狀的開發,從而擴大了PAI的應用範圍。 例如,德雷克提供世界上最大的PAI直徑棒,尺寸可達10.125英寸(257.275毫米),無與倫比的板厚度可達4.0英寸(101.6毫米)。 德雷克還提供從其毛坯形狀加工的精密PAI元件,並因其聚醯胺 – 醯亞胺 注塑成型能力而得到廣泛認可。

作為Torlon® PAI,Drake PAI和其他名稱提供的毛坯形狀

識別PAI型材的商業慣例在數量有限的專業製造商之間有所不同。 有些對所有PAI產品使用自己的品牌名稱。 德雷克塑膠的毛坯形狀由Torlon® PAI牌號製成,以用於熔融加工的顆粒形式市售,並以Torlon®品牌名稱標識。

德雷克還提供德雷克PAI指定的聚醯胺醯亞胺產品,其中商業擠出牌號不適用於客戶所需的產品。 在需要以坯料形狀形式生產此類產品的情況下,德雷克開發了將Torlon® PAI粉末轉化為擠出所需的造粒形式的技術。 該投資基於滿足客戶對特定等級的坯料形狀的持續需求,當時供應商停止了樹脂的可擠出顆粒形式。

在Drake PAI指定下商業提供的聚醯胺醯亞胺產品包括 Drake 4200 PAI型材。 該配方消除了與標準PAI配方中使用的氧化鈦相關的離子雜質,並且是半導體製造中使用的元件所必需的。 其他例子是Drake PAI薄膜和薄膜,其配置沒有用於擠出的標準樹脂。

聚醯胺醯亞胺的性能屬性

極端溫度下的高強度和尺寸穩定性

PAI最顯著的特徵之一是在高溫下保持非常高的彎曲模量和拉伸強度,遠遠超過所有其他熱塑性材料的能力。 事實上,PAI在室溫下在400°F(205°C)時具有比大多數工程塑膠更高的強度和剛度。 在長期暴露於高溫後,它還能很好地保持其性能。

與許多金屬相比,用碳或玻璃纖維增強的聚醯胺醯亞胺牌號在重量輕得多的情況下表現出相當的剛度和剛度。 這是它們在 航空航太國防應用中用作金屬替代品的令人信服的理由,例如,在高溫下,重量輕和結構強度是性能和經濟性的優先事項。

在相反的極端溫度下,PAI在大多數其他高強度聚合物變得非常脆並最終失效的低溫下表現出更大的抗衝擊性和韌性。

PAI還可以在寬溫度波動下提供出色的尺寸穩定性。 特別是玻璃和碳增強牌號表現出非常低的CLTE(襯墊熱膨脹係數),與飛機級鋁相當。

PAI的抗壓強度和抗蠕變性

聚醯胺醯亞胺保持其極高的抗壓強度,並在高溫下抵抗負載下的蠕變。 事實上,在高靜載荷下,未增強的PAI牌號可以抵抗蠕變,而蠕變會導致其他用玻璃或碳纖維增強的高性能熱塑性塑膠的壓縮形變。 其彈性恢復特性和壓縮性能,加上其在寬溫度範圍內的韌性,導致各種聚醯胺醯亞胺牌號在密封環、液壓提升閥、制動挺桿、止動球、止推墊圈和壓縮機板等應用中廣泛使用。 PAI的增強和潤滑等級提高了需要更高強度和耐磨性的密封部件的性能水準。

PAI 導熱係數

需要隔熱和隔熱的應用(如隔熱罩)受益於聚醯胺醯亞胺的低導熱性。 PAI外殼和面板通常用於保護關鍵內部元件免受高溫的影響,這些高溫可能會影響敏感儀器的精度。

聚醯胺醯亞胺的電學特性

大多數PAI牌號都具有出色的電絕緣性能,而特定牌號則比其他牌號具有更高的性能水準。 特別是Torlon 4203L和5030 PAI等商業牌號具有出色的介電強度以及高體積和表面電阻率。 但是,某些耐磨等級含有石墨。 雖然根據使用直流電的標準測試方法,它們具有高電阻率特性,但它們在更高的電壓和頻率水準下可以表現出一定的電導率。

一種名為 Torlon 7130 PAI 的碳纖維增強牌號實際上是導電的,這是一種用於需要遮罩電磁干擾的應用的資產。

由於聚醯胺-醯亞胺牌號可以注塑成複雜的配置,並且在緊密公差的機加工零件中尺寸穩定,因此許多聚醯胺醯亞胺牌號被廣泛用於需要卓越絕緣和隔離能力的精密電氣和電子元件。

聚醯胺醯亞胺的耐化學性

PAI在中等溫度下幾乎不受大多數酸,脂肪族和芳香烴以及氯化和氟化烴的影響。 然而,聚合物可能會受到飽和蒸汽,強鹼和一些高溫酸體系的攻擊。

通過擠出或注塑成型進行熔融加工后的PAI形狀和零件的后固化優化了其耐化學性和耐磨性。 因此,德雷克塑膠對其所有擠出的PAI型材和注塑成型零件進行后固化。 對於需要最高水準的耐化學性的聚醯胺醯亞胺應用,機加工零件可以進行第二次后固化,以確保最佳性能。

PAI對伽馬輻射暴露的抵抗力

很少有熱塑性塑膠能像PAI那樣具有物理性能退化的抵抗力。

許多聚合物在低至103 拉德的暴露水準下表現出機械性能的急劇下降。 然而,PAI在伽馬輻射下在高得多的暴露水準下表現出優異的穩定性。 在認證機構測試中,109 rads,最高測試水準,30%玻璃纖維增強等級的PAI在長期暴露后保留了95%的機械性能。 它的性能是PAI作為核能領域應用材料規格的主要因素,包括美國海軍核潛艇中使用的部件。

聚醯胺醯亞胺牌號的可燃性和發煙性

基於全球主要機構和實驗室測試的認證評級驗證了聚醯胺醯亞胺在電氣、電子、航空航太和其他可燃性是重要因素的應用中的適用性。 大多數市售PAI牌號都具有這些機構頒發的令人印象深刻的可燃性等級。 兩種商用牌號以注塑成型零件和可加工的毛坯形狀形式提供 ,如Torlon 5030 PAI 和Torlon 7130 PAI,超過了FAA在商用飛機上使用的可燃性,煙霧密度和有毒氣體排放要求。

PAI 典型應用

自聚合物推出以來,具有不同性能曲線的多個等級的PAI的開發刺激了廣泛的應用。 所有產品的特點是必須長期暴露在極端溫度、高靜態和動態載荷以及腐蝕性化學環境的各種組合中。 許多應用還依賴於聚醯胺醯亞胺的電氣和熱絕緣以及隔離性能。

憑藉這些屬性,PAI配方系列已被證明非常有效地滿足了軸承和磨損,密封,結構以及熱和電氣元件的這些超高性能要求,而其他工程材料已經失敗了。 主要行業的部分用途包括飛機,航太飛機和衛星,汽車變速器, 金屬加工 和等離子切割工具,井下石油和天然氣勘探, 替代能源 和電池存儲應用以及軍事和國防武器系統的元件。 PAI的高尺寸穩定性、耐化學性和低釋氣性是其在 半導體晶圓處理應用、測試插座和套料中的應用背後的原因。 Drake開發的無TiO2 的可加工毛坯形狀等級和命名為 Drake PAI 4200 也解決了半導體工藝中鈦污染的擔憂。

聚醯胺醯亞胺加工挑戰和后固化優勢

PAI在整個行業中被公認為擠出和注塑成型的挑戰性材料。 PAI的固有特性需要高度的加工專業知識,以實現聚合物在擠壓形狀以及機加工和模塑零件中的最佳性能。

加工挑戰包括其高玻璃化轉變溫度或軟化點(Tg),其高度靈敏的剪切速率和控制熔體粘度的參數,以及在超過600oF(315oC)溫度下的狹窄加工範圍。

聚醯胺醯亞胺也具有高度的濕敏性。 預乾燥至關重要,必須嚴格監控和維護工藝條件,以防止水分降解其分子量和物理性質。

加工后,聚醯胺醯亞胺需要在精確分階段的溫度迴圈中延長熱后固化時間,最高可達 500oF (260oC)。 如果實施得當,這一基本步驟完成了亞胺化過程,並將PAI的分子量提高到達到其最佳性能的水準。

滿足PAI型材形狀和零件不斷增長的需求的能力

自1970年聚醯胺醯亞胺商業化推出以來,數量有限的專業公司已成為擠出和模塑PAI產品領域公認的專家。 德雷克尤其繼續在產品和工藝開發方面進行持續投資,並保持充足的產能,以支援其客戶對全球聚醯胺醯亞胺型材和零件的及時和可靠供應不斷增長的需求。