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族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。 即使接近其玻璃化轉變溫度 （Tg） 或 537°F （280°C） 的軟化點，它也能保持剛性，並憑藉其卓越的抗壓強度和抗蠕變性在靜態負載下抵抗變形。 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，使其成為最惡劣服務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顆粒化等級，以及用於生產可加工型材的擠出和壓縮成型。 聚合物樹脂也以粉末形式提供，用於高溫粘合劑、環氧樹脂、塗料和複合材料。
隨著應用的激增和對更高水準的物理性能的渴望，在1970年聚合物商業推出后的幾十年裡，幾種性能增強的PAI等級被開發出來。
玻璃纖維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。 這些更高強度等級的剛度與許多金屬相當，即使在高溫下相當大的重複機械負載和應力下也是如此。
雖然PAI具有固有的耐磨性，但PAI的配方是用添加劑開發的，這些添加劑可以增強聚合物的軸承和磨損性能，並延長負載下移動和旋轉部件的功能壽命。 在許多情況下，由此產生的耐磨性提高使零件在動態負載下能夠長期可靠地運行，而無需外部潤滑。 採用聚醯胺-醯亞胺元件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。
通過擠出和注射成型對各種等級的聚醯胺醯亞胺進行熔融加工的能力為超高性能聚合物帶來了無數的應用。 Drake Plastics 為全球機械加工公司和分銷商提供非增強、纖維增強、軸承和耐磨等級的 PAI，其擠出棒材、板材和無縫®管的模具形狀尺寸和配置範圍無與倫比。 該公司對工藝技術的投資也導致了獨特尺寸和形狀的發展，擴大了PAI的應用範圍。 例如，Drake 提供世界上最大的 PAI 直徑棒材，尺寸高達 10.125 英寸（257.275 毫米），板厚無與倫比，可達 4.0 英寸（101.6 毫米）。 Drake 還提供由其毛坯形狀加工而成的精密 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 和其他名稱提供的型材
識別PAI漿料形狀的商業做法在數量有限的專門製造商中有所不同。 有些公司對所有PAI產品都使用自己的品牌名稱。 Drake Plastics 的漿料形狀由 Torlon® PAI 牌號製成，以顆粒形式商業化，用於熔融加工，並標有 Torlon® 品牌名稱。
Drake 還以 Drake PAI 名稱提供聚醯胺醯亞胺產品，在這些產品中，客戶需要的產品無法獲得商業擠出等級的產品。 當需要以漿料形狀的形式生產此類產品時，Drake 開發了將 Torlon® PAI 粉末轉化為擠出所需的顆粒形式的技術。 這項投資是基於在供應商停產樹脂的可擠出顆粒形式時，滿足客戶對特定等級的漿料形狀的持續需求。
以 Drake PAI 名稱提供的商業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薄片和薄膜，這些配置無法獲得用於擠出的標準樹脂。
聚醯胺-醯亞胺的性能屬性
在極端溫度下具有高強度和尺寸穩定性
PAI最顯著的特點之一是它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400°F（205°C）下的強度和剛度比大多數工程塑膠在室溫下具有更高的強度和剛度。 在長期暴露於高溫下后，它還能很好地保持其性能。
與許多金屬相比，用碳纖維或玻璃纖維增強的聚醯胺醯亞胺牌號在輕得多的重量下表現出相同的剛度和剛度。 這是它們在 航空航太 和國防應用中用作金屬替代品的一個令人信服的理由，例如，在航空航太和 國防應用中，輕質和高溫下的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在低溫下表現出更高的抗衝擊性和韌性，而大多數其他高強度聚合物會變得非常脆並最終失效。
PAI在很寬的溫度波動下也具有出色的尺寸穩定性。 特別是玻璃纖維和碳纖維增強牌號的CLTE（襯裡熱膨脹係數），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，在高靜態負載下，未增強的PAI等級可以抵抗蠕變，而蠕變會導致其他用玻璃纖維或碳纖維增強的高性能熱塑性塑膠產生壓縮永久變形。 其彈性恢復行為和壓縮性能與其在寬溫度範圍內的韌性相結合，導致各種聚醯胺醯亞胺牌號在密封環、液壓提升閥芯、制動挺桿、止回球、止推墊圈和壓縮機板等應用中被廣泛使用。 增強和潤滑的PAI牌號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
需要熱隔離和絕緣的應用，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的內部元件免受高溫的影響，高溫會影響敏感儀器的精度。
聚醯胺-醯亞胺的電氣性能
大多數PAI牌號都具有出色的電氣絕緣性能，而特定牌號的性能水平高於其他牌號。 特別是 Torlon 4203L 和 5030 PAI 等商業牌號，它們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，它們表現出高電阻率特性，但它們在更高的電壓和頻率水準下可以表現出一定的導電性。
一種名為 Torlon 7130 PAI 的碳纖維增強牌號實際上具有導電性，可用於需要遮罩電磁干擾的應用。
由於聚醯胺醯亞胺可以注塑成型成複雜的配置，並且在公差很小的加工零件中具有尺寸穩定性，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
在中等溫度下，PAI幾乎不受大多數酸、脂肪族和芳香族碳氫化合物以及氯化和氟化碳氫化合物的影響。 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。
通過擠出或注射成型進行熔融處理后的PAI形狀和零件的后固化可優化其耐化學性和耐磨性。 出於這個原因，Drake Plastics對其所有擠出的PAI型材和注塑成型零件進行后固化。 對於需要最高水準耐化學性的聚醯胺-醯亞胺應用，機加工部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那樣具有抗物理性能降解的能力。
許多聚合物在低至 103 rads 的暴露水準下表現出機械性能的急劇下降。 然而，PAI在伽馬輻射下表現出卓越的穩定性，暴露水準要高得多。 在最高級別的 109 rads 認證機構測試中，30% 玻璃纖維增強等級的 PAI 在長期暴露后仍保留了 95% 的機械性能。 其性能是PAI作為核能領域應用材料規格的一個主要因素，包括美國海軍核潛艇中使用的元件。
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進行的測試的認證評級驗證了聚醯胺醯亞胺在電氣、電子、航空航太和其他易燃性是重要因素的應用的適用性。 這些機構對大多數市售的PAI牌號都具有令人印象深刻的可燃性評級。 Torlon 5030 PAI 和 Torlon 7130 PAI 兩種商業等級以注塑件和可加工型材的形式提供，超過了 FAA 對商用飛機使用的可燃性、煙霧密度和有毒氣體排放要求。
PAI典型應用
自聚合物問世以來，具有不同性能特徵的多牌號PAI的開發刺激了廣泛的應用。 它們的特點是必須長期暴露在極端溫度、高靜態和動態負載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、熱絕緣和隔離性能。
憑藉這些特性，PAI系列配方已被證明可以非常有效地滿足軸承和磨損、密封、結構和熱以及電氣元件的超高性能要求，而這些要求是其他工程材料無法滿足的。 主要行業的部分用途包括飛機、航太飛機和衛星的部件、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。 PAI具有高尺寸穩定性、耐化學性和低釋氣性，是其用於 半導體晶圓處理應用、測試插座和嵌套的原因。 由 Drake 開發的可加工型材等級不含 TiO2 ，並命名為 Drake PAI 4200 ，也解決了半導體工藝中對鈦污染的擔憂。
聚醯胺-醯亞胺加工挑戰和后固化優勢
PAI是整個行業公認的具有挑戰性的擠出和注塑材料。 PAI的固有特性需要高度的加工專業知識，才能在擠出形狀以及機加工和模塑零件中實現聚合物的最佳性能。
加工挑戰包括其高玻璃化轉變溫度或軟化點 （Tg）、高度敏感的剪切速率和控制熔體粘度的參數，以及在超過 600°F （315°C） 的溫度下的狹窄加工範圍。
聚醯胺醯亞胺對濕度也非常敏感。 預乾燥是必不可少的，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-醯亞胺需要在高達 500°F （260°C） 的精確溫度迴圈中進行長時間的熱后固化。 如果實施得當，這一重要步驟將完成亞胺化過程，並將PAI的分子量提高到達到其最佳性能的水準。
能夠滿足對PAI型材和零件日益增長的需求
自 1970 年聚醯胺醯亞胺商業化推出以來，少數幾家專業公司已成為擠出和模塑 PAI 產品領域公認的專家。 特別是，Drake繼續在產品和工藝開發方面進行持續投資，並維持充足的能力，以支援其客戶對全球範圍內及時可靠供應聚醯胺醯亞胺庫存形狀和零件的日益增長的需求。
