聚酰胺酰亚胺 (PAI)概述

聚酰胺-酰亚胺被公认为性能最高的可熔融加工聚合物。 从化学上讲,它是酰亚胺树脂家族的一部分,与另外两种高温芳族酰亚胺聚合物密切相关:聚醚酰亚胺 (PEI) 和聚酰亚胺 (PI)。 然而,聚酰亚胺的不同之处在于它不能以挤出形状和注塑部件的形式进行熔融加工,而 PAI 和 PEI 可以。

在超高性能聚合物中,PAI 在高温负载下具有非常出色的强度。 即使在接近其玻璃化转变温度 (Tg) 或 537°F (280°C) 的软化点时,它也能保持其刚性,并以其卓越的抗压强度和抗蠕变性随着时间的推移在静载荷下抵抗变形。 聚酰胺-酰亚胺的耐磨性、广泛的耐化学性和高能量辐射性,增加了其非凡的性能,使其成为最恶劣服务环境中应用的理想选择。

供应商,产品

索尔维是世界上最重要的 PAI 树脂生产商,以 Torlon® PAI 品牌供应一系列聚酰胺-酰亚胺配方。 以 Torlon® 名称销售的商业形式的聚酰胺酰亚胺包括用于注塑成型以及用于生产可加工原料形状的挤出和压缩成型的粒化等级。 聚合物树脂也可以粉末形式用于高温粘合剂、环氧树脂、涂料和复合材料。

在 1970 年聚合物商业化推出后的几十年里,应用的激增和对更高水平物理性能的渴望导致了几种性能增强等级的 PAI 的开发。

开发了玻璃和碳纤维增强配方以提高高温下的强度,扩展了 PAI 在结构部件中的应用可能性。 即使在高温下相当大的重复机械载荷和应力下,这些更高强度等级也表现出与许多金属相当的刚度。

尽管 PAI 具有固有的耐磨性,但其配方中添加了添加剂,可增强聚合物的轴承和耐磨性能,并延长负载下移动和旋转部件的功能寿命。 在许多情况下,由此产生的耐磨性改进使承受动态负载的零件无需外部润滑即可长期可靠地运行。 采用聚酰胺酰亚胺组件的设备和机械的好处包括降低维护和更换成本、延长生产运行时间以及消除润滑剂污染的风险。

通过挤出和注塑成型对不同等级的聚酰胺酰亚胺进行熔融加工的能力导致了超高性能聚合物的无数应用。 Drake Plastics 为全球的机械加工公司和分销商提供非增强、纤维增强、轴承和耐磨等级的 PAI,具有无与伦比的挤压棒材、板材和无缝® 管材形状尺寸和配置范围。 该公司在工艺技术方面的投资也促成了独特尺寸和形状的开发,从而扩大了 PAI 的应用范围。 例如,Drake 提供世界上最大的 PAI 直径杆,尺寸高达 10.125 英寸(257.275 毫米),板厚无与伦比,高达 4.0 英寸(101.6 毫米)。 Drake 还提供由其库存形状加工而成的精密 PAI 组件,并因其聚酰胺-酰亚胺注塑成型能力而广受认可。

以 Torlon® PAI、Drake PAI 和其他名称提供的库存形状

识别 PAI 库存形状的商业惯例在数量有限的专用制造商之间有所不同。 有些人为所有 PAI 产品使用自己的品牌名称。 Drake Plastics 由 Torlon® PAI 牌号制成的用于熔融加工的颗粒形状的坯料具有 Torlon® 品牌名称。

Drake 还提供 Drake PAI 名称下的聚酰胺-酰亚胺产品,其中商业挤出等级无法用于客户所需的产品。 在需要以原料形状的形式生产此类产品的情况下,Drake 开发了将 Torlon® PAI 粉末转化为挤出所需的颗粒形式的技术。 当树脂的可挤出颗粒形式被供应商停产时,该投资是基于满足客户对特定等级的库存形状的持续需求。

以 Drake PAI 名称商业提供的聚酰胺-酰亚胺产品包括Drake 4200 PAI 型材。 该配方消除了与标准 PAI 配方中使用的二氧化钛相关的离子杂质,并且是半导体制造中使用的组件所必需的。 其他示例是 Drake PAI 薄板和薄膜,其配置标准的挤出树脂不可用。

聚酰胺酰亚胺的性能属性

在极端温度下具有高强度和尺寸稳定性

PAI 最显着的特点之一是它在高温下保持非常高的弯曲模量和拉伸强度,远远超过所有其他热塑性材料的能力。 事实上,PAI 在 400°F (205°C) 下比室温下的大多数工程塑料具有更高的强度和刚度。 在长期暴露于高温后,它也能很好地保持其特性。

与许多金属相比,用碳纤维或玻璃纤维增强的聚酰胺-酰亚胺等级表现出相当的刚度和刚度,而重量却大大降低。 这是它们在航空航天国防应用中用作金属替代品的一个令人信服的理由,例如,在这些应用中,轻质和高温下的结构强度是性能和经济性的优先考虑因素。

在相反的极端温度下,PAI 在低温下表现出更高的抗冲击性和韧性,而在低温下,大多数其他高强度聚合物变得非常脆并最终失效。

PAI 还在宽温度波动范围内提供出色的尺寸稳定性。 特别是玻璃和碳纤维增强材料的 CLTE(衬里热膨胀系数)非常低,与飞机级铝材相当。

PAI的抗压强度和抗蠕变性

聚酰胺-酰亚胺保持其极高的抗压强度,并在高温负载下抵抗蠕变。 事实上,在高静载荷下,未增强的 PAI 等级可抵抗蠕变,蠕变会导致其他用玻璃或碳纤维增强的高性能热塑性塑料产生压缩变形。 它的弹性恢复行为和压缩性能以及在宽温度范围内的韧性,导致各种聚酰胺酰亚胺等级在密封环、液压提升阀、制动挺杆、止回球、止推垫圈和压缩机板等应用中得到广泛使用. 增强和润滑等级的 PAI 提高了需要更高强度和耐磨性的密封部件的性能水平。

PAI 导热系数

需要隔热和隔热的应用(例如隔热罩)受益于聚酰胺酰亚胺的低导热性。 PAI 外壳和面板通常用于保护关键内部组件免受可能影响敏感仪器精度的高温的影响。

聚酰胺酰亚胺的电性能

大多数 PAI 等级提供出色的电绝缘性能,特定等级提供比其他等级更高的性能。 商业上提供的Torlon 4203L和 5030 PAI 牌号尤其具有出色的介电强度以及高体积和表面电阻率。 但是,某些耐磨等级含有石墨。 虽然根据使用直流电的标准测试方法,它们显示出高电阻率特性,但它们在更高的电压和频率水平下会表现出一定的导电性。

一种名为Torlon 7130 PAI的碳纤维增强等级实际上是导电的,这是一种用于需要屏蔽电磁干扰的应用的资产。

由于它们可以注塑成复杂的结构,并且在精密公差的机加工零件中尺寸稳定,因此许多聚酰胺-酰亚胺牌号被广泛用于需要出色绝缘和隔离能力的精密电气和电子元件。

聚酰胺酰亚胺的耐化学性

在中等温度下,PAI 几乎不受大多数酸、脂肪烃和芳香烃以及氯化和氟化烃的影响。 然而,聚合物可能会受到饱和蒸汽、强碱和一些高温酸体系的侵蚀。

通过挤出或注塑成型熔融加工后的 PAI 型材和部件的后固化可优化其耐化学性和耐磨性。 出于这个原因,Drake Plastics 对所有挤出的 PAI 型材和注塑件进行后固化。 对于需要最高水平的耐化学性的聚酰胺-酰亚胺应用,加工零件可以进行二次后固化,以确保最佳性能。

PAI 对伽马辐射暴露的抵抗力

很少有热塑性塑料能像 PAI 那样提供对物理性能退化的抵抗力。

许多聚合物在暴露水平低至 10 3 rads 时机械性能急剧下降。 然而,PAI 在高得多的暴露水平下在伽马辐射下表现出出色的稳定性。 在 10 9 rads 的认证机构测试中(最高测试水平),30% 玻璃增强等级的 PAI 在长期暴露后保留了 95% 的机械性能。 它的性能是 PAI 作为核能领域应用材料规格中的一个主要因素,包括用于美国海军核潜艇的组件。

聚酰胺-酰亚胺等级的可燃性和发烟性

基于全球主要机构和实验室进行的测试的认证评级验证了聚酰胺酰亚胺在电气、电子、航空航天和其他易燃性是重要因素的应用中的适用性。 大多数市售的 PAI 等级都带有这些机构的令人印象深刻的可燃性评级。 Torlon 5030 PAI和 Torlon 7130 PAI 两种商业等级以注塑件和可加工坯料形状的形式提供,超过了 FAA 对商用飞机的可燃性、烟雾密度和有毒气体排放要求。

PAI 典型应用

自聚合物问世以来,具有不同性能特征的多个等级的 PAI 的开发刺激了广泛的应用。 所有产品的特点是必须长期承受极端温度、高静态和动态负载以及腐蚀性化学环境的各种组合。 许多应用还依赖于聚酰胺酰亚胺的电绝缘和热绝缘和隔离特性。

凭借这些属性,PAI 配方系列已被证明非常有效地满足其他工程材料无法满足的轴承和磨损、密封、结构和热力和电气部件的这些超高性能要求。 主要行业的部分用途包括飞机、航天飞机和卫星、汽车变速器、金属加工和等离子切割工具、井下石油和天然气勘探、替代能源和电池存储应用以及军事和国防武器系统的组件。 PAI 的高尺寸稳定性、耐化学性和低释气是其在半导体晶片处理应用、测试插座和嵌套中使用的原因。 由 Drake 开发的不含 TiO 2且指定为Drake PAI 4200的可加工坯料形状等级也解决了对半导体工艺中钛污染的担忧。

聚酰胺-酰亚胺加工挑战和后固化优势

PAI 在整个行业中被公认为是一种具有挑战性的挤出和注塑模具材料。 PAI 的固有特性需要高度的加工专业知识,以实现聚合物在挤出形状和机加工和模塑零件中的最佳性能。

加工挑战包括其高玻璃化转变温度或软化点 (Tg)、其用于控制熔体粘度的高度敏感的剪切速率和参数,以及在超过 600 o F (315 o C) 的温度下的狭窄加工范围。

聚酰胺-酰亚胺对湿气也高度敏感。 预干燥是必不可少的,必须严格监控和维护工艺条件,以防止水分降低其分子量和物理性能。

加工后,聚酰胺-酰亚胺需要在高达 500 o F (260 o C) 的精确阶段温度循环中延长热后固化时间。 如果实施得当,这一重要步骤将完成酰亚胺化过程,并将 PAI 的分子量提高到达到其最佳性能的水平。

满足对 PAI 库存形状和零件不断增长的需求的能力

自 1970 年聚酰胺-酰亚胺商业化推出以来,少数专业公司已成为公认的挤出和模塑 PAI 产品专家。 尤其是 Drake 继续在产品和工艺开发方面进行持续投资,并保持充足的产能来支持其客户不断增长的需求,即在全球范围内迅速可靠地供应聚酰胺-酰亚胺型材和零件。