聚酰胺-酰亚胺 (PAI) 概览
聚酰胺-酰亚胺是公认的高性能可熔融加工聚合物。 在化学上，它属于酰亚胺树脂家族，与另外两种高温芳香族酰亚胺聚合物：聚醚酰亚胺（PEI）和聚酰亚胺（PI）密切相关。 但聚酰亚胺的不同之处在于，它不能以挤出成型和注塑成型部件的形式进行熔融加工，而 PAI 和 PEI 却可以。
在超高性能聚合物中，PAI 在高温条件下的负载强度特别出色。 即使接近玻璃转化温度（Tg）或软化点 537°F (280°C)，它仍能保持其刚性，并以其卓越的抗压强度和抗蠕变性长期抵抗静态负载下的变形。 聚酰胺-酰亚胺的耐磨性、广泛的耐化学性和耐高能辐射性使其性能更加出众，非常适合应用于最严酷的服务环境。
供应商、产品
索尔维是世界上最重要的 PAI 树脂生产商，以TorlonPAI 为品牌供应一系列聚酰胺-酰亚胺配方。 以Torlon名称销售的聚酰胺-酰亚胺的商业形式包括用于注塑成型、挤压成型和压缩成型以生产可加工形状的颗粒。 这种聚合物树脂还可制成粉末状，用于高温粘合剂、环氧树脂、涂料和复合材料。
自 1970 年 PAI 投入商业应用后的几十年间，随着应用领域的不断扩大以及人们对更高物理性能的追求，开发出了多种性能增强级 PAI。
为提高高温下的强度，开发了玻璃和碳纤维增强配方，从而扩大了 PAI 在结构部件中的应用范围。 这些强度较高的牌号即使在高温下承受相当大的重复机械负荷和应力，也能表现出与许多金属相媲美的刚性。
虽然 PAI 本身具有耐磨性，但其配方中添加的添加剂可增强聚合物的承载和耐磨性能，延长移动和旋转部件在负载下的功能寿命。 在许多情况下，耐磨性的提高可使承受动态负载的部件在无需外部润滑的情况下长期可靠地工作。 采用聚酰胺-酰亚胺组件的设备和机械的优点包括：降低维护和更换成本，延长生产运行时间，以及消除润滑油污染的风险。
通过挤出和注塑成型对各种等级的聚酰胺-酰亚胺进行熔融加工的能力为这种超高性能聚合物带来了无数的应用领域。 Drake Plastics向全球的机械加工公司和分销商供应无增强、纤维增强、轴承和耐磨等级的 PAI，其挤压棒材、板材和无缝® 管材的形状、尺寸和配置范围无与伦比。 公司在工艺技术方面的投资还促成了独特尺寸和形状的开发，扩大了 PAI 的应用范围。 例如，德雷克提供世界上直径最大的 PAI 棒材，最大尺寸可达 10.125 英寸（257.275 毫米），无与伦比的板材厚度可达 4.0 英寸（101.6 毫米）。 Drake 还提供根据其库存形状加工而成的精密 PAI 部件，其聚酰胺-酰亚胺注塑成型能力也广受认可。
以TorlonPAI、Drake PAI 和其他名称提供的库存形状
数量有限的专用制造商在确定 PAI 库存形状方面的商业做法各不相同。 有些公司使用自己的品牌名称来命名所有 PAI 产品。 Drake Plastics公司用TorlonPAI 牌号制成的用于熔融加工的商业颗粒形状均标有Torlon品牌名称。
当客户需要的产品无法获得商业挤压等级时，德雷克还以德雷克 PAI 名称供应聚酰胺-酰亚胺产品。 当需要此类产品的形状时，德雷克开发出了将TorlonPAI 粉末转化为挤压所需的颗粒形式的技术。 在供应商停止生产可挤出颗粒形式的树脂时，为满足客户对特定牌号库存形状的持续需求而进行了投资。
以 Drake PAI 名称提供的商业化聚酰胺-酰亚胺产品包括Drake 4200 PAI 浆料形状。 该配方消除了与标准 PAI 配方中使用的氧化钛有关的离子杂质，是半导体制造中使用的组件所必需的。 其他例子包括 Drake PAI 薄板和薄膜，这些配置无法使用标准树脂进行挤压。
聚酰胺-酰亚胺的性能特征
在极端温度下具有高强度和尺寸稳定性
PAI 最显著的特点之一是在高温下仍能保持极高的弯曲模量和拉伸强度，远远超出了所有其他热塑性材料的能力。 事实上，与大多数工程塑料在室温下相比，PAI 在 400°F (205°C) 时的强度和刚度更高。 长期暴露在高温下，它也能很好地保持其特性。
与许多金属相比，使用碳纤维或玻璃纤维增强的聚酰胺-酰亚胺牌号具有同等的刚度和硬度，而重量却大大降低。 例如，在航空航天和国防应用中，重量轻和高温下的结构强度是性能和经济性的优先考虑因素，这就是使用它们替代金属的一个令人信服的理由。
在相反的极端温度下，PAI 在低温条件下表现出更强的抗冲击性和韧性，而在低温条件下，大多数其他高强度聚合物都会变得极脆，最终失效。
PAI 还能在较大的温度变化范围内提供出色的尺寸稳定性。 尤其是玻璃和碳纤维增强材料，其 CLTE（衬垫热膨胀系数）非常低，与航空级铝材相当。
PAI 的抗压强度和抗蠕变性
聚酰胺-酰亚胺在高温下仍能保持极高的抗压强度和抗蠕变性。 事实上，在高静态负荷下，未增强牌号的 PAI 可抵抗蠕变，而蠕变会导致其他使用玻璃纤维或碳纤维增强的高性能热塑性塑料产生压缩变形。 聚酰胺酰亚胺的弹性恢复行为和抗压性能，加上其在宽温度范围内的韧性，使得各种聚酰胺酰亚胺牌号在密封环、液压阀芯、制动挺杆、止回阀球、止推垫圈和压缩机板等应用中得到广泛使用。 增强型和润滑型 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 导热率
聚酰胺-酰亚胺的低导热性使需要隔热和绝缘的应用（如隔热罩）受益匪浅。 PAI 外壳和面板通常用于保护关键内部组件免受高温影响，因为高温会影响敏感仪器的精度。
聚酰胺-酰亚胺的电学特性
大多数 PAI 牌号都具有出色的电气绝缘性能，某些牌号的性能比其他牌号更高。 特别是作为商用产品提供的Torlon4203L和 5030 PAI 牌号，具有优异的介电强度、高体积电阻率和表面电阻率。 不过，某些耐磨材料中含有石墨。 虽然根据使用直流电的标准测试方法，它们显示出较高的电阻率特性，但在较高的电压和频率水平下，它们也能显示出一定的导电性。
事实上，有一种碳纤维增强型产品，名为Torlon7130 PAI，具有导电性，可用于需要屏蔽电磁干扰的应用中。
由于聚酰胺-酰亚胺可以注塑成复杂的结构，并且在公差要求较低的机加工部件中尺寸稳定，因此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、脂肪族和芳香族碳氢化合物以及氯化和氟化碳氢化合物的影响。 不过，这种聚合物可能会受到饱和蒸汽、强碱和某些高温酸体系的侵蚀。
通过挤出或注塑成型进行熔融加工后，对 PAI 形状和部件进行后固化，可优化其耐化学腐蚀性和耐磨性。 因此，Drake Plastics公司对其所有挤出的 PAI 半成品和注塑件进行后固化。 对于需要最高级别耐化学性的聚酰胺-酰亚胺应用，机加工部件可以进行第二次后固化，以确保最佳性能。
PAI 抗伽马射线照射能力
很少有热塑性塑料能像 PAI 一样耐物理性能退化。
许多聚合物在低至103 拉德 的暴露水平下，机械性能就会急剧下降。 不过，PAI 在伽马射线照射下的稳定性要高得多。 在经认证的机构测试中，在109 拉德 （测试的最高水平）的条件下，30% 的玻璃纤维增强 PAI 在长期暴露后保持了 95% 的机械性能。 它的性能是 PAI 作为核能领域应用材料（包括美国海军核潜艇使用的部件）规格的主要因素。
聚酰胺-酰亚胺等级的可燃性和烟雾产生量
根据全球主要机构和实验室进行的测试得出的认证等级证明，聚酰胺-酰亚胺适用于电气、电子、航空航天和其他以易燃性为重要因素的应用。 大多数市售 PAI 牌号都获得了这些机构的可燃性评级。 Torlon5030 PAI和Torlon7130 PAI 两种商用等级的注塑成型部件和可加工的毛坯形状均超过了美国联邦航空局（FAA）对商用飞机的可燃性、烟密度和有毒气体排放要求。
PAI 典型应用
自该聚合物问世以来，具有不同性能特征的多种 PAI 等级的开发促进了其广泛的应用。 所有这些设备的特点都是必须长期承受各种极端温度、高静态和动态负载以及侵蚀性化学环境的考验。 许多应用还依赖于聚酰胺-酰亚胺的电绝缘、热绝缘和隔离性能。
凭借这些特性，PAI 配方系列已被证明能够非常有效地满足轴承和磨损、密封、结构、热和电气元件等方面的超高性能要求，而其他工程材料却无法满足这些要求。 主要工业的部分用途包括飞机、航天飞机和卫星部件、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。 PAI 具有高尺寸稳定性、耐化学性和低放气性，因此被广泛应用于半导体晶片处理、测试插座和嵌套。 德雷克公司开发的一种不含 TiO2 的可机加工毛坯形状牌号， 被命名为德雷克 PAI 4200，也解决了半导体工艺中钛污染的问题。
聚酰胺-酰亚胺加工的挑战和固化后的优势
PAI 是业内公认的挤出和注塑成型的高难度材料。 PAI 的固有特性要求高度的专业加工技术，以实现聚合物在挤出成型、机加工和模塑部件中的最佳性能。
在加工过程中面临的挑战包括：玻璃转化温度或软化点（Tg）较高，剪切速率和控制熔体粘度的参数高度敏感，以及在温度超过 315°C (600°F) 时加工范围较窄。
聚酰胺-酰亚胺对湿气也非常敏感。 预干燥至关重要，而且必须严格监控和保持工艺条件，以防止水分降低其分子量和物理性能。
加工完成后，聚酰胺-酰亚胺需要在高达 500°F (260°C) 的精确温度循环中进行长时间的热后固化。 如果实施得当，这一重要步骤可完成亚胺化过程，并将 PAI 的分子量提高到可实现其最佳性能的水平。
满足日益增长的 PAI 库存形状和部件需求的能力
自 1970 年聚酰胺-酰亚胺投入商业应用以来，少数几家专业公司已成为公认的挤出和模塑 PAI 产品专家。 特别是德雷克公司继续对产品和工艺开发进行持续投资，并保持充足的生产能力，以满足全球客户对聚酰胺-酰亚胺浆料形状和部件的及时可靠供应的日益增长的需求。
