聚酰胺酰亞胺(Torlon PAI)
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聚酰胺酰亞胺(Torlon PAI)
聚酰胺酰亞胺(PAI)概述
聚酰胺-酰亞胺被公認為性能最高的可熔融加工聚合物。 從化學上講，它是酰亞胺樹脂家族的一部分，與另外兩種高溫芳族酰亞胺聚合物密切相關：聚醚酰亞胺 (PEI) 和聚酰亞胺 (PI)。 然而，聚酰亞胺的不同之處在于它不能以擠出形狀和注塑部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出色的強度。 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，并以其卓越的抗壓強度和抗蠕變性隨著時間的推移在靜載荷下抵抗變形。 聚酰胺-酰亞胺的耐磨性、廣泛的耐化學性和高能量輻射性，增加了其非凡的性能，使其成為最惡劣服務環(huán)境中應用的理想選擇。
供應商，產品
索爾維是世界上最重要的PAI 樹脂生產商，以 Torlon? PAI 品牌供應一系列聚酰胺-酰亞胺配方。 以Torlon名稱銷售的聚酰胺-酰亞胺的商業(yè)形式包括用于注射成型的粒狀產品，以及用于生產可加工型材 的擠壓和壓縮成型的產品。 這種聚合物樹脂也可以以粉末形式提供，用于高溫粘合劑、環(huán)氧樹脂、涂料和復合材料。
在1970 年聚合物商業(yè)化推出后的幾十年里，應用的激增和對更高水平物理性能的渴望導致了幾種性能增強等級的 PAI 的開發(fā)。
開發(fā)了玻璃和碳纖維增強配方以提高高溫下的強度，擴展了PAI 在結構部件中的應用可能性。 即使在高溫下相當大的重復機械載荷和應力下，這些更高強度等級也表現出與許多金屬相當的剛度。
盡管PAI 具有固有的耐磨性，但其配方中添加了添加劑，可增強聚合物的軸承和耐磨性能，并延長負載下移動和旋轉部件的功能壽命。 在許多情況下，由此產生的耐磨性改進使承受動態(tài)負載的零件無需外部潤滑即可長期可靠地運行。 采用聚酰胺酰亞胺組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。
通過擠出和注塑成型對不同等級的聚酰胺酰亞胺進行熔融加工的能力導致了超高性能聚合物的無數應用。Polywel Plastics 為全球的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，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范圍。 該公司在工藝技術方面的投資也促成了獨特尺寸和形狀的開發(fā)，從而擴大了 PAI 的應用范圍。 例如，Polywel 提供世界上最大的PAI 直徑桿，尺寸高達 10.125 英寸（257.275 毫米），板厚無與倫比，高達 4.0 英寸（101.6 毫米）。 Polywel 還提供由其庫存形狀加工而成的精密PAI 組件，并因其聚酰胺-酰亞胺注塑成型能力而廣受認可。
以Torlon? PAI、Polywel PAI 和其他名稱提供的庫存形狀
識別PAI 庫存形狀的商業(yè)慣例在數量有限的專用制造商之間有所不同。 有些人為所有 PAI 產品使用自己的品牌名稱。 Polywel Plastics 由 Torlon? PAI 牌號制成的用于熔融加工的顆粒形狀的坯料具有 Torlon? 品牌名稱。
Polywel 還提供Polywel PAI 名稱下的聚酰胺-酰亞胺產品，其中商業(yè)擠出等級無法用于客戶所需的產品。 在需要以原料形狀的形式生產此類產品的情況下，Polywel 開發(fā)了將Torlon? PAI 粉末轉化為擠出所需的顆粒形式的技術。 當樹脂的可擠出顆粒形式被供應商停產時，該投資是基于滿足客戶對特定等級的庫存形狀的持續(xù)需求。
以Polywel PAI 名稱商業(yè)提供的聚酰胺-酰亞胺產品包括Polywel 4200 PAI 型材。 該配方消除了與標準 PAI 配方中使用的二氧化鈦相關的離子雜質，并且是半導體制造中使用的組件所必需的。 其他示例是 Polywel PAI 薄板和薄膜，其配置中沒有用于擠出的標準樹脂。
PAI 的性能屬性
在極端溫度下具有高強度和尺寸穩(wěn)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) 下比室溫下的大多數工程塑料具有更高的強度和剛度。 在長期暴露于高溫后，它也能很好地保持其特性。
與許多金屬相比，用碳纖維或玻璃纖維增強的聚酰胺-酰亞胺等級表現出相當的剛度和剛度，而重量卻大大降低。 這是它們在航空航天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，在這些應用中，輕質和高溫下的結構強度是性能和經濟性的優(yōu)先考慮因素。
在相反的極端溫度下，PAI 在低溫下表現出更高的抗沖擊性和韌性，而在低溫下，大多數其他高強度聚合物變得非常脆并最終失效。
PAI 還在寬溫度波動范圍內提供出色的尺寸穩(wěn)定性。 特別是玻璃和碳纖維增強材料的 CLTE（襯里熱膨脹系數）非常低，與飛機級鋁材相當。
PAI的抗壓強度和抗蠕變性
PAI 在高溫下保持其特別高的抗壓強度，并在負載下抵抗蠕變。 事實上，在高靜載荷下，未增強的 PAI 等級可抵抗蠕變，蠕變會導致其他用玻璃或碳纖維增強的高性能熱塑性塑料產生壓縮變形。 它的彈性恢復行為和壓縮性能以及在寬溫度范圍內的韌性，導致各種 PAI 等級在密封環(huán)、液壓提升閥、制動挺桿、止回球、止推墊圈和壓縮機板等應用中得到廣泛使用. 增強和潤滑等級的 PAI 提高了需要更高強度和耐磨性的密封部件的性能水平。
PAI 導熱系數
需要隔熱和隔熱的應用（例如隔熱罩）受益于聚酰胺酰亞胺的低導熱性。PAI 外殼和面板通常用于保護關鍵內部組件免受可能影響敏感儀器精度的高溫的影響。
聚酰胺酰亞胺的電性能
大多數PAI 等級提供出色的電絕緣性能，特定等級提供比其他等級更高的性能。 商業(yè)上提供的Torlon 4203L和 5030 PAI 牌號尤其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，它們顯示出高電阻率特性，但它們在更高的電壓和頻率水平下會表現出一定的導電性。
一種名為Torlon 7130 PAI的碳纖維增強等級實際上是導電的，這是一種用于需要屏蔽電磁干擾的應用的資產。
由于它們可以注塑成復雜的結構，并且在精密公差的機加工零件中尺寸穩(wěn)定，因此許多聚酰胺-酰亞胺牌號被廣泛用于需要出色絕緣和隔離能力的精密電氣和電子元件。
聚酰胺酰亞胺的耐化學性
在中等溫度下，PAI 幾乎不受大多數酸、脂肪烴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、強堿和一些高溫酸體系的侵蝕。
通過擠出或注塑成型熔融加工后的PAI 型材和部件的后固化可優(yōu)化其耐化學性和耐磨性。 出于這個原因，Polywel Plastics 對所有擠出的 PAI 型材和注塑件進行后固化。 對于需要最高水平的耐化學性的聚酰胺-酰亞胺應用，加工零件可以進行二次后固化，以確保最佳性能。
PAI 對伽馬輻射暴露的抵抗力
很少有熱塑性塑料能像PAI 那樣提供對物理性能退化的抵抗力。
許多聚合物在暴露水平低至10 3 rads 時機械性能急劇下降。 然而，PAI 在高得多的暴露水平下在伽馬輻射下表現出出色的穩(wěn)定性。 在 10 9 rads 的認證機構測試中（最高測試水平），30% 玻璃增強等級的 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(guī)格中的一個主要因素，包括用于美國海軍核潛艇的組件。
PAI 等級的可燃性和煙霧的產生
基于全球主要機構和實驗室進行的測試的認證評級驗證了聚酰胺酰亞胺在電氣、電子、航空航天和其他易燃性是重要因素的應用中的適用性。大多數市售的PAI 等級都帶有這些機構的令人印象深刻的可燃性評級。 Torlon 5030 PAI和 Torlon 7130 PAI 兩種商業(yè)等級以注塑件和可加工坯料形狀的形式提供，超過了 FAA 對商用飛機的可燃性、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，具有不同性能特征的多個等級的PAI 的開發(fā)刺激了廣泛的應用。 所有產品的特點是必須長期承受極端溫度、高靜態(tài)和動態(tài)負載以及腐蝕性化學環(huán)境的各種組合。 許多應用還依賴于聚酰胺酰亞胺的電絕緣和熱絕緣和隔離特性。
憑借這些屬性，PAI 配方系列已被證明非常有效地滿足其他工程材料無法滿足的軸承和磨損、密封、結構和熱力和電氣部件的這些超高性能要求。 主要行業(yè)的部分用途包括飛機、航天飛機和衛(wèi)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(tǒng)的組件。 PAI 的高尺寸穩(wěn)定性、耐化學性和低釋氣是其在半導體晶片處理應用、測試插座和嵌套中使用的原因。 由 Polywel 開發(fā)的不含TiO 2且指定為Polywel PAI 4200的可加工坯料形狀等級也解決了對半導體工藝中鈦污染的擔憂。
PAI 加工挑戰(zhàn)和后固化優(yōu)勢
PAI 在整個行業(yè)中被公認為是一種具有挑戰(zhàn)性的擠出和注塑模具材料。 PAI 的固有特性需要高度的加工專業(yè)知識，以實現聚合物在擠出形狀和機加工和模塑零件中的最佳性能。
加工方面的挑戰(zhàn)包括其高的玻璃過渡溫度或軟化點（Tg），高度敏感的剪切率和控制熔體粘度的參數，以及在超過600°F（315°C）的溫度下，加工范圍狹窄。
PAI 對濕氣也高度敏感。 預干燥是必不可少的，必須嚴格監(jiān)控和維護工藝條件，以防止水分降低其分子量和物理性能。
在加工之后，聚酰胺-酰亞胺需要在高達500°F（260°C）的精確階段性溫度循環(huán)中延長熱后固化。 如果實施得當，這一重要步驟將完成酰亞胺化過程，并將 PAI 的分子量提高到達到其最佳性能的水平。
滿足對PAI 庫存形狀和零件不斷增長的需求的能力
自1970 年聚酰胺-酰亞胺商業(yè)化推出以來，少數專業(yè)公司已成為公認的擠出和模塑 PAI 產品專家。 尤其是 Polywel 繼續(xù)在產品和工藝開發(fā)方面進行持續(xù)投資，并保持充足的產能來支持其客戶不斷增長的需求，即在全球范圍內迅速可靠地供應PAI 型材和零件。
可靠的工藝和生產設備
富有行業(yè)應用經驗的技術團隊
