PAI、PI、PBI、 TPI、PEEK材料的應(yīng)用簡介

本文只解讀PAI、PI、PBI、 TPI、PEEK特種工程塑料,從耐高溫、耐化學(xué)、耐候和力學(xué)性能到應(yīng)用領(lǐng)域!



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一、先看表格


下面做一個表格,先睹為快!簡要總結(jié)了PAI(聚酰胺酰亞胺)、PI(聚酰亞胺)、PBI(聚苯并咪唑)、TPI(熱塑性聚酰亞胺)和PEEK(聚醚醚酮)這五種高性能工程塑料的關(guān)鍵性能如下:


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請注意,具體性能根據(jù)材料的牌號規(guī)格和制造商的不同而有所變化。此表提供了一個大致的性能概覽,此外,PI和PBI為熱固性材料,加工方法不同于熱塑性材料,通常需要特殊的固化過程,如PI 膜溶劑溶解流延法,或濺射,或化學(xué)氣相沉積法等


二、進入正題:


PAI、PI、PBI、TPI、PEEK 均屬于特種工程塑料,那它們的性能和應(yīng)用領(lǐng)域有哪些不同?


  • PI(聚酰亞胺)是分子結(jié)構(gòu)主鏈中含有酰亞胺結(jié)構(gòu)(-CO-NR-CO-)的高分子聚合物(熱固性),是綜合性能最佳的有機高分子材料之一。部分PI型號其耐高溫達400°C以上 ,具有最高的阻燃等級,被譽為“二十一世紀最有希望的工程塑料之一”,并認為"沒有聚酰亞胺就不會有今天的微電子技術(shù)"

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    PI(聚酰亞胺)粉末

    由于PI有良好的電氣絕緣性能、機械性能、化學(xué)穩(wěn)定性、耐老化性能、耐輻照性能、低介電損耗,且這些性能在很寬的溫度范圍(-200℃-300℃)內(nèi)不會發(fā)生顯著變化,部分品牌PI型號甚至達400度,PI可以通過多種方式制成不同的產(chǎn)品,并應(yīng)用在各個不同的領(lǐng)域之中,如薄膜、纖維、光敏材料、泡沫和復(fù)合材料


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    有“黃金薄膜”美譽PI膜

    PI主要應(yīng)用于柔性屏幕、軌道交通、航空航天、電子封裝、風(fēng)機葉片、軍工、汽車等若干領(lǐng)域。

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    以下是PI部分制品,大多壓鑄,或者利用棒材、板材機加工。

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  • PAI(聚酰胺-酰亞胺是一類含有酰胺基的新型工程塑料,PAI的強度是當(dāng)今世界上任何工業(yè)未增強塑料不可比擬的,已知最高,其拉伸強度超過172MPa具有在高溫環(huán)境下,機械性能和尺寸穩(wěn)定性好,耐磨和摩擦性能、抗紫外線性能、抗高能輻射性能優(yōu)越,固有的低可燃性,高強度、高絕緣、耐輻射、耐腐蝕、自潤滑、熱膨脹系數(shù)小等特性。640 (5).png

    PAI原料

    PAI 分子結(jié)構(gòu)中,酰胺基團與酰亞胺基團連在同一個芳環(huán)上,呈有規(guī)則的排列,使得PAI兼具聚酰胺(PA)和聚酰亞胺(PI)的特點。PAI 在保留熱固化PI的基礎(chǔ)上,插上了熱塑性尼龍的翅膀,那是如虎添翼!

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    PAI粉末可用于改性和涂料

    PAI它對金屬和其它材料有很好的粘接性能,適用作漆包線漆、浸漬漆、薄膜、層壓板材、涂層和粘合劑。所以PAI粉最早的應(yīng)用就是涂料,粘接劑這些!


目前PAI常用于高技術(shù)設(shè)備精密零件的制作,以及對精度要求極高的場合,如無潤滑軸承、密封、軸承隔離環(huán)和往復(fù)式壓縮機零件,電子和半導(dǎo)工業(yè),還可應(yīng)用于石油鉆井設(shè)備等。


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  • PBI(聚苯并咪唑)熱固性特種工程塑料,被認為是現(xiàn)在耐熱性能最好的塑料,瞬間溫度沖擊400+,聚烷基苯并咪唑的密度1.2克/厘米3;全芳族聚苯并咪唑的密度1.3~1.4。PBI最突出的優(yōu)點是瞬間耐高溫性,烷基PBI在465~475℃才完全分解,芳基PBI在538℃尚不分解,900℃失重僅30% ,常期使用溫度300~370℃。

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PBI具有出色的機械強度、剛性、硬度和抗蠕變性能,以及卓越的尺寸穩(wěn)定性、耐磨和摩擦性能、極低的線性熱膨脹系數(shù)、出色的抗高能輻射性能、優(yōu)異的耐腐蝕特性、固有的低可燃性、在離子污染環(huán)境下高純度、低排氣性等特性。


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PBI棒材


PBI主要應(yīng)用于航空航天、汽車交通、電子電氣、精密機械等對材料耐高溫、耐化學(xué),高精度配件等要求較高的領(lǐng)域。


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  • TPI(熱塑性聚酰亞胺):在熱固性PI基礎(chǔ)上研發(fā)的,其性能與PI(熱固性)接近,且易加工優(yōu)點,具有彈性模量高、抗沖擊性強、耐熱性好、尺寸穩(wěn)定性好、阻燃性好、電絕緣性優(yōu)、耐化學(xué)腐蝕、耐輻射等特點。差異的話熱塑性TPI耐溫低于PI。


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    TPI加纖顆粒,用于注塑 擠出

    相比PI,TPI加工性能優(yōu)異,除了可采用傳統(tǒng)熱固性PI的加工方式外,還可以采用擠出、注塑成型等加工方法,能夠制造形狀復(fù)雜零部件,可一次成型,可回收二次成型,產(chǎn)品精度高,但其強度、耐高溫性有所下降。可廣泛應(yīng)用在航空航天、汽車交通、電子電氣、精密機械等領(lǐng)域。


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    TPI配件

  • PEEK(聚醚醚酮)性能優(yōu)異的特種工程塑料,具有良好的物理、化學(xué)性能,具有優(yōu)良的耐化學(xué)性,熱穩(wěn)定性和抗氧化性能,同時具有良好的機械強度,抗蠕變和電學(xué)特性。它可以承受高能輻射,阻燃性能好。長期工作溫度范圍可從-100℃至+250℃。加纖PEEK熱變形溫度最高320+。

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    PEEK原料
    由于PEEK具有優(yōu)良的抗化學(xué)性、極低吸濕性、不易磨損及耐磨蝕、持續(xù)暴露于熱水或蒸汽不受影響。在航空航天、汽車制造、電子電氣、醫(yī)療和化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。


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    PEEK在緊固件應(yīng)用

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PEEK水泵配件


PEEK工業(yè)應(yīng)用,重點講一下在醫(yī)療的應(yīng)用,由于其優(yōu)異的化學(xué)物理性能、尤其PEEK 憑借其在生物的相容性卓越性能,在改善醫(yī)療效果、提高患者生活質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用


PEEK(聚醚醚酮)在醫(yī)療領(lǐng)域有諸多重要應(yīng)用

  • 骨科植入物例如人工關(guān)節(jié)(髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)等)的部件。PEEK 具有與人體骨骼相似的彈性模量,在髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中,PEEK 制成的髖臼內(nèi)襯能夠提供良好的耐磨性和生物相容性。

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    PEEK材料替代骨骼,上圖1,破損腦科上的植入、2、人體關(guān)節(jié)配件。

  • 脊柱融合器件用于脊柱融合手術(shù)中的椎間融合器。它能提供足夠的支撐和穩(wěn)定性,同時有助于骨生長和融合。

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    PEEK材料脊柱融合器件。

  • 創(chuàng)傷修復(fù)如骨折固定裝置,如接骨板和螺釘。PEEK 的強度和穩(wěn)定性能夠滿足固定骨折部位的要求,而且其生物相容性減少了組織排異反應(yīng)。

  • 口腔頜面外科制作顱頜面修復(fù)體、義齒基托等。可以根據(jù)患者的個體解剖結(jié)構(gòu)進行定制,實現(xiàn)更精準(zhǔn)的修復(fù)。

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    PEEK制作顱頜面修復(fù)體、義齒基托等

  • 醫(yī)療器械部件醫(yī)療設(shè)備的外殼、手柄等,因為 PEEK 具有良好的耐化學(xué)腐蝕性和耐高溫性能。



總之在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用PEEK憑借其優(yōu)異性能,比如PEEK具有與人體骨骼相似的彈性模量,能有效減少應(yīng)力遮擋,促進骨整合,降低假體松動的風(fēng)險,正在大幅增長,應(yīng)用越來越廣泛,當(dāng)然材料本身在改善醫(yī)療效果、提高患者生活質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用。


三、誰是真正的工程塑料天王?


塑料君從以上PAI、PI、PBI、 TPI、PEEK五種特種工程塑料,做個總結(jié):總的來說,這幾種特種工程塑料都具有優(yōu)異的性能!


綜合性能對比結(jié)果:

  • 耐熱性:PBI > PI > TPI ≈ PAI ≈ PEEK(不同規(guī)格差別大)

  • 化學(xué)穩(wěn)定性:PI ≈ PBI > TPI > PAI > PEEK

  • 電絕緣性:PI > PBI > TPIPAI  PEEK

  • 加工性:PEEK > TPI > PAI > PBI > PI(PI、PBI是熱固性材料)

  • 機械性能:PAI、PBI、PI和TPI在不同方面各有優(yōu)勢,而PEEK具有良好的平衡。


這五種材料里面,PEEK最深得客戶喜歡,PEEK是當(dāng)之無愧的頂級水桶型特種工程塑料,比它耐熱沒有它的加工性,有加工性的沒它的生物相容性。但在具體應(yīng)用中,如果你正好需要選用這些材料,那么需要根據(jù)實際需求來選擇合適規(guī)格的材料。