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聚酰胺酰亞胺(PAI)概述

聚酰胺-酰亞胺被公認(rèn)為性能最高的可熔融加工聚合物。 從化學(xué)上講，它是酰亞胺樹(shù)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(guān)：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(jìn)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(fù)載下具有非常出色的強(qiáng)度。 即使在接近其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Tg) 或 537°F (280°C) 的軟化點(diǎn)時(shí)，它也能保持其剛性，并以其**的抗壓強(qiáng)度和抗蠕變性隨著時(shí)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(xué)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(wù)環(huán)境中應(yīng)用的理想選擇。

供應(yīng)商，產(chǎn)品

索爾維是世界上最重要的PAI 樹(shù)脂生產(chǎn)商，以 Torlon? PAI 品牌供應(yīng)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(chǎn)品，以及用于生產(chǎn)可加工型材 的擠壓和壓縮成型的產(chǎn)品。 這種聚合物樹(shù)脂也可以以粉末形式提供，用于高溫粘合劑、環(huán)氧樹(shù)脂、涂料和復(fù)合材料。

在1970 年聚合物商業(yè)化推出后的幾十年里，應(yīng)用的激增和對(duì)更高水平物理性能的渴望導(dǎo)致了幾種性能增強(qiáng)等級(jí)的 PAI 的開(kāi)發(fā)。

開(kāi)發(fā)了玻璃和碳纖維增強(qiáng)配方以提高高溫下的強(qiáng)度，擴(kuò)展了PAI 在結(jié)構(gòu)部件中的應(yīng)用可能性。 即使在高溫下相當(dāng)大的重復(fù)機(jī)械載荷和應(yīng)力下，這些更高強(qiáng)度等級(jí)也表現(xiàn)出與許多金屬相當(dāng)?shù)膭偠取?/span>

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(qiáng)聚合物的軸承和耐磨性能，并延長(zhǎng)負(fù)載下移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)部件的功能壽命。 在許多情況下，由此產(chǎn)生的耐磨性改進(jìn)使承受動(dòng)態(tài)負(fù)載的零件無(wú)需外部潤(rùn)滑即可長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行。 采用聚酰胺酰亞胺組件的設(shè)備和機(jī)械的好處包括降低維護(hù)和更換成本、延長(zhǎng)生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間以及消除潤(rùn)滑劑污染的風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)擠出和注塑成型對(duì)不同等級(jí)的聚酰胺酰亞胺進(jìn)行熔融加工的能力導(dǎo)致了超高性能聚合物的無(wú)數(shù)應(yīng)用。Polywel Plastics 為全球的機(jī)械加工公司和分銷商提供非增強(qiáng)、纖維增強(qiáng)、軸承和耐磨等級(jí)的 PAI，具有無(wú)與倫比的擠壓棒材、板材和無(wú)縫? 管材形狀尺寸和配置范圍。 該公司在工藝技術(shù)方面的投資也促成了獨(dú)特尺寸和形狀的開(kāi)發(fā)，從而擴(kuò)大了 PAI 的應(yīng)用范圍。 例如，Polywel 提供世界上**的PAI 直徑桿，尺寸高達(dá) 10.125 英寸（257.275 毫米），板厚無(wú)與倫比，高達(dá) 4.0 英寸（101.6 毫米）。 Polywel 還提供由其庫(kù)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(rèn)可。

以Torlon? PAI、Polywel PAI 和其他名稱提供的庫(kù)存形狀

識(shí)別PAI 庫(kù)存形狀的商業(yè)慣例在數(shù)量有限的專用制造商之間有所不同。 有些人為所有 PAI 產(chǎn)品使用自己的品牌名稱。 Polywel Plastics 由 Torlon? PAI 牌號(hào)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(chǎn)品，其中商業(yè)擠出等級(jí)無(wú)法用于客戶所需的產(chǎn)品。 在需要以原料形狀的形式生產(chǎn)此類產(chǎn)品的情況下，Polywel 開(kāi)發(fā)了將Torlon? PAI 粉末轉(zhuǎn)化為擠出所需的顆粒形式的技術(shù)。 當(dāng)樹(shù)脂的可擠出顆粒形式被供應(yīng)商停產(chǎn)時(shí)，該投資是基于滿足客戶對(duì)特定等級(jí)的庫(kù)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(chǎn)品包括Polywel 4200 PAI 型材。 該配方消除了與標(biāo)準(zhǔn) PAI 配方中使用的二氧化鈦相關(guān)的離子雜質(zhì)，并且是半導(dǎo)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(méi)有用于擠出的標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)脂。

PAI 的性能屬性

在極端溫度下具有高強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性

PAI 最顯著的特點(diǎn)之一是它在高溫下保持非常高的彎曲模量和拉伸強(qiáng)度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)所有其他熱塑性材料的能力。 事實(shí)上，PAI 在 400°F (205°C) 下比室溫下的大多數(shù)工程塑料具有更高的強(qiáng)度和剛度。 在長(zhǎng)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(qiáng)的聚酰胺-酰亞胺等級(jí)表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)膭偠群蛣偠龋亓繀s大大降低。 這是它們?cè)诤娇蘸教旌蛧?guó)防應(yīng)用中用作金屬替代品的一個(gè)令人信服的理由，例如，在這些應(yīng)用中，輕質(zhì)和高溫下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是性能和經(jīng)濟(jì)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(xiàn)出更高的抗沖擊性和韌性，而在低溫下，大多數(shù)其他高強(qiáng)度聚合物變得非常脆并最終失效。

PAI 還在寬溫度波動(dòng)范圍內(nèi)提供出色的尺寸穩(wěn)定性。 特別是玻璃和碳纖維增強(qiáng)材料的 CLTE（襯里熱膨脹系數(shù)）非常低，與飛機(jī)級(jí)鋁材相當(dāng)。

PAI的抗壓強(qiáng)度和抗蠕變性

PAI 在高溫下保持其特別高的抗壓強(qiáng)度，并在負(fù)載下抵抗蠕變。 事實(shí)上，在高靜載荷下，未增強(qiáng)的 PAI 等級(jí)可抵抗蠕變，蠕變會(huì)導(dǎo)致其他用玻璃或碳纖維增強(qiáng)的高性能熱塑性塑料產(chǎn)生壓縮變形。 它的彈性恢復(fù)行為和壓縮性能以及在寬溫度范圍內(nèi)的韌性，導(dǎo)致各種 PAI 等級(jí)在密封環(huán)、液壓提升閥、制動(dòng)挺桿、止回球、止推墊圈和壓縮機(jī)板等應(yīng)用中得到廣泛使用. 增強(qiáng)和潤(rùn)滑等級(jí)的 PAI 提高了需要更高強(qiáng)度和耐磨性的密封部件的性能水平。

PAI 導(dǎo)熱系數(shù)

需要隔熱和隔熱的應(yīng)用（例如隔熱罩）受益于聚酰胺酰亞胺的低導(dǎo)熱性。PAI 外殼和面板通常用于保護(hù)關(guān)鍵內(nèi)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(shù)PAI 等級(jí)提供出色的電絕緣性能，特定等級(jí)提供比其他等級(jí)更高的性能。 商業(yè)上提供的Torlon 4203L和 5030 PAI 牌號(hào)尤其具有出色的介電強(qiáng)度以及高體積和表面電阻率。 但是，某些耐磨等級(jí)含有石墨。 雖然根據(jù)使用直流電的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，它們顯示出高電阻率特性，但它們?cè)诟叩碾妷汉皖l率水平下會(huì)表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。

一種名為Torlon 7130 PAI的碳纖維增強(qiáng)等級(jí)實(shí)際上是導(dǎo)電的，這是一種用于需要屏蔽電磁干擾的應(yīng)用的資產(chǎn)。

由于它們可以注塑成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且在精密公差的機(jī)加工零件中尺寸穩(wěn)定，因此許多聚酰胺-酰亞胺牌號(hào)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(xué)性

在中等溫度下，PAI 幾乎不受大多數(shù)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(huì)受到飽和蒸汽、強(qiáng)堿和一些高溫酸體系的侵蝕。

通過(guò)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(xué)性和耐磨性。 出于這個(gè)原因，Polywel Plastics 對(duì)所有擠出的 PAI 型材和注塑件進(jìn)行后固化。 對(duì)于需要最高水平的耐化學(xué)性的聚酰胺-酰亞胺應(yīng)用，加工零件可以進(jìn)行二次后固化，以確保**性能。

PAI 對(duì)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(duì)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(shí)機(jī)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(xiàn)出出色的穩(wěn)定性。 在 10 9 rads 的認(rèn)證機(jī)構(gòu)測(cè)試中（最高測(cè)試水平），30% 玻璃增強(qiáng)等級(jí)的 PAI 在長(zhǎng)期暴露后保留了 95% 的機(jī)械性能。 它的性能是 PAI 作為核能領(lǐng)域應(yīng)用材料規(guī)格中的一個(gè)主要因素，包括用于美國(guó)海軍核潛艇的組件。

PAI 等級(jí)的可燃性和煙霧的產(chǎn)生

基于全球主要機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的測(cè)試的認(rèn)證評(píng)級(jí)驗(yàn)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(yīng)用中的適用性。大多數(shù)市售的PAI 等級(jí)都帶有這些機(jī)構(gòu)的令人印象深刻的可燃性評(píng)級(jí)。 Torlon 5030 PAI和 Torlon 7130 PAI 兩種商業(yè)等級(jí)以注塑件和可加工坯料形狀的形式提供，超過(guò)了 FAA 對(duì)商用飛機(jī)的可燃性、煙霧密度和有毒氣體排放要求。

PAI 典型應(yīng)用

自聚合物問(wèn)世以來(lái)，具有不同性能特征的多個(gè)等級(jí)的PAI 的開(kāi)發(fā)刺激了廣泛的應(yīng)用。 所有產(chǎn)品的特點(diǎn)是必須長(zhǎng)期承受極端溫度、高靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載以及腐蝕性化學(xué)環(huán)境的各種組合。 許多應(yīng)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(wú)法滿足的軸承和磨損、密封、結(jié)構(gòu)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(jī)、航天飛機(jī)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(chǔ)應(yīng)用以及軍事和國(guó)防武器系統(tǒng)的組件。 PAI 的高尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和低釋氣是其在半導(dǎo)體晶片處理應(yīng)用、測(cè)試插座和嵌套中使用的原因。 由 Polywel 開(kāi)發(fā)的不含TiO 2且指定為Polywel PAI 4200的可加工坯料形狀等級(jí)也解決了對(duì)半導(dǎo)體工藝中鈦污染的擔(dān)憂。

PAI 加工挑戰(zhàn)和后固化優(yōu)勢(shì)

PAI 在整個(gè)行業(yè)中被公認(rèn)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(shí)，以實(shí)現(xiàn)聚合物在擠出形狀和機(jī)加工和模塑零件中的**性能。

加工方面的挑戰(zhàn)包括其高的玻璃過(guò)渡溫度或軟化點(diǎn)（Tg），高度敏感的剪切率和控制熔體粘度的參數(shù)，以及在超過(guò)600°F（315°C）的溫度下，加工范圍狹窄。

PAI 對(duì)濕氣也高度敏感。 預(yù)干燥是必不可少的，必須嚴(yán)格監(jiān)控和維護(hù)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(dá)500°F（260°C）的精確階段性溫度循環(huán)中延長(zhǎng)熱后固化。 如果實(shí)施得當(dāng)，這一重要步驟將完成酰亞胺化過(guò)程，并將 PAI 的分子量提高到達(dá)到其**性能的水平。

滿足對(duì)PAI 庫(kù)存形狀和零件不斷增長(zhǎng)的需求的能力

自1970 年聚酰胺-酰亞胺商業(yè)化推出以來(lái)，少數(shù)專業(yè)公司已成為公認(rèn)的擠出和模塑 PAI 產(chǎn)品專家。 尤其是 Polywel 繼續(xù)在產(chǎn)品和工藝開(kāi)發(fā)方面進(jìn)行持續(xù)投資，并保持充足的產(chǎn)能來(lái)支持其客戶不斷增長(zhǎng)的需求，即在全球范圍內(nèi)迅速可靠地供應(yīng)PAI 型材和零件。