Polyamid-imid
Polyamid-imider är antingen värmehärdande eller termoplastiska , amorfa polymerer som har exceptionella mekaniska, termiska och kemiska resistenta egenskaper. Polyamid-imider används i stor utsträckning som trådbeläggningar vid tillverkning av magnettråd. De framställs av isocyanater och TMA (trimellinsyraanhydrid) i N -metyl-2-pyrrolidon (NMP). En framstående distributör av polyamidimider är Solvay Specialty Polymers, som använder varumärket Torlon .
förtydligande behövs - imider uppvisar en kombination av egenskaper från både polyamider och polyimider , såsom hög hållfasthet, smältbearbetbarhet, [ ] exceptionell hög värmeförmåga och bred kemisk beständighet. [ Citat behövs ] Polyamid-imidpolymerer kan bearbetas till en mängd olika former, från formsprutade delar och göt till beläggningar, filmer, fibrer och lim. I allmänhet når dessa artiklar sina maximala egenskaper med en efterföljande termisk härdningsprocess.
Andra högpresterande polymerer i samma område är polyetereterketoner och polyimider .
Kemi
De för närvarande populära kommersiella metoderna för att syntetisera polyamidimider är syrakloridvägen och isocyanatvägen.
Syrakloridväg
Den tidigaste vägen till polyamidimider är kondensationen av en aromatisk diamin, såsom metylendianilin (MDA) och trimellitsyraklorid (TMAC). Reaktion av anhydriden med diaminen ger en intermediär aminsyra. Syrakloridfunktionaliteten reagerar med den aromatiska aminen för att ge amidbindningen och saltsyra (HCl) som en biprodukt. Vid kommersiell framställning av polyamidimider utförs polymerisationen i ett dipolärt, aprotiskt lösningsmedel såsom N - metylpyrrolidon (NMP), dimetylacetamid (DMAC), dimetylformamid (DMF) eller dimetylsulfoxid (DMSO) vid temperaturer mellan 20–60 °C . Biprodukten HCl måste neutraliseras in situ eller avlägsnas genom att tvätta den från den utfällda polymeren. Ytterligare värmebehandling av polyamidimidpolymeren ökar molekylvikten och gör att aminsyragrupperna bildar imider med vattenutvecklingen.
Diisocyanatväg
Detta är den primära vägen till polyamid-imider som används som trådemaljer. Ett diisocyanat, ofta 4,4'-metylendifenyldiisocyanat (MDI) , reageras med trimellitsyraanhydrid (TMA). Produkten som uppnås i slutet av denna process är en helt imidiserad polymerlösning med hög molekylvikt utan kondensationsbiprodukter, eftersom biprodukten av koldioxidgas lätt kan avlägsnas. Denna form är bekväm för tillverkning av trådemalj eller beläggningar. Lösningens viskositet styrs av stökiometri, monofunktionella reagens och polymerfasta ämnen. Den typiska fasta polymerhalten är 35-45 % och den kan spädas ytterligare av leverantören eller användaren med spädningsmedel.
Tillverkning
Polyamidimider används kommersiellt för beläggningar och formade föremål.
Beläggningar
Produkten som främst används för beläggningar säljs i pulverform och är till ungefär 50 % imiderad. En av de stora användningsområdena är som magnettrådsemalj. Magnettrådsemaljen tillverkas genom att lösa PAI-pulvret i ett starkt, aprotiskt lösningsmedel som N-metylpyrrolidon. Spädningsmedel och andra tillsatser kan tillsättas för att ge rätt viskositet för applicering på koppar- eller aluminiumledaren. Applicering görs vanligtvis genom att dra ledaren genom ett bad av emalj och sedan genom ett munstycke för att kontrollera beläggningens tjocklek. Tråden förs sedan genom en ugn för att driva bort lösningsmedlet och härda beläggningen. Tråden förs vanligtvis genom processen flera gånger för att uppnå önskad beläggningstjocklek.
PAI-emaljen är mycket termiskt stabil samt nötnings- och kemikaliebeständig. PAI används ofta över polyestertrådemaljer för att uppnå högre värmeklasser.
PAI används också i dekorativa, korrosionsbeständiga beläggningar för industriellt bruk, ofta i kombination med fluorpolymerer . PAI hjälper till att vidhäfta fluorpolymeren till metallsubstratet. De hittar också användning i non-stick beläggningar av köksredskap. Även om lösningsmedel kan användas, används vissa vattenburna system. Dessa är möjliga eftersom amid-imiden innehåller syrafunktionalitet.
Gjutna eller maskinbearbetade artiklar
De polyamidimider som används för formade föremål är också baserade på aromatiska diaminer och trimellitsyraklorid, men diaminerna skiljer sig från de som används i produkterna som används för beläggningar och polymeren imideras mer fullständigt före blandning och pelletisering. Hartser för formsprutning inkluderar oförstärkta, glasfiberförstärkta, kolfiberförstärkta och slitstarka kvaliteter. Dessa hartser säljs med en relativt låg molekylvikt så att de kan smältbearbetas genom extrudering eller formsprutning. De formade artiklarna värmebehandlas sedan i flera dagar vid temperaturer upp till 260 °C (500 °F). Under denna behandling, vanligen kallad efterhärdning, ökar molekylvikten genom kedjeförlängning och polymeren blir mycket starkare och mer kemiskt resistent. Innan efterhärdning kan delar slipas om och ombearbetas. Efter efterbehandling är upparbetning inte praktiskt.
Egenskaper hos gjuten PAI
| Fast egendom | Testmetod | Enheter | Gjuten PAI |
|---|---|---|---|
| Draghållfasthet, ultimat | ASTM D 638 | MPa, medelvärde | 91,6 MPa |
| Dragmodul | ASTM D 638 | GPa, medelvärde | 3,97 |
| Dragförlängning | ASTM D 638 | % | 3.15 |
| Böjhållfasthet | ASTM D 790 | MPa | 133 |
| Böjmodul | ASTM D 638 | GPa | 4,58 |
| Tryckhållfasthet | ASTM D 695 | MPa, medel | 132 |
| Izod slaghållfasthet | ASTM D 256 | J/m (ft-lb/in) medelvärde | 0,521 (1) |
| Värmeavböjningstemperatur @ 264 psi | ASTM D 648 | °C (°F) | 273 (523) |
| Koefficient för linjär termisk expansion | ASTM D 696 | ppm/°C | 37,7 |
| Volymresistivitet | ASTM D 257 | ohm-cm, medel | 8,10 × 10 12 ohm |
| Densitet | ASTM D 792 | g/cm 3 | 1,48 |
| Vattenabsorption, 24 timmar | ASTM D 570 | % | 0,35 |
Endast höghållfasta kvaliteter
| Fast egendom | Testmetod | Enheter | Snygg PAI | 30 % GF PAI | 30 % CF PAI |
|---|---|---|---|---|---|
| Brottgräns | ASTM D 638 | MPa (kpsi) | 152 (22,0) | 221 (32,1) | 221 (32,0) |
| Dragmodul | ASTM D 638 | GPa (kpsi) | 4,5 (650) | 14,5 (2 110) | 16,5 (2 400) |
| Dragförlängning | ASTM D 638 | % | 7.6 | 2.3 | 1.5 |
| Böjhållfasthet | ASTM D 790 | MPa (kpsi) | 241 (34,9) | 333 (48,3) | 350 (50,7) |
| Böjmodul | ASTM D 790 | GPa (kpsi) | 5,0 (730) | 11,7 (1 700) | 16,5 (2 400) |
| Tryckhållfasthet | ASTM D 695 | MPa (kpsi) | 221 (32,1) | 264 (38,3) | 254 (36,9) |
| Ren styrka | ASTM D 732 | MPa (kpsi) | 128 (18,5) | 139 (20,1) | 119 (17,3) |
| Izod slaghållfasthet | ASTM D 256 | J/m (ftlb/in) | 144 (2,7) | 80 (1,5) | 48 (0,9) |
| Izod slaghållfasthet, omärkt | ASTM D 4812 | J/m (ftlb/in) | 1070 (20) | 530 (10) | 320 (6) |
| Värmeavböjningstemperatur @ 264 psi | ASTM D 648 | °C (°F) | 278 (532) | 282 (540) | 282 (540) |
| Koefficient linjär termisk expansion | ASTM D 696 | ppm/°C (ppm/°F) | 31 (17) | 16 (9) | 9 (5) |
| Volymresistivitet | ASTM D 257 | ohm-cm | 2e17 | 2e17 | |
| Specifik gravitation | ASTM D 792 | 1,42 | 1,61 | 1,48 | |
| Vattenabsorption, 24 timmar | ASTM D 570 | % | 0,33 | 0,24 | 0,26 |
Slitstarka PAI-kvaliteter
| Fast egendom | Testmetod | Enheter | 4275 | 4301 | 4435 | 4630 | 4645 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Brottgräns | ASTM D 638 | MPa (kpsi) | 117 (16,9) | 113 (16,4) | 94 (13,6) | 81 (11,8) | 114 (16,6) |
| Dragmodul | ASTM D 638 | GPa (kpsi) | 8,8 (1 280) | 6,8 (990) | 14,5 (2 100) | 7,4 (1 080) | 18,6 (2 700) |
| Dragförlängning | ASTM D 638 | % | 2.6 | 3.3 | 1.0 | 1.9 | 0,8 |
| Böjhållfasthet | ASTM D 790 | MPa (kpsi) | 208 (30,2) | 215 (31,2) | 152 (22,0) | 131 (19,0) | 154 (22,4) |
| Böjmodul | ASTM D 790 | GPa (kpsi) | 7,3 (1,060) | 6,9 (1 000) | 14,8 (2 150) | 6,8 (990) | 12,4 (1 800) |
| Tryckhållfasthet | ASTM D 695 | MPa (kpsi) | 123 (17,8) | 166 (24,1) | 138 (20,0) | 99 (14,4) | 157 (22,8) |
| Izod slaghållfasthet, skårad | ASTM D 256 | J/m (ft-lb/in) | 85 (1,6) | 64 (1,2) | 43 (0,8) | 48 (0,9) | 37 (0,7) |
| Izod slaghållfasthet, omärkt | ASTM D 4812 | J/m (ft-lb/in) | 270 (5) | 430 (8) | 210 (4) | 160 (3) | 110 (2) |
| Värmeavböjningstemperatur vid 264 psi | ASTM D 648 | °C (°F) | 280 (536) | 279 (534) | 278 (532) | 280 (536) | 281 (538) |
| Koefficient linjär termisk expansion | ASTM D 696 | ppm/°C (ppm/°F) | 25 (14) | 25 (14) | 14 (8) | 16 (9) | 9 (3) |
Formsprutning
Polyamid-imidharts är hygroskopisk och tar upp omgivande fukt. Innan hartset bearbetas krävs torkning för att undvika spröda delar, skumning och andra formningsproblem. Hartset måste torkas till en fukthalt på 500 ppm eller mindre. En torkmedelstork som kan hålla en daggpunkt på -40 °F (−40 °C) rekommenderas. Om torkning görs i pannor eller brickor, lägg hartset i lager som inte är mer än 2 till 3 tum (5 till 8 cm) djupa i torkbrickor. Torka i 24 timmar vid 250 °F, eller 16 timmar vid 300 °F, eller 8 timmar vid 350 °F. Om torkning vid 350 °F (177 °C), begränsa torktiden till 16 timmar. För formsprutningspressen rekommenderas en torkmedelstork. Sugröret för cirkulerande luft bör vara vid botten av behållaren, så nära matarhalsen som möjligt.
Generellt rekommenderas moderna formsprutningspressar med fram- och återgående skruv med mikroprocessorkontroller som kan kontrolleras med sluten slinga för gjutning av PAI. Pressen ska förses med en konstant konisk skruv med lågt kompressionsförhållande. Kompressionsförhållandet bör vara mellan 1,1 och 1,5 till 1, och ingen kontrollenhet bör användas. Startformens temperaturer specificeras enligt följande: [ citat behövs ]
| Zon | Temp, °F | Temperatur, °C |
|---|---|---|
| Matningszon | 580 | 304 |
| Mellanzon | 620 | 327 |
| Främre zonen | 650 | 343 |
| Munstycke | 700 | 371 |
Formens temperatur bör ligga inom intervallet 325 °F till 425 °F (163 °C till 218 °C).
Andra applikationer
Polyamidimiders höga temperatur och kemiska beständighet gör dem i princip lämpliga för membranbaserade gasseparationer. Separationen av föroreningar som CO 2 , H 2 S , och andra föroreningar från naturgaskällor är en viktig industriell process. Tryck som överstiger 1000 psia kräver material med god mekanisk stabilitet. De mycket polära H 2 S och polariserbara CO 2 molekylerna kan starkt interagera med polymermembranen och orsaka svällning och plasticering på grund av höga nivåer av föroreningar. Polyamid-imider kan motstå mjukning på grund av de starka intermolekylära interaktionerna som uppstår från polyimidfunktionerna såväl som polymerkedjornas förmåga att vätebinda med varandra som ett resultat av amidbindningen. Även om de för närvarande inte används i någon större industriell separation, kan polyamidimider användas för dessa typer av processer där kemisk och mekanisk stabilitet krävs.
Se även
Vidare läsning
- Patel, MC och Shah, AD, poly(amid-imider) baserad på aminoändkapslade polyoligomider, Oriental J. Chem , 19(1), 2002
- James M. Margolis, chefredaktör, Engineering plastics handbook , ISBN 0-07-145767-4 , McGraw-Hill, c2006