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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(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 的開發(fā)。

開發(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)載的零件無需外部潤滑即可長期可靠地運(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、延長生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間以及消除潤滑劑污染的風(fēng)險(xiǎn)。

通過擠出和注塑成型對(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(shù)方面的投資也促成了獨(dú)特尺寸和形狀的開發(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），板厚無與倫比，高達(dá) 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(rèn)可。

以Torlon? PAI、Polywel PAI 和其他名稱提供的庫存形狀

識(shí)別PAI 庫存形狀的商業(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，其配置中沒有用于擠出的標(biāo)準(zhǔn)樹脂。

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?，而重量卻大大降低。 這是它們在航空航天和國防應(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(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)測試中（最高測試水平），30% 玻璃增強(qiáng)等級(jí)的 PAI 在長期暴露后保留了 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

自聚合物問世以來，具有不同性能特征的多個(gè)等級(jí)的PAI 的開發(fā)刺激了廣泛的應(yīng)用。 所有產(chǎn)品的特點(diǎn)是必須長期承受極端溫度、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(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

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(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)品和工藝開發(fā)方面進(jìn)行持續(xù)投資，并保持充足的產(chǎn)能來支持其客戶不斷增長的需求，即在全球范圍內(nèi)迅速可靠地供應(yīng)PAI 型材和零件。