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特种工程塑料的聚酰胺-酰亚胺
发布日期:2019-08-07 10:01   来源:未知   阅读:

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  英 文 名 Poly(amide-Imide),简称PAI 1964年Amoco公司开发了电器绝缘用清漆(AI),1967年日立化成公司开发了HI-400系列清漆,1972年Amoco公司开发了模制材料(Torlon),1976年Torlon商品化。1979年美国聚酰胺-酰亚胺的消费量为1000吨,1988年美国的需要量为2000吨。世界有六家公司研制生产聚酰胺-酰亚胺。这些公司的商品:是美国Amoco公司的Torlon模塑料,日本东丽公司的TI-5000模塑料,TI-1000模塑料(热固性),Amoco/三菱化成公司的Torlon,Amoco/GE公司的AI线缆涂料,日立化成公司的HI-400系列线缆涂料,Amoco公司的AmocoA-I涂料,法国Rhone-Poulenc公司的Kermel纤维。

  中国上海市合成树脂研究所、长春应用化学研究所、上海电磁线厂、哈尔滨油漆颜料总厂和天津绝缘材料厂,于70年代中期就开始对聚酰胺亚胺进行研究开发。薄膜、油漆均有产品销售。 (1)酰氯法

  苯三酸酐的酰氯与芳族二胺反应制备聚酰胺-酰亚胺是一种重要的方法,其工艺如下:

  反应釜内加入定量的4,4′-二氨基联苯醚、二甲基乙酰胺、二甲苯,启动搅拌。待物料全部溶解后,再加入1,2,4-偏苯三甲酸酰氯。反应温度控制在25~35℃。当粘度达最大值时,用二甲基乙酰胺和二甲苯稀释。然后,用环氧乙烷中和发应副产出盐酸,可得到可溶性的聚酰胺-酰胺酸预聚体。若将此预聚体在高温下脱水环化,即可制得不熔不溶的聚酰胺-酰亚胺。 聚酰胺-酰亚胺的强度是当今世界上任何工业未增强塑料不可比拟的,其拉伸强度超过172MPa,在1.8MPa负荷下热变形温度为274℃。

  Torlon聚合物在制造后还可能进行固态聚合物,通过后固化增加分子量提供更优良的性能。后固化在260℃下发生,固化所需的时间和温度主要取决于零件的厚度和形状。

  它可在220℃下长期使用,300℃下不失重,450℃左右开始分解。其粘接性、柔韧性及耐碱性更佳,可与环氧树脂互混交联固化,耐磨性良好。 (1)模塑

  注射成型前应将料进行预干燥。干燥条件为150℃、8小时。料筒温度上限为360℃,模加工温度为200℃。注射压力尽量大,关闭增压泵后降至保压14~28MPa,背压为0.3MPa。后固化时间,在170~260℃条件下,约三天左右。

  聚酰胺-酰亚胺薄膜采用连续浸渍法制备。用400mm宽、0.05mm厚的铝箔作连续载体。浸有预聚体溶液的铝箔进入立式烘炉,于190℃下烘干,以除去溶剂。然后,于200~210℃下处理2~4小时,使预聚体膜脱水环化。待冷却后,将薄膜由铝箔上剥下即可。

  一般大规格的漆包圆线与漆包扁线均在立式漆包机上涂制,而细线则在卧式漆包机上涂制,均采用毛毡涂线法。炉温与浸渍速度随漆包线米。 聚氨基双马来酰亚胺的生产方法有两种:一是以顺丁烯二酸酐与芳族二元胺反应合成双马来酰亚胺中间体,然后与芳族二胺反应制备而成,此种方法一般称为间接合成法;二是以顺丁烯二酸酐与芳族二胺一步反应制备而成,一般称为直接法制备聚氨基双马来酰亚胺。

  马来酸与4,4′-二氨基二苯基甲烷(MDA)在氯仿和二甲基甲酰胺(DMF)存在下,反应生成双马来酰亚胺,经加热或化学转换,脱水或脱醋酸环化,制取双马来酰亚胺(MBI)。然后,MBI和MDA加成反应制备而成聚氨基双马来酰亚胺。

  1970年以来用直接法合成聚氨基双马来酰亚胺逐渐增多。西德、日本相继发表了不少这方面的文献。归纳起来大致有三种方法。

  顺丁烯二酸酐与芳族二胺作用生成聚氨基双马来酰亚酸,再用聚氨基双马来酰亚酸分子上的羧基和酰胺基反应,在加热情况下,通过与氨基的氢离子移位加成反应,制得聚氨基酰胺酸,然后,加热脱水闭环生成聚氨基双马来酰亚胺。

  顺丁烯二酸酐与甲醇反应制取顺丁烯二酸单甲酯,接着与芳族二胺作用生成氨基酯铵盐,经加热脱水生成单甲酯酰铵盐,然后,氢离子位移加成反应,生成聚单甲酯酰胺,脱醋酸闭环化,最后制得聚氨基双马来酰亚胺。

  此法是以醋酸作催化剂和反应介质,让顺丁烯二酸酐与芳族二胺直接反应,制备聚氨基双马来酰亚胺。 Kinel成型材料大致可分成构造用共混料和滑动零件用混料两类。前者掺混了不同长度的玻璃纤维;后者掺混了石墨或石墨和二硫化钼或聚四氟乙烯粉末。

  Kinel5504含有长度为6mm的玻璃纤维,其体积因素高达8.3(密度0.25g/cm3),通过压缩成型可以得到力学性能优良的成型品。造粒条件为120~130℃和20~40MPa,成型条件是加工温度230~250℃,压力10~30MPa,固化时间1mm厚/2分钟,成型时预热温度为200℃左右,成型品放在干燥炉中于250℃后固化24小时。

  为了改善其脱模性,可用硅油或聚四氟乙烯气溶胶仔细涂布模子,模型表面要求镀铬。

  Kinel5514所含玻璃纤维量稍低,且玻纤长度为3mm,体积因素为4.7(密度0.25g/cm3 ),可压缩成型制小型精密零件。成型条件同Kinel5504一样。

  Kinel5515流动性好,固化速度快,用传递成型加工制品。造粒和预热条件和前述品种一样。传递模塑的成型温度、固化时间和注入压力分别为200℃,1mm厚/1分钟,30~60MPa。后固化条件以200℃,24小时为适宜。

  Kinel5505、Kinel5508,前者含25%粉状石墨,后者含40%粉状石墨均系压缩成型材料。体积因素分别为4.0(密度0.36g/cm3 )和4.6(密度0.34g/cm3 )。造粒和预热条件和其它品种相同,但在造粒时可利用冷压缩或造粒机,造粒压力为10~40MPa。成型温度、成型压力和固化时间分别为220~260℃,10~30MPa,1mm厚/2~4分钟,后固化条件是250℃,24hr。

  Kinel5518是含聚四氟乙烯粉末的微粉状压缩成型用材料,可用于泡沫薄片。成型条件和加石墨的品种相同。唯后固化温度采用200℃为好。

  Kinel5517是含石墨和二硫化钼的品种,可用于减摩擦零件.可进行压缩成型和烧结成型.体积因素为5.0(密度0.3g/cm3 )。压缩成型条件和其它化滑动零件用材料相同。

  在烧结成型时,首先将粉末成型材料加入冷模具内,以100~200MPa的压力进行高压成型。打开模具取出成型物移入加热炉中,以程序控制于180~250℃加热制品(例如180~185℃,30min,185~200℃/1hr,200℃,4hr,200~250℃,1hr,250℃,4hr,共约11小时)。将成型品冷却到室温,从炉中取出成型品。没有必要进行后固化。 聚氨基双马来酰亚胺(PAMB)的力学性能、耐热性、电绝缘性、耐辐照特性和热碱水溶液性良好,作为构造材料应用适用于电机、航空机、汽车零件和耐辐照材料等。滑动零件用Kinel材料的主要用途是止推轴承,轴颈轴承、活塞环、止推垫圈、导向器、套管和阀片等。

  在汽车领域,可用于发动机零件、齿轮箱、车轮、发动机部件、悬架干轴衬、轴杆、液力循环路线和电器零件等。

  在电器领域,可用于电子计算机印刷基板、耐热仪表板、二极管、半导体开关元件外壳、底板和接插件等。

  在机械领域,可用以制作齿轮、轴承、轴承保持架、插口、推进器、压缩环和垫片等。

  在其它领域,可用以制作原子能机器零件、砂轮粘合剂等。 1972年美国GE公司开始研究开发PEI,经过10年时间试制、试用,于1982年建成5000吨生产装置,并正式以商品Ultem在市场销售。全世界年需要量为10000吨左右。以后,为提高产品的耐热性,GE公司还开发了ULtemⅡ。由于ULtemⅡ中含有对苯二胺结构,致使玻璃化温度(tg)从215°提高到227°,因而适应电子零件超小型电子管表面粘贴技术(SMT)的需要。该公司以开发了耐化学药品品级CRS5000、电线被覆用品级有机硅共聚合体D9000。为了进一步提高耐热性、耐化学药品性和流动性,该公司还开发了特种式程塑料合金,如PEI/PPS合金JD8901、PEI/PC合金D8001、D8007和SPEI/PA合金等。

  上海市合成树脂研究所对聚醚酰亚胺的研究开发工作始于20世纪80年代初,现有10t/aPEI装置一套,目前处于供不应求状态。该所正准备建设100t/a PEI生产装置,以满足国防军工的需要。该所的聚醚酰亚胺YS30,结构中含有二苯醚二胺,其产品耐水解性能更佳。 聚醚酰亚胺是由4,4′-二氨基二苯醚或间(或对)苯二胺与2,2′-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐在二甲基乙酰胺溶剂中经加热缩聚、成粉、亚胺化而制得。

  在上述方法中,又可分成多硝基取代法和多环缩聚过程。前者首先进行环化反应,生成酰亚胺环,然后进行芳族亲核硝基取代反应,形成柔性醚铰链。后者是先进行环化反应,然后进行环化反应,聚合物的生成工序是多环缩聚过程。

  PEI可用熔融缩聚法制备。这一方法从经济上,生态和技术的观点来看,都是有发展前途的。由于该法不使用溶剂,聚合物中不会含有溶剂,这对加工和使用都有重要意义。

  PEI还可用连续法直接在挤出机制造。该法操作步骤是:起始化合物的混合物依次通过挤出机内具有不同温度的区域,由单体混合的低温区移向最终产品溶融的高温区。环化反应生成的水,经适当的口孔从挤出机中不断排出,通常在挤出机的最后区域借助真空减压抽出。从挤出机的出料口可得到聚合物粒料或片材。还可在挤出机内直接使PEI和各种填料混合,制得以PEI为主的配混料。

  在这些方法中,溶液聚合是工业生产的方法。然而挤出机连续挤出聚合方法已由上海市合成树脂研究所在小型装置上开发成功,可以推向工业生产。 聚醚酰亚胺可用注塑和挤出成型,且易后处理和用胶粘剂与各种焊接法同其它材料接合。由于熔融流动性好,通过注塑成型可以制取形状复杂的零件。加工前须在150℃充分干燥4小时,注塑温度为337~427℃,模具温度为65~117℃。YS30的注塑条件如下:

  冷却时间 5~30秒。 聚醚酰亚胺具有优良的综合平衡性能,卓有成效地应用于电子、电机和航空等工来部门,并用作传统产品和文化生活用品的金属代用材料。

  在电器、电子工业部门,聚醚酰亚胺材料制造的零部件获得了广泛的应用,包括强度高和尺寸稳定的连接件、普通和微型继电器外壳、电路板、线圈、软性电路、反射镜、高精度密光纤元件。特别引人注目的是,用它取代金属制造光纤连接器,可使元件结构最佳化,简化其制造和装配步骤,保持更精确的尺寸,从而保证最终产品的成本降低约40%。

  耐冲击性板材Ultem1613用于制飞机的各种零部件,如舷窗、机头部部件、座件靠背、内壁板、门覆盖层以及供乘客使用的各种物件。PEI和碳纤维组成的复合材料已用于最新直升飞机各种部件的结构。

  利用其优良的机械特性、耐热特性和耐化学药品特性,PEI被用于汽车领域,如用以制造高温连接件、高功率车灯和指示灯、控制汽车舱室外部温度的传感器(空调温度传感器)和控制空气和燃料混合物温度的传感器(有效燃烧温度传感器)。此外,PEI还可用作耐高温润滑油侵蚀的线℃操作的蒸镏器的磨口玻璃接头(承接口)、非照明的防雾灯的反射镜。

  PEI耐水解性优良,因此用作医疗外科手术器械的手柄、托盘、夹具、假肢、医用灯反射镜和牙科用具。

  PEI兼具优良的高温机械性能和耐磨性,故可用于制造输水管转向阀的阀件。由于具有很高的强度、柔韧性和耐热性,PEI是优良的涂层和成膜材料,能形成适用于电子工业的涂层和薄膜,并可用于制造孔径 0.1μm、具有高渗透性的微孔隔膜。还可用作耐高温胶粘剂和高强度纤维等。 以PEEK 为基体的先进热塑性复合材料已成为航空航天领域最具实用价值的复合材料之一。碳纤维/聚醚醚酮复合材料已成功应用到F117A 飞机全自动尾翼、C-130 飞机机身腹部壁板、阵风飞机机身蒙皮及V-22 飞机前起落架等产品的制造。特殊碳纤维增强的PEEK 吸波复合材料具有极好的吸波性能,能使频率为0.1MHZ-50GHZ 的脉冲大幅度衰减,型号为APC 的此类复合材料已经应用于先进战机的机身和机翼。另外,ICI 公司开发的APC-2 型PEEK 复合材料是CelionG40-700 碳纤维与PEEK 复丝混杂纱单向增强复合材料,特别适合制造直升机旋翼和导弹壳体,美国隐身直升机LHX 已经采用此种复合材料。C L Ong 等研制了PEEK/石墨纤维复合材料,并将其固化成战斗机头部的着陆装置,具有较短的制造周期及优良的耐环境适应性等特点。由于其具有优异的阻燃性,也常用于制备飞机内部零件,降低飞机发生火灾的危害程度。

  利用PEEK 具有阻燃、包覆加工性好(可熔融挤出,而不用溶剂)、耐剥离性好、耐磨耗性好及耐辐照性强等特点,已经用作电缆、电线的绝缘或保护层,广泛应用于原子能、飞机、船舶等领域。PEEK 还可以用于制造原子能发电站用接插件和阀门零件,火箭用电池槽以及火箭发动机的零部件等。用吹塑成型法还可做成核废料的容器。

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