Полиамид-имид - Polyamide-imide

Полиамид-имиды либо термореактивный или же термопласт, аморфный полимеры обладающие исключительной механической, термической и химической стойкостью. Полиамидимиды широко используются в качестве покрытий для проволоки при изготовлении магнитной проволоки. Их получают из изоцианатов и ТМА (ангидрида тримеллиновой кислоты) в N-метил-2-пирролидоне (NMP). Известным дистрибьютором полиамид-имидов является компания Solvay Specialty Polymers, которая использует товарный знак Торлон.

Полиамид-имиды обладают сочетанием свойств обоих полиамиды и полиимиды, такие как высокая прочность, технологичность в расплаве^{[требуется разъяснение ]}, исключительно высокая термостойкость и широкая химическая стойкость.^{[нужна цитата ]} Полиамид-имидные полимеры можно перерабатывать в самые разные формы, от деталей и слитков, полученных литьем под давлением или прессованием, до покрытий, пленок, волокон и клеев. Обычно эти изделия достигают своих максимальных свойств при последующем термическом отверждении.

Другие высокоэффективные полимеры в той же области: полиэфирэфиркетоны и полиимиды.

Химия

Популярными в настоящее время коммерческими методами синтеза полиамидимидов являются хлорангидридный путь и изоцианатный путь.

Кислотно-хлоридный путь

Хлорид тримеллитовой кислоты

Метилендианилин

Самый ранний путь получения полиамид-имидов - это конденсация ароматического диамина, такого как метилендианилин (МДА) и хлорид тримеллитовой кислоты (TMAC). Реакция ангидрида с диамином дает промежуточную аминовую кислоту. Функциональная группа хлорангидрида реагирует с ароматическим амином с образованием амидной связи и соляной кислоты (HCl) в качестве побочного продукта. При промышленном получении полиамидимидов полимеризацию проводят в диполярном апротонном растворителе, таком как N-метилпирролидон (NMP), диметилацетамид (DMAC), диметилформамид (DMF) или диметилсульфоксид (ДМСО) при температуре 20-60 ° C. Побочный продукт HCl необходимо нейтрализовать на месте или удалить путем отмывания от осажденного полимера. Дальнейшая термическая обработка полиамидимидного полимера увеличивает молекулярную массу и заставляет амино-кислотные группы образовывать имиды с выделением воды.

Диизоцианатный путь

Это основной путь к полиамид-имидам, которые используются в качестве проволочных эмалей. Диизоцианат, часто 4,4’-метилендифенилдиизоцианат (MDI), реагирует с тримеллитовый ангидрид (ТМА). Продукт, получаемый в конце этого процесса, представляет собой раствор высокомолекулярного полностью имидизированного полимера без побочных продуктов конденсации, поскольку побочный продукт - диоксид углерода - легко удаляется. Такая форма удобна для изготовления проволочной эмали или покрытий. Вязкость раствора контролируется стехиометрией, монофункциональными реагентами и твердыми веществами полимера. Типичный уровень твердого вещества полимера составляет 35-45%, и поставщик или пользователь может дополнительно разбавить его разбавителями.

Изготовление

Полиамидимиды коммерчески используются для покрытий и формованных изделий.

Покрытия

Продукт, используемый в основном для покрытий, продается в виде порошка и примерно на 50% имидизирован. Одно из основных применений - эмаль для магнитных проводов. Эмаль для магнитной проволоки изготавливается путем растворения порошка PAI в сильном апротонном растворителе, таком как N-метилпирролидон. Разбавители и другие добавки могут быть добавлены для обеспечения правильной вязкости для нанесения на медный или алюминиевый проводник. Нанесение обычно выполняется путем протягивания проводника через ванну с эмалью, а затем через матрицу для контроля толщины покрытия. Затем проволока пропускается через печь, чтобы удалить растворитель и отвердить покрытие. Проволоку обычно пропускают через технологический процесс несколько раз для достижения желаемой толщины покрытия.

Эмаль PAI очень термически устойчива, а также устойчива к истиранию и химическому воздействию. PAI часто используется поверх эмали из полиэфирной проволоки для достижения более высоких тепловых характеристик.

PAI также используется в декоративных, антикоррозионных покрытиях для промышленного использования, часто в сочетании с фторполимеры. PAI помогает прикрепить фторполимер к металлической подложке. Они также находят применение в антипригарных покрытиях посуды. Хотя можно использовать растворители, используются некоторые системы на водной основе. Это возможно, потому что амид-имид содержит функциональную кислоту.

Формованные или обработанные изделия

Полиамидимиды, используемые для формованных изделий, также основаны на ароматических диаминах и хлорангидриде тримеллитовой кислоты, но диамины отличаются от тех, которые используются в продуктах, используемых для покрытий, и полимер более полно имидизирован перед компаундированием и гранулированием. Смолы для литья под давлением включают неармированные, армированные стекловолокном, армированные углеродным волокном и износостойкие сорта. Эти смолы продаются с относительно низкой молекулярной массой, поэтому их можно перерабатывать в расплаве экструзией или литьем под давлением. Затем формованные изделия подвергаются термической обработке в течение нескольких дней при температурах до 260 ° C (500 ° F). Во время этой обработки, обычно называемой постотверждением, молекулярная масса увеличивается за счет удлинения цепи, и полимер становится намного прочнее и более химически стойким. Перед постотверждением детали можно переточить и обработать. После постотверждения повторная обработка нецелесообразна.

Свойства формованного PAI

Только высокопрочные марки

Свойство	Метод испытания	единицы	аккуратный PAI	30% GF PAI	30% CF PAI
Предел прочности	ASTM D 638	МПа (кПси)	152 (22.0)	221 (32.1)	221 (32.0)
Модуль упругости при растяжении	ASTM D 638	ГПа (кПси)	4.5 (650)	14.5 (2,110)	16.5 (2,400)
Удлинение при растяжении	ASTM D 638	%	7.6	2.3	1.5
Предел прочности при изгибе	ASTM D 790	МПа (кПси)	241 (34.9)	333 (48.3)	350 (50.7)
Модуль упругости при изгибе	ASTM D 638	ГПа (кПси)	5.0 (730)	11.7 (1,700)	16.5 (2,400)
Прочность на сжатие	ASTM D 695	МПа (кПси)	221 (32.1)	264 (38.3)	254 (36.9)
Прочность на сдвиг	ASTM D 732	МПа (кПси)	128 (18.5)	139 (20.1)	119 (17.3)
Ударная вязкость по Изоду	ASTM D 256	Дж / м (фут-фунт / дюйм)	144 (2.7)	80 (1.5)	48 (0.9)
Ударная вязкость по Изоду - без надреза	ASTM D 4812	Дж / м (фут-фунт / дюйм)	1070 (20)	530 (10)	320 (6)
Температура теплового отклонения при 264 фунтах на кв. Дюйм	ASTM D 648	° C (° F)	278 (532)	282 (540)	282 (540)
Коэффициент линейного теплового расширения	ASTM D 696	ppm / ° C (ppm / ° F)	31 (17)	16 (9)	9 (5)
Объемное сопротивление	ASTM D 257	Ом-см	2e17	2e17
Удельный вес	ASTM D 792		1.42	1.61	1.48
Водопоглощение, 24 часа	ASTM D 570	%	0.33	0.24	0.26

Износостойкие марки ПАИ

Свойство	Метод испытания	единицы	4275	4301	4435	4630	4645
Предел прочности	ASTM D 638	МПа (кПси)	117 (16.9)	113 (16.4)	94 (13.6)	81 (11.8)	114 (16.6)
Модуль упругости при растяжении	ASTM D 638	ГПа (кПси)	8.8 (1,280)	6.8 (990)	14.5 (2,100)	7.4 (1,080)	18.6 (2,700)
Удлинение при растяжении	ASTM D 638	%	2.6	3.3	1.0	1.9	0.8
Предел прочности при изгибе	ASTM D 790	МПа (кПси)	208 (30.2)	215 (31.2)	152 (22.0)	131 (19.0)	154 (22.4)
Модуль упругости при изгибе	ASTM D 790	ГПа (кПси)	7.3 (1.060)	6.9 (1,000)	14.8 (2,150)	6.8 (990)	12.4 (1,800)
Прочность на сжатие	ASTM D 695	МПа (кПси)	123 (17.8)	166 (24.1)	138 (20.0)	99 (14.4)	157 (22.8)
Ударная вязкость по Изоду, с надрезом	ASTM D 256	Дж / м (фут-фунт / дюйм)	85 (1.6)	64 (1.2)	43 (0.8)	48 (0.9)	37 (0.7)
Ударная вязкость по Изоду, без надреза	ASTM D 4812	Дж / м (фут-фунт / дюйм)	270 (5)	430 (8)	210 (4)	160 (3)	110 (2)
Температура теплового отклонения при 264 фунтах на кв. Дюйм	ASTM D 648	° C (° F)	280 (536)	279 (534)	278 (532)	280 (536)	281 (538)
Коэффициент линейного теплового расширения	ASTM D 696	ppm / ° C (ppm / ° F)	25 (14)	25 (14)	14 (8)	16 (9)	9 (3)

Литье под давлением

Полиамидимидная смола гигроскопична и впитывает влагу из окружающей среды. Перед обработкой смолы требуется сушка, чтобы избежать ломкости деталей, вспенивания и других проблем при формовании. Смолу необходимо высушить до содержания влаги не более 500 частей на миллион. А осушитель Рекомендуется осушитель, способный поддерживать точку росы -40 ° F (-40 ° C). Если сушка производится в поддонах или лотках, поместите смолу слоями не более чем на 2–3 дюйма (5–8 см) глубиной в поддоны для сушки. Сушка в течение 24 часов при 250 ° F, 16 часов при 300 ° F или 8 часов при 350 ° F. При сушке при 350 ° F (177 ° C) ограничьте время сушки до 16 часов. Для пресса для литья под давлением рекомендуется использовать бункер-осушитель адсорбента. Всасывающая труба циркулирующего воздуха должна находиться у основания бункера, как можно ближе к загрузочному отверстию.

В целом, для формования PAI рекомендуются современные прессы для литья под давлением с поршневым поршнем и микропроцессорным управлением, способным регулировать его по замкнутому контуру. Пресс должен быть оснащен винтом постоянного конуса с низкой степенью сжатия. Степень сжатия должна быть от 1,1 до 1,5: 1, и не следует использовать контрольное устройство. Начальные температуры пресс-формы указаны ниже:^{[нужна цитата ]}

Зона	Температура, ° F	Температура, ° C
Зона подачи	580	304
Средняя зона	620	327
Передняя зона	650	343
Сопло	700	371

Температура формы должна быть в диапазоне от 325 ° F до 425 ° F (от 163 ° C до 218 ° C).

Другие приложения

Высокая термостойкость и химическая стойкость полиамид-имидов делают их в принципе пригодными для разделения газов на основе мембран. Отделение загрязняющих веществ, таких как CO₂, ЧАС₂S, и другие примеси из скважин природного газа - важный производственный процесс. Давление, превышающее 1000 фунтов на квадратный дюйм, требует материалов с хорошей механической стабильностью. Высокополярный H₂S и поляризуемый CO₂ молекулы могут сильно взаимодействовать с полимерными мембранами, вызывая набухание и пластификацию^[1] из-за высокого уровня примесей. Полиамидимиды могут сопротивляться пластификации из-за сильных межмолекулярных взаимодействий, возникающих из-за функций полиимида, а также способности полимерных цепей образовывать водородные связи друг с другом в результате амидной связи. Хотя в настоящее время полиамид-имиды не используются ни в каком крупном промышленном разделении, они могут быть использованы для таких типов процессов, где требуется химическая и механическая стабильность.

Смотрите также

• Пластиковый автомобильный двигатель

Рекомендации

1. Фриман, Бенни; Ямпольский, Юрий (2011-06-20). Мембранное разделение газов - Google Книги. ISBN  9781119956587. Получено 2012-02-19.

дальнейшее чтение

• Патель, М. и Shah, A.D., Поли (амиды-имиды) на основе полиолигомидов с концевыми аминогруппами, Oriental J. Chem, 19(1), 2002
• Джеймс М. Марголис, главный редактор, Справочник по инженерным пластмассам , ISBN  0-07-145767-4, Макгроу-Хилл, c2006