特種工程塑料的介紹和分析
特種工程塑料主要包括聚苯硫醚(PPS),聚砜(PSF),聚酰亞胺(PI), 聚芳酯(PAR),液晶聚合物(LCP),聚醚醚酮(PEEK),含氟聚合物等,特種工程塑料種類多,性能優(yōu)異價格昂貴。
聚苯硫醚(PPS)
聚苯硫醚全稱為聚苯基硫醚,是分子主鏈中帶有苯硫基的熱塑性樹脂,英文名為polyphenylene snlfide(簡稱PPS)。
PPS是結晶型(結晶度55%-65%)的高剛性白色粉末聚合物,耐熱性高(連續(xù)使用溫度達240℃)、機械強度、剛性、難燃性、耐化學藥品性,電氣特性、尺寸穩(wěn)定性都優(yōu)良的樹脂,耐磨、抗蠕變性優(yōu),阻燃性優(yōu)。有自熄性。達UL94V-0級,高溫、高濕下仍保持良好的電性能。流動性好,易成型,成型時幾乎沒有縮孔凹斑。與各種無機填料有良好的親和性。增強改性后可提高其物理機械機械性能和耐熱性(熱變形溫度),增強材料有玻璃纖維、碳纖維、聚芳酰胺纖維、金屬纖維等,以玻璃纖維為主。無機填充料有滑石、高嶺土、碳酸鈣、二氧化硅、二硫化鉬等。
PPS/PTFE、PPS/PA、PPS/PPO等合金已商品化,PPS/PTFE合金改進了PPS的脆性,潤滑性和耐腐蝕性,PPS/PA合金為高韌性合金。
玻纖增強PPS具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、耐磨性、抗蠕變性、在寬范圍(溫度、濕度、頻率)內(nèi)有極佳的機械性能和電性能,介電量數(shù)小、介電損耗低。作為耐高溫,防腐涂料,涂層可以在180℃ 下長期使用;電子電器工業(yè)上作連接器,絕緣隔板,端子,開關;機械和粘密機械在做泵、齒輪、活塞環(huán)貯槽、葉片閥件,鐘表零部件,照相機部件;汽車工業(yè)上汽化器。分配器部件,電子電氣組等零件,批氣閥氣,傳感器部伯件;家電部件有磁帶錄相機結構部件、品體二極管、各種零件;另個還用于宇航、航空工業(yè), PPS/PTFE可做防粘、耐磨部件及傳動件,如軸泵。
聚砜類樹脂是20世紀60年代中期以后出現(xiàn)的一類熱塑性工程塑料,是一類主鏈上含有砜荃和芳核的非結晶性熱塑性工程塑料。
按其化學結構可分為脂族聚砜和芳族聚砜。脂族聚砜不耐堿,不耐熱,無實用價值,而芳族聚砜中的雙酚A聚砜及其改性產(chǎn)品--非雙酚A的聚芳砜,以及聚醚砜,則有較廣泛的用途,是業(yè)已商業(yè)化生產(chǎn)的高分子量聚砜樹脂。
雙酚A聚砜樹脂是美國聯(lián)碳公司(UCC)于1965年開發(fā)成功的,商品名為Udel polysuifone;
聚芳砜是美國3M公司在1967年開發(fā)成功的,商品名為Astrel;
聚醚砜由英國卜內(nèi)門公司(ICI)于1972年開發(fā)成功的,商品名為Victrex。
聚砜類樹脂結構中的氧都具有高度共振二芳基砜集團,硫原子處于完全氧化狀態(tài),砜基的高共振使聚砜類樹脂具有極其出色的耐氧化性能和耐熱性能,具有出色的熔融穩(wěn)定性,這些都是高溫模塑和擠出成型必須具備的加工性能。
聚砜
介紹:聚砜是分子主鏈中含有 鏈節(jié)的熱塑性樹脂,英文名Polysalfone(簡稱PSF或PSU)有普通雙酚A型PSF(即通常所說的PSF),聚芳砜和聚醚砜二種。
PSF是略帶琥珀色非晶型透明或半透明聚合物,力學性能優(yōu)異,剛性大,耐磨、高強度,即使在高溫下也保持優(yōu)良的機械性能是其突出的優(yōu)點,其范圍為為-100~150℃, 長期使用溫度為160℃,短期使用溫度為 190℃,熱穩(wěn)定性高,耐水解,尺寸穩(wěn)定性好,成型收縮率小, 無毒,耐輻射,耐燃,有熄性。在寬廣的溫度和頻率范圍內(nèi)有優(yōu)良的電性能。化學穩(wěn)定性好,除濃硝酸、濃硫酸、鹵代烴外,能耐一般酸、堿、鹽、在酮,酯中溶脹。耐紫外線和耐候性較差。耐疲勞強度差是主要缺點。 PSF成型前要預干燥至水份含量小于0.05%。PSF可進行注塑、模壓、擠出、熱成型、吹塑等成型加工,熔體粘度高,控制粘度是加工關鍵,加工后宜進行熱處理,消除內(nèi)應力。
可做成精密尺寸制品。
PSF 主要用于電子電氣、食品和日用品、汽車用、航空、醫(yī)療和一般工業(yè)等部門,制作各種接觸器、接插件、變壓器絕緣件、可控硅帽 ,絕緣套管、線圈骨架、接線柱 ,印刷電路板、軸套、罩、電視系統(tǒng)零件、電容器薄膜,電刷座,堿性蓄電池盒、電線電纜包覆。PSF還可做防護罩元件、電動齒輪、蓄電池蓋、飛機內(nèi)外部零配件、宇航器外部防護罩,照相器檔板,燈具部件、傳感器。代替玻璃和不銹鋼做蒸汽餐盤,咖啡盛器,微波烹調(diào)器、牛奶盛器、擠奶器部件、飲料和食品分配器。衛(wèi)生及醫(yī)療器械方面有外科手術盤、噴霧器、加濕器、牙科器械、流量控制器、起槽器和實驗室器械,還可用于鑲牙,粘接強度高,還可做化工設備(泵外罩、塔外保護層、耐酸噴嘴、管道、閥門容器)、食品加工設備,奶制品加工設備、環(huán)保控制傳染設備。
聚芳砜(PASF)和聚醚砜(PES)耐熱性更好,在高溫下仍保持優(yōu)良機械性能。
學 名:聚芳砜,聚苯醚砜英 文 名:Polyarylsulfone, 簡稱PAS
1、發(fā)展史
聚芳砜于1967年由美國3M公司開發(fā)并以Astrel360牌號出售,后將生產(chǎn)及銷售權轉讓給Carborundum公司,目前由該公司在世界范圍內(nèi)仍以Astrel360牌號生產(chǎn)銷售。
2、主要生產(chǎn)方法
Astrel 360聚芳砜是由4、4′-二碳酰二氯二苯醚與聯(lián)苯的Friedel-Crafts聚合反應來制備。
3、理化性能
Astrel 360聚芳砜典型特性為耐熱,能在空氣中溫度260℃條件下長期老化。
4、加工成型
聚芳砜可采用注射、擠出或壓縮成型技術加工成制品。但聚芳砜具有高的熔融粘度,所以對加工設備有特殊的要求,一般采用專用的加工設備以滿足加工溫度400~425℃。壓力要求為140~210MPa(20300~30450psi),模具溫度為230~280℃。
5、應用領域
聚芳砜主要應用于電氣、電子工業(yè)領域,多為軍工產(chǎn)品的多插頭的接觸器、印刷電路板的基板及插座。這些制件要求具有良好的機械性能、熱性能和耐化學性能。
在美國市場上,除Astrel牌號外,還有一種Radel型號的聚芳砜產(chǎn)品,其性能指標如表(略)
學 名:聚醚砜、聚芳醚砜 英 文 名:polyethersulfone,簡稱PES
1、發(fā)展史
聚醚砜由卜內(nèi)門(ICI)公司于1972年開發(fā)并以Victrex商品牌號銷售于全世界。德國巴斯夫(BASF)公司以Ultrason E商品牌號生產(chǎn)并銷售。近幾年來,世界各國工程熱塑樹脂的生產(chǎn)和銷售一直處于低谷狀態(tài),其中以聚醚砜尤為突出。卜內(nèi)門公司已于1991年將其生產(chǎn)能力為5000噸/年的聚醚砜裝置關閉。目前最大生產(chǎn)商為巴斯夫公司。國內(nèi)吉林大學中試化工廠、長春應用化學研究所和徐州工程塑料廠有少量試產(chǎn)品種。
2、主要生產(chǎn)方法
PES的生產(chǎn)路線有兩條,即雙酚路線和單酚路線。這兩條路線均為親核高溫置換反應、聚合反應過程中添加強堿、采用高沸點惰性溶劑。
3、理化性能
由于聚醚砜分子結構中不存在任何酯類結構的單元,聚醚砜具有出色的熱性能和氧化穩(wěn)定性。經(jīng)UL確認聚醚砜連續(xù)使用溫度為180℃,并滿足UL94V-0級阻燃要求,(厚度為0.51mm)。聚醚砜耐應力開裂,不溶于極性溶劑如酮類和一些含鹵碳氫化合物。耐水解,耐極大多數(shù)酸、堿、脂類碳氫化合物、醇、油及脂類??梢酝ㄟ^對其分子量的控制或添加各種增強材料、各種纖維,以提高聚合物的性能。該樹脂滿足美國FDA要求可使用于與食品接觸的制件。
4、加工成型
聚醚砜雖然是一種高溫工程熱塑樹脂,但仍可以按常規(guī)熱塑加工技術進行加工??刹捎米⑸涑尚汀D出成型、吹塑成型、壓縮成型或真空成型。高模溫有助于成型和減小成型引起的應力。一般注射成型溫度為310~390℃,模溫為140~180℃。PES是一種無定形樹脂,模收縮率很小,可加工成對容限要求高及薄壁的制品。
5、改性產(chǎn)品
典型改性聚醚砜品種有玻璃纖維增強及碳纖維改性的導電型樹脂。
6、應用領域
聚醚砜具有特有的設計性能,包括:寬溫度范圍內(nèi)(-100~200℃)高機械性能;高熱變形溫度及良好耐熱老化性能;長期使用溫度達180℃;制品耐侯性好;阻燃及低煙密度性;良好電性能;透明等。因此PES制品大量應用于電氣、電子、機械、醫(yī)療、食品及航空航天領域。
電氣及電子工業(yè)中的應用,主要包括線圈骨架、接觸器、二維及三維空間結構的印刷電路板、開關零件、燈架基座、電池及蓄電池外罩、電容器薄模等。由于PES制品長期使用溫度達180℃,屬UL94V-0級材料,具有高尺寸穩(wěn)定性能、良好的電絕緣性能,因而使其成為電氣工程結構材料的首選材料。
機械工業(yè)中的應用,主要選用玻璃纖維增強牌號,制件具有耐蠕變、堅硬、尺寸穩(wěn)定等特性。適合制作軸承支架及機械件的外殼等。
汽車制造工業(yè)中的應用,主要有照明燈的反光件,峰值溫度達200℃,并且可制成鋁合金反光器件。還有汽車的電器連接器、電子、電-機械控制元件、座架、窗、面罩、水泵及油泵等。
航空領域的應用,已通過聯(lián)邦航空規(guī)范條款25·853及客機技術標準條款1000·001,用于飛機內(nèi)部裝飾件包括支架、門、窗等,以提高安全性。聚醚砜對雷達射線透過率極佳,目前雷達天線罩已用其代替過去的環(huán)氧制件。
醫(yī)療衛(wèi)生領域的應用。聚醚砜制件耐水解,耐消毒溶劑。制品包括鉗、罩、手術室照明組件離心泵外科手術器件的手柄、熱水器、熱水管、溫度計等。
廚房用具的應用,包括咖啡器、煮蛋器、微波器、熱水泵等。
照明及光學領域的應用,包括反光器、信號燈。聚醚砜制件有著色透明、對UV穩(wěn)定、可長期在室外環(huán)境下使用等特性。
聚醚砜可通過溶劑技術制備成各種具有高機械強度的超濾膜、滲透膜、反滲透膜及中孔纖維。其制品用于節(jié)能、水處理等領域。
由于聚醚砜屬于無定形樹脂范疇,可以作為涂層材料應用于金屬表面的涂覆。
7、開發(fā)動向
聚醚砜開發(fā)以共聚改性為主,其目的是提高其綜合性能和加工性能,以滿足市場的需求。卜內(nèi)門公司開發(fā)出聚醚砜/聚砜的共聚物,其組份百分含量不同,樹脂性能也有不同的同性能產(chǎn)品。該共聚物具有比聚砜更高的熱變形溫度,比聚醚砜更低的吸水性,具有更佳的流動加工性能,并可以用GF增強。
卜內(nèi)門公司最近開發(fā)出牌號為Super-Shield的聚醚砜涂料??膳cFluon-one-Coat一起使用于廚房器具,形成不粘復合涂層。
巴斯夫公司最近開發(fā)出聚醚砜熱塑硬質(zhì)泡沫材料。該材料具有高熱變形溫度、耐熱老化、低煙揮發(fā)密度、低毒性、耐水解、耐酸和堿等特性。這種硬質(zhì)泡沫材料與聚醚砜樹脂的復合材料一起用于航空航天領域前途廣闊。由于該材料具有堅硬、質(zhì)輕的特性,還可以用于造船、火車、醫(yī)療及體育用品的制件。
芳族聚酰胺(Polyamide Aromatic,簡稱PARA)的纖維及其復合材料具有高拉伸強度高模量較低的伸長率、耐燃燒、耐高溫、耐有機溶劑和燃料、潤滑劑等特性,因此在工程方面有廣泛用途,目前已開發(fā)在工業(yè)上應用的有PPTA、MPIA、PBA等。
一、聚對苯酰胺
學 名 聚對苯甲酰胺英 文 名 Poly(p-benzamide),簡稱PBA
化學結構
(一)發(fā)展史
美國杜邦公司于1916年首先介紹芳族聚酰胺-聚間苯二甲酰間苯二胺(Nomex)纖維,1970年介紹了聚對苯酰胺(Fibre B或PRD-49),1972年又介紹了較韌性的聚1,4-苯撐對苯二酰胺(Kevlar 49)纖維,分析表明Kevlar纖維為代表。
1977年我國開始研制聚對苯酰胺,1990年上海市合成樹脂研究所完成年產(chǎn)3噸中試鑒定。
(二)主要生產(chǎn)方法
1.樹脂生產(chǎn)
以對氨基苯甲酸為單位、N-甲基吡咯烷酮為溶劑,在催化劑、助催化劑存在和80~90℃的條件下,反應3小時。然后,將物料沉析到酒精中,用水洗滌樹脂,干燥,即可得到紡絲用樹脂。樹脂的特性粘度控制在1.8~2.2范圍內(nèi)。
2.液晶漿液的制備
將芳綸-I樹脂溶解在含有4~6%助溶劑的有機溶劑(二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮)中,聚合物濃度控制在9~10%左右,即可得到光學上各向異性的液晶漿液。
3.濕法紡絲
將上述液晶漿液過濾,置于貯料筒中脫泡24小時,紡絲液經(jīng)紡絲計量泵計量后,再經(jīng)過濾器送至噴絲頭,通過Φ0.05~0.08×500~1000孔紡絲帽,以每分鐘10~20米的速度從噴絲孔噴入到凝固浴中。凝固浴為20~40%的有機溶劑水溶液,溫度為40~50℃。從凝固出來的纖維經(jīng)水充分洗凈,干燥后,即得芳綸-I原絲。原絲在惰性氣體中(3~5升/分,500~550℃)熱處理3~5秒,即得到芳綸-I纖維。
(三)理化性能
1.物理性能
纖維色澤:淡黃色
相對密度:1.4655g/cm3
復絲旦度:1000~1500旦
細度:1.0~1.5旦
復絲強度:2337~2585Mpa
伸長率:1.5~2.5%
彈性模量:>147Gpa
芳綸-I性能接近Kevlar-149的性能,兩者比較如表
2.熱性能
芳綸-I與Kevlar-49浸漬環(huán)氧樹脂后耐熱穩(wěn)定性相近,未涂環(huán)氧樹脂則芳綸-I的熱穩(wěn)定性優(yōu)于Kevlar-49。
芳綸-I在280℃空氣中恒溫老化100小時,性能基本沒有變化。
芳綸-I在320℃的恒溫熱老化性能見表
(四)應用領域
聚對苯酰胺纖維是一種高強度、高模量、低密度的芳核酰胺纖維。其纖維密度(1.42~1.46g/cm3為玻璃纖維的60%,為碳纖維的80%,拉伸強度3.4~4.1Gpa,拉伸模量82.7~137.9Gpa,壓縮強度僅為拉伸強度的20%,顯示出延展性,可以壓縮和彎曲,能夠吸收能量。它廣泛用于熱塑性塑料和熱固性塑料的增強,是尖端復合材料的高效增強劑。典型應用包括:
1.導彈、核武器、宇航等軍用復合材料??纱蠓葴p輕自重,提高射程和載荷能力。
2.利用其超剛性、低密度性能,用其復合材料作雷達罩及天線骨架。
3.用其復合材料做飛機的地板材料、整流罩、機體門窗、內(nèi)裝飾等結構材料。
4.利用其高強度和低伸長率特性作光纜、電纜、海洋電纜等的增強骨架材料。
5.體育器材。成功地用以制作賽艇、槳、羽毛球拍等。
6.各種高溫、耐磨的盤根、剎車片等。
7.橡膠制品。用以制作超高壓管、齒型帶、三角帶等。
學 名 聚對苯二甲酰對苯二胺英 文 名 Poly(P-Phenylene terephthalamide),簡稱PPTA
化學結構
(一)發(fā)展史
美國杜邦公司最早開發(fā)出聚間苯二甲酰間二胺(Nomex)纖維,1972年又成功地開發(fā)了聚對苯酰胺(Kevlar-29)和聚對苯二甲酰對苯二胺(Kevlar-49)纖維。1979年美國消費芳族聚酰胺的數(shù)量7000噸。目前,美國杜邦公司擁有三大家Kevlar纖維生產(chǎn)廠家,即:美國里滿德工廠年產(chǎn)能力2萬噸;英國梅唐工廠年產(chǎn)能力7000噸;東麗·杜邦公司的日本東海工廠年產(chǎn)能力2.5萬噸。
荷蘭阿克蘇公司和杜邦公司的專利糾紛解決后,阿克蘇公司積極開發(fā)芳族聚酰胺Twaron纖維,建有5000噸生產(chǎn)裝置。計劃1992年擴大到7000噸。該公司還打算和住友化學公司合作在日本建設芳族聚酰胺工廠。日本帝人公司在松山工廠生產(chǎn)Technora芳酰胺纖維,該公司準備與德國赫斯特公司合作在德國生產(chǎn)芳酰胺纖維。目前全世界聚對苯二甲酰對苯二胺纖維產(chǎn)量約6萬噸。
(二)要生產(chǎn)方法
1.樹脂生產(chǎn)
在裝有N-甲基吡咯烷酮的聚合釜中,加入氯化鋁(為投料量的1.2~1.8%)及吡咯(吡咯/對苯二胺=0.6~1.2摩爾),然后加入對苯二胺,溶解后分兩步加入對苯
二甲酰氯粉末(對苯二胺濃度為0.20~0.45摩爾/升,酰氯過量0.30~2.5%),在氮氣保護、常壓下進行攪拌反應,反應溫度維持在-5℃~80℃,聚合物特性粘度為5.5~6.0.
2.紡絲
Kevlar纖維是采用聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)漆制備而成。PPTA是對-苯二酰胺和-苯二酰氯縮合反應的產(chǎn)品。將PPTA溶解于熱濃硫酸中,直到液晶固體濃度打20重量%止。PPTA-硫酸溶液通過干噴絲醉噴到混凝浴中(干噴-濕紡)。然后,用氫氧化鈉水溶液中和纖維,繼之水洗,干燥,制成Kevlar纖維。
(三)理化性能
1.樹脂性能
特性粘度≥4.5
灰分 ≤500ppm
色澤 淡黃
2.纖維性能
原 絲 熱處理絲
拉伸強度 2.8Gpa 2.8GPa
伸長率 5.76% 3.5%
彈性模量 51~64Gpa ≥96GPa
相對密度 1.44 1.45
3.熱性能
聚對苯二甲酰對苯二胺具有超高強度、超高模量、耐高溫和低密度等特性。其原絲及熱處理絲的熱失重情況見表
(四)應用領域
聚對苯二甲酰對苯二胺纖維可用作船舶和氣球的系留繩、漁具和采集資源用的牽引繩、游艇帆布、滑翔回收飛船、防彈西裝背心和賽馬服等防護服。還可用于復合材料的增強纖維,如用作輪胎簾布和皮帶簾布等。此外,還可用于飛機、汽車、體育用品等。我國生產(chǎn)的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維已成功地用于導彈、飛機、汽車、光纜加強件、賽艇、弓箭、羽毛球等體育器材。
(五)開發(fā)動向
高強度、高模量、低密度芳酰胺纖維,今后仍將繼續(xù)向超高強度、超高模量、低密度的方向發(fā)展。就聚合體制備而言,連續(xù)擠出聚合是發(fā)展方向,但需要解決分子量控制問題。如何做得分子量分布均勻的聚合體仍是需要努力解決的問題。此外,降低原料成本,降低纖維價格,也是當務之急。只有降低價格,提高質(zhì)量,才更具有競爭能力。
我國的芳綸-Ⅱ型、美國杜邦公司的Kevlar、荷蘭阿克蘇公司的Twaron和日本帝人公司的Technora,產(chǎn)品性能的比較見表
聚酰亞胺
介紹:聚酰亞胺是分子結構含有 酰亞胺基鏈節(jié)的芳雜環(huán)高分子化合物,英文名Polyimide(簡稱PI),可分為均苯型PI,可溶性PI,聚酰胺-酰亞胺(PAI)和聚醚亞胺(PEI)四類。
PI是目前工程塑料中耐熱性最好的品種之一,有的品種可長期承受290℃ 高溫短時間承受490℃的高溫,另外力學性能、耐疲勞性能、難燃性、尺寸穩(wěn)定性、電性能都好,成型收縮率小,耐油、一般酸和有機溶劑,不耐堿,有優(yōu)良的耐摩擦,磨耗性能.
PI成型方法包括壓縮模塑、浸漬、注塑、擠出、壓鑄、涂覆、流延、層合、發(fā)泡、傳遞模塑。
PI在航空、汽車、電子電器、工業(yè)機械等方面均有應用,可作發(fā)動機供燃系統(tǒng)零件、噴氣發(fā)動機元件、壓縮機和發(fā)電機零件、扣件、花鍵接頭和電子聯(lián)絡器,還可做汽車發(fā)動機部件、軸承、活塞套、定時齒輪,電子工業(yè)上做印刷線路板、絕緣材料、耐熱性電纜、接線柱、插座、機械工業(yè)上做耐高溫自潤滑軸承、壓縮機葉片和活塞機、密封圈、設備隔熱罩、止推墊圈、軸襯等。
學 名 聚均苯四甲酰亞胺英 文 名 Polypyromellitimide,簡稱PMMI
1、發(fā)展史
1980年首次成功合成芳族聚酰亞胺,五十年代末期制備得到高分子量的芳族聚酰亞胺。1961年杜邦公司生產(chǎn)出聚均苯四甲酰亞胺薄膜(Kapton)。1964年開發(fā)生產(chǎn)聚均苯四甲酰亞胺膜塑料(Vespels)。1965年公開報道該聚合物的薄膜和模塑料,之后,粘合劑、涂料、泡沫和纖維相繼問世。六十年代中期,大量文獻涉及該聚合物的各有關方面。1977~1979年就有一千多篇有關稿件登載于美國化學文獻中,100多篇文獻向美國國家技術服務局登記。隨著電器、電子機器的小型化、輕量化,對耐熱性優(yōu)良的、電性能優(yōu)異的聚酰亞胺的需要量越來越多。
1979年,美國消費聚酰亞胺2200噸。就薄膜而言,東麗·杜邦公司的Kapton年生產(chǎn)能力為565噸,鐘淵化學公司在日本的Apical年生產(chǎn)能力為170噸,該公司與Allied-signal公司合作在美國有一年產(chǎn)150噸Apical生產(chǎn)裝置,還準備在瑞士建設百噸級生產(chǎn)裝置。俄國報道不詳,從技術交流得悉,目前該國有一年產(chǎn)200多噸的生產(chǎn)裝置。美國年生產(chǎn)能力近2000噸。全世界擁有聚均苯四甲酰亞胺薄膜年生產(chǎn)能力近4000噸。日本對膜塑料的年需要量為20噸,估計美國年需要量200多噸。全世界總需要量為每年300多噸,預測今后將以每年10%的速度遞增。
我國對聚均苯四甲酰亞胺的研究始于1962年,1963年用于漆包線,1966年后薄膜、模塑料、粘合劑相繼問世,目前產(chǎn)量已達200多噸。
2、生產(chǎn)方法
加入一定量的二甲基乙酰胺到反應釜內(nèi),然后再加入4,4′-二氨基聯(lián)苯醚,待基本溶解后,加入均苯四甲酸二酐,反應溫度控制在50℃左右,得到透明的聚酰胺酸頂聚物溶液。預聚物脫除溶劑后,經(jīng)300高溫脫水環(huán)化或加醋酐(脫水劑)、三乙胺(中和劑)成鹽沉淀,分離得到聚酰亞胺。
3、理化性能
模塑粉和模壓塑料的性能如下:
3.1模塑粉
外觀:淡黃色粉末
細度:≤250μm
表觀密度:≥0.35(克/cm3)
(0.5%鄰甲酚溶液,溫度35℃時測定)
3.2模壓塑料
外觀:琥珀色半透明
表面電阻率:≥1015Ω
體積電阻率:≥1016Ω·cm
壓縮強度:≥160MPa
彎曲強度:≥180MPa
沖擊強度:≥100kJ/m2
介電損耗角正切(106赫茲)1×10-3~5×10-3
介電常數(shù)(106赫茲)3.0~3.5
4、加工成型
4.1薄膜
目前國內(nèi)有兩種成型方法,即連續(xù)浸漬法和流延法。先在二甲基乙酰胺溶液中,制得濃度為15%~16%、比濃粘度20~50秒的聚酰胺酸溶液。然后,以多程浸膠機進行浸漬操作,用0.05mm厚的鋁箔作連續(xù)載體。每浸一次都經(jīng)過烘烤干燥(180℃以下),除去溶劑,浸漬速度為3.5~6.5m/min。然后,在350℃下處理30~60分鐘,使聚酰胺酸膜脫水環(huán)化。待冷卻后,將聚酰亞胺化的薄膜從鋁箔上剝下,即得成品。若將聚酰胺酸溶液流延在連續(xù)運轉的不銹鋼基帶上,通過烘烤和高溫脫水環(huán)化,即可制取聚酰亞胺薄膜。
4.2模壓塑料
苯四甲酸二酐和4,4′-二氨基聯(lián)苯醚等摩爾反應制備的15~20%高粘度聚酰胺酸溶液,再加入叔胺催化劑,加熱沉淀,除去溶劑,再經(jīng)300℃高溫處理,制成高比表面的模塑粉。最后,采用類似粉末冶金法,聚酰亞胺粉末加入模子中于300℃維持10分鐘,再加壓(275MPa)2分鐘,在保持壓力的條件下吹風冷卻,至溫度低于200℃后,解除壓力,出模即可。
4.3纖維
聚均苯四甲酰亞胺纖維是由它的先母料聚酰胺酸的DMAC(二甲基乙酰胺)溶液,在氣態(tài)環(huán)境中干紡成聚酰胺酸纖維,在充分拉伸的情況下轉化成聚酰亞胺纖維,熱轉化后于550℃完成纖維拉伸。這樣制成的纖維其拉伸強度為0.45GPa,伸長率為11.7%,模量為6.4GPa。
4.4涂料
聚酰胺酸可用作涂料材料。將其涂布到電線上,熱轉化成聚酰亞胺,即可產(chǎn)生一種重要的線纜涂料。前述的Pyre ML和Pyralin均屬此類聚均苯四甲酰亞胺涂料。
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