聚醚酰亚胺PEI的特性及成型工艺

baozang

产品描述

% Z! |- c. S6 z. j' M    聚醚酰亚胺 Polyetherimide,简称PEI，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。
) a, o. L: `$ ]. d5 N3 j/ T
8 Y: v% Y& o5 m0 A+ \    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。

0 F3 h# h" ?# L8 @) {- E% {    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。
$ f, n, Z: Y2 i  t' m& Q
    在这些方法中，溶液聚合是目前工业生产的方法。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。
- B9 ~0 `# R) e7 ~+ B* p
; A) T- P9 r1 H" B物化性能

1、 全芳香聚酰亚胺按热重分析，其开始分解温度一般都在500℃左右。由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺，热分解温度达到600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。
6 A; R9 J" m9 c3 o9 z
" H3 I& Y) D! O- v7 k2、 聚酰亚胺可耐极低温，如在－269℃的液态氦中不会脆裂。
* v& S7 C$ `9 E
3、 聚酰亚胺具有优良的机械性能，未填充的塑料的抗张强度都在100Mpa以上，均苯型聚酰亚胺的薄膜（Kapton）为170Mpa以上，而联苯型聚酰亚胺（Upilex S）达到400Mpa。作为工程塑料，弹性膜量通常为3－4Gpa，纤维可达到200Gpa，据理论计算，均苯二酐和对苯二胺合成的纤维可达500Gpa，仅次于碳纤维。
$ w' t, Q* o1 m2 o1 N
4、 一些聚酰亚胺品种不溶于有机溶剂，对稀酸稳定，一般的品种不大耐水解，这个看似缺点的性能却使聚酰亚胺有别于其他高性能聚合物的一个很大的特点，即可以利用碱性水解回收原料二酐和二胺，例如对于Kapton薄膜，其回收率可达80％－90％。改变结构也可以得到相当耐水解的品种，如经得起120℃，500小时水煮。

5、 聚酰亚胺的热膨胀系数在2×10-5－3×10-5℃，广成热塑性聚酰亚胺3×10-5℃，联苯型可达10-6℃，个别品种可达10-7℃。
! v: _! p8 Z4 T1 L/ F+ q1 z4 w# w
6、 聚酰亚胺具有很高的耐辐照性能，其薄膜在5×109rad快电子辐照后强度保持率为90％。
0 B) v: L$ Q. h) c1 b) V
$ }% s0 d$ [, X3 R# \3 k" p' w7、 聚酰亚胺具有良好的介电性能，介电常数为3.4左右，引入氟，或将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到2.5左右。介电损耗为10-3，介电强度为100－300KV/mm，广成热塑性聚酰亚胺为300KV/mm，体积电阻为1017Ω/cm。这些性能在宽广的温度范围和频率范围内仍能保持在较高的水平。
. n' a6 M( ]; ?/ ?: h: @
8、 聚酰亚胺是自熄性聚合物，发烟率低。

0 J/ L; X% A8 f0 r5 e9、 聚酰亚胺在极高的真空下放气量很少。

10、 聚酰亚胺无毒，可用来制造餐具和医用器具，并经得起数千次消毒。有一些聚酰亚胺还具有很好的生物相容性，例如，在血液相容性实验为非溶血性，体外细胞毒性实验为无毒。

注塑工艺
- D4 R* _( y* g' ?
    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：
$ ]$ _4 ]. I) I* j2 E% Z, |2 ~
% ?3 N8 p/ y6 g/ D% ]$ K! ~6 S" g# [7 g预热 150℃，4小时
# j- v0 ~3 T3 S3 ~6 B/ t  I4 h/ p
! K, n9 Z. P* c3 d1 @料筒温度：

前段 300~320℃

' d# M$ y5 c9 A6 r后段 330~410℃

注塑压力 60~100MPa
" U' S" d/ h+ r9 ]# }2 w
4 x6 j6 b8 C: M+ b保压时间 5~30秒

# C4 s$ K% F! K# E" G) x冷却时间 5~30秒。

& Z6 b- G9 o! |. a1 n应用范围

    聚酰亚胺品种繁多、形式多样，在合成上具有多种途径，因此可以根据各种应用目的进行选择，这种合成上的易变通性也是其他高分子所难以具备的。

1、 聚酰亚胺主要由二元酐和二元胺合成，这两种单体与众多其他杂环聚合物，如聚苯并咪唑、聚苯并哑唑、聚苯并噻唑、聚喹哑啉和聚喹啉等单体比较，原料来源广，合成也较容易。二酐、二胺品种繁多，不同的组合就可以获得不同性能的聚酰亚胺。
! P) R5 x' G5 F+ J9 |- n
8 p" k- D4 j0 b$ G2、 聚酰亚胺可以由二酐和二胺在极性溶剂，如DMF，DMAC,NMP或THE/甲醇混合溶剂中先进行低温缩聚，获得可溶的聚酰胺酸，成膜或纺丝后加热至300℃左右脱水成环转变为聚酰亚胺；也可以向聚酰胺酸中加入乙酐和叔胺类催化剂，进行化学脱水环化，得到聚酰亚胺溶液和粉末。二胺和二酐还可以在高沸点溶剂，如酚类溶剂中加热缩聚，一步获得聚酰亚胺。此外，还可以由四元酸的二元酯和二元胺反应获得聚酰亚胺；也可以由聚酰胺酸先转变为聚异酰亚胺，然后再转化为聚酰亚胺。这些方法都为加工带来方便，前者称为PMR法，可以获得低粘度、高固量溶液，在加工时有一个具有低熔体粘度的窗口，特别适用于复合材料的制造；后者则增加了溶解性，在转化的过程中不放出低分子化合物。
8 k- t/ e8 {& Q7 z' m9 w. S' }
3、 只要二酐（或四酸）和二胺的纯度合格，不论采用何种缩聚方法，都很容易获得足够高的分子量，加入单元酐或单元胺还可以很容易的对分子量进行调控。
& @* t- m7 G, Z0 B4 e) A) ~
4、 以二酐（或四酸）和二胺缩聚，只要达到一等摩尔比，在真空中热处理，可以将固态的低分子量预聚物的分子量大幅度的提高，从而给加工和成粉带来方便。
5 m, S' I1 r6 p0 u
5、 很容易在链端或链上引入反应基团形成活性低聚物，从而得到热固性聚酰亚胺。
% q( h0 `* e3 u3 w7 x
6、 利用聚酰亚胺中的羧基，进行酯化或成盐，引入光敏基团或长链烷基得到双亲聚合物，可以得到光刻胶或用于LB膜的制备。

# L5 K+ O) _: Z7、 一般的合成聚酰亚胺的过程不产生无机盐，对于绝缘材料的制备特别有利。

8、 作为单体的二酐和二胺在高真空下容易升华，因此容易利用气相沉积法在工件，特别是表面凹凸不平的器件上形成聚酰亚胺薄膜。
6 V! \5 C. s+ n9 Z1 g/ j
3 K. |4 o9 B0 k$ V+ U9 P    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。
- R# }0 `" ]0 }" x; A, Z& ?
/ M2 Y* O5 v( w% R. e    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%。
" @3 r" i: ^2 D* v2 F
    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*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。

& K! S/ f( L* g9 i& |    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真空泵叶轮、在180℃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。
' P! L9 n/ D. ?' r6 C; r8 n
9 k9 f, F" H2 Q7 c+ ~    聚醚酰亚胺泡沫塑料，用作运输机械飞机等的绝热和隔音材料。

    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。
/ J  L6 _8 B( T9 h- |7 q" b
    在食品工业中，用作产品包装和微波炉的托盘。
+ y, s) _! [+ ^- t: Y/ p! _3 W* ]7 Z
8 {3 i* |6 e1 R2 E5 \5 o/ @# T0 O    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。

开发动向
1 G; O, I8 e. Y. P+ R) i- `
6 c0 E( \$ C1 u    国外聚醚酰亚胺主要是美国通用电器公司生产销售。目前发展趋势在于提高耐热性，为此引入对苯二胺结构和与其它特种工程塑料组成合金，为提高PEI机械强度，而采用PC、PA等工程塑料组成合金。聚合工艺方面正在开发双螺杆连续挤出聚合反应技术，预计不久将会实现工业化生产。