Полиамид-имид
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( сентябрь 2009 г. ) |
Полиамидоимиды представляют собой термореактивные или термопластичные аморфные полимеры , обладающие исключительной механической, термической и химической стойкостью. Полиамидимиды широко используются в качестве покрытий при изготовлении магнитной проволоки. Их получают из изоцианатов и ТМА (ангидрид тримеллиновой кислоты) в N -метил-2-пирролидоне (NMP). Известным дистрибьютором полиамидоимидов является компания Solvay Specialty Polymers, которая использует торговую марку Torlon .
Полиамидимиды обладают сочетанием свойств как полиамидов , так и полиимидов , таких как высокая прочность, технологичность в расплаве, [ нужны разъяснения ] исключительная высокая теплоемкость и широкая химическая стойкость. [ нужна ссылка ] Полиамидоимидные полимеры можно перерабатывать в самые разнообразные 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 процессе термического отверждения.
Другими высокоэффективными полимерами в этой же области являются полиэфирэфиркетоны и полиимиды .
Химия
[ редактировать ]В настоящее время популярными коммерческими методами синтеза полиамидимидов являются хлоркислотный путь и изоцианатный путь.
Хлориднокислый маршрут
[ редактировать ]
Самый ранний путь получения полиамидимидов — это конденсация ароматического диамина, такого как метилендианилин (МДА) и хлорид тримеллитовой кислоты (ТМАС). Реакция ангидрида с диамином дает промежуточную аминокислоту. Хлорангидридная группа реагирует с ароматическим амином с образованием амидной связи и соляной кислоты (HCl) в качестве побочного продукта. При коммерческом получении полиамидимидов полимеризация проводится в диполярном апротонном растворителе, таком как N - метилпирролидон (NMP), диметилацетамид (DMAC), диметилформамид (DMF) или диметилсульфоксид (DMSO), при температуре 20–60 ° C. . Побочный продукт HCl необходимо нейтрализовать на месте или удалить, отмывая его от осажденного полимера. Дальнейшая термическая обработка полиамидимидного полимера увеличивает молекулярную массу и заставляет группы аминокислот образовывать имиды с выделением воды.
Диизоцианатный маршрут
[ редактировать ]Это основной путь получения полиамидимидов, которые используются в качестве эмалей для проводов. Диизоцианат, часто 4,4'-метилендифенилдиизоцианат (MDI) , вступает в реакцию с тримеллитовым ангидридом (ТМА). Продукт, полученный в конце этого процесса, представляет собой высокомолекулярный раствор полностью имидизированного полимера без побочных продуктов конденсации, поскольку побочный продукт углекислого газа легко удаляется. Такая форма удобна для изготовления проволочной эмали или покрытий. Вязкость раствора контролируют стехиометрией, монофункциональными реагентами и твердыми полимерными веществами. Типичный уровень содержания твердых веществ в полимере составляет 35-45%, и поставщик или пользователь могут дополнительно разбавлять его разбавителями.
Изготовление
[ редактировать ]Полиамидимиды коммерчески используются для покрытий и формованных изделий.
Покрытия
[ редактировать ]Продукт, используемый в основном для покрытий, продается в виде порошка и имидизирован примерно на 50%. Одно из основных применений — эмаль магнитной проволоки. Эмаль магнитной проволоки изготавливается путем растворения порошка PAI в сильном апротонном растворителе, таком как N-метилпирролидон. Для обеспечения необходимой вязкости для нанесения на медный или алюминиевый проводник можно добавлять разбавители и другие добавки. Нанесение обычно осуществляется путем протягивания проводника через ванну с эмалью, а затем через штамп для контроля толщины покрытия. Затем проволоку пропускают через печь для удаления растворителя и отверждения покрытия. Проволоку обычно пропускают через этот процесс несколько раз для достижения желаемой толщины покрытия.
Эмаль PAI очень термически стабильна, а также устойчива к истиранию и химическому воздействию. PAI часто используется поверх полиэфирной эмали для проводов для достижения более высоких тепловых характеристик.
PAI также используется в декоративных, устойчивых к коррозии покрытиях для промышленного использования, часто в сочетании с фторполимерами . PAI помогает прикрепить фторполимер к металлической подложке. Они также находят применение в антипригарных покрытиях посуды. Хотя можно использовать растворители, также используются некоторые водные системы. Это возможно, поскольку амид-имид содержит кислотную функциональность.
Формованные или обработанные изделия
[ редактировать ]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 имидизируется 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 путем экструзии или литья под давлением. Затем формованные изделия подвергаются термической обработке в течение нескольких дней при температуре 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 химически устойчивее. Перед постотверждением детали можно отшлифовать и повторно обработать. После постотверждения повторная обработка нецелесообразна.
| Свойство | Метод испытания | Единицы | Формованный PAI |
|---|---|---|---|
| Предел прочности при растяжении | АСТМ Д 638 | МПа, среднее значение | 91.6 |
| Модуль упругости | АСТМ Д 638 | ГПа, среднее значение | 3.97 |
| Удлинение при растяжении | АСТМ Д 638 | % | 3.15 |
| Прочность на изгиб | АСТМ Д 790 | МПа | 133 |
| Модуль упругости при изгибе | АСТМ Д 638 | ГПа | 4.58 |
| Прочность на сжатие | АСТМ Д 695 | МПа, среднее | 132 |
| Ударная вязкость по Изоду | АСТМ Д 256 | Дж/м (фут-фунт/дюйм) в среднем | 0.521 (1) |
| Температура теплового отклонения при 264 фунтах на квадратный дюйм | АСТМ Д 648 | °С (°Ф) | 273 (523) |
| Коэффициент линейного теплового расширения | АСТМ Д 696 | ppm/°C | 37.7 |
| Объемное сопротивление | АСТМ Д 257 | Ом-см, средний | 8.10 × 10 12 |
| Плотность | АСТМ Д 792 | г/см 3 | 1.48 |
| Водопоглощение, 24 часа | АСТМ Д 570 | % | 0.35 |
Только высокопрочные марки
[ редактировать ]| Свойство | Метод испытания | Единицы | Аккуратный PAI | 30% ГФ PAI | 30% CF PAI |
|---|---|---|---|---|---|
| Предел прочности | АСТМ Д 638 | МПа (кпси) | 152 (22.0) | 221 (32.1) | 221 (32.0) |
| Модуль упругости | АСТМ Д 638 | ГПа (кпси) | 4.5 (650) | 14.5 (2,110) | 16.5 (2,400) |
| Удлинение при растяжении | АСТМ Д 638 | % | 7.6 | 2.3 | 1.5 |
| Прочность на изгиб | АСТМ Д 790 | МПа (кпси) | 241 (34.9) | 333 (48.3) | 350 (50.7) |
| Модуль упругости при изгибе | АСТМ Д 790 | ГПа (кпси) | 5.0 (730) | 11.7 (1,700) | 16.5 (2,400) |
| Прочность на сжатие | АСТМ Д 695 | МПа (кпси) | 221 (32.1) | 264 (38.3) | 254 (36.9) |
| Прочность на сдвиг | АСТМ Д 732 | МПа (кпси) | 128 (18.5) | 139 (20.1) | 119 (17.3) |
| Ударная вязкость по Изоду | АСТМ Д 256 | Дж/м (футфунт/дюйм) | 144 (2.7) | 80 (1.5) | 48 (0.9) |
| Ударная вязкость по Изоду, без надреза | АСТМ Д 4812 | Дж/м (футфунт/дюйм) | 1070 (20) | 530 (10) | 320 (6) |
| Температура теплового отклонения при 264 фунтах на квадратный дюйм | АСТМ Д 648 | °С (°Ф) | 278 (532) | 282 (540) | 282 (540) |
| Коэффициент линейного теплового расширения | АСТМ Д 696 | ppm/°C (ppm/°F) | 31 (17) | 16 (9) | 9 (5) |
| Объемное сопротивление | АСТМ Д 257 | Ом-см | 2e17 | 2e17 | |
| Удельный вес | АСТМ Д 792 | 1.42 | 1.61 | 1.48 | |
| Водопоглощение, 24 часа | АСТМ Д 570 | % | 0.33 | 0.24 | 0.26 |
Износостойкие марки PAI
[ редактировать ]| Свойство | Метод испытания | Единицы | 4275 | 4301 | 4435 | 4630 | 4645 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Предел прочности | АСТМ Д 638 | МПа (кпси) | 117 (16.9) | 113 (16.4) | 94 (13.6) | 81 (11.8) | 114 (16.6) |
| Модуль упругости | АСТМ Д 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 | АСТМ Д 638 | % | 2.6 | 3.3 | 1.0 | 1.9 | 0.8 |
| Прочность на изгиб | АСТМ Д 790 | МПа (кпси) | 208 (30.2) | 215 (31.2) | 152 (22.0) | 131 (19.0) | 154 (22.4) |
| Модуль упругости при изгибе | АСТМ Д 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 | АСТМ Д 695 | МПа (кпси) | 123 (17.8) | 166 (24.1) | 138 (20.0) | 99 (14.4) | 157 (22.8) |
| Ударная вязкость по Изоду, с насечкой | АСТМ Д 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 | АСТМ Д 4812 | Дж/м (фут-фунт/дюйм) | 270 (5) | 430 (8) | 210 (4) | 160 (3) | 110 (2) |
| Температура теплового отклонения при 264 фунтах на квадратный дюйм | АСТМ Д 648 | °С (°Ф) | 280 (536) | 279 (534) | 278 (532) | 280 (536) | 281 (538) |
| Коэффициент линейного теплового расширения | АСТМ Д 696 | ppm/°C (ppm/°F) | 25 (14) | 25 (14) | 14 (8) | 16 (9) | 9 (3) |
Литье под давлением
[ редактировать ]Полиамидоимидная смола гигроскопична и впитывает влагу из окружающей среды. Перед обработкой смолу необходимо высушить, чтобы избежать хрупкости деталей, вспенивания и других проблем с формованием. Смола должна быть высушена до влажности 500 ppm или меньше. ) . Рекомендуется осушитель с осушителем, способный поддерживать точку росы на уровне -40 °F (-40 °C Если сушка производится в лотках или лотках, укладывайте смолу слоями толщиной не более 2–3 дюймов (5–8 см) в лотки для сушки. Высушите в течение 24 часов при температуре 250 °F, или 16 часов при температуре 300 °F, или 8 часов при температуре 350 °F. При сушке при температуре 350 °F (177 °C) ограничьте время сушки до 16 часов. Для литьевого пресса рекомендуется использовать бункер-осушитель с осушителем. Труба всасывания циркулирующего воздуха должна располагаться у основания бункера, как можно ближе к загрузочному отверстию.
В целом для формования ПАИ рекомендуются современные возвратно-шнековые термопластавтоматы с микропроцессорным управлением, способным осуществлять замкнутый контур управления. Пресс должен быть оснащен винтом постоянной конусности с низкой степенью сжатия. Степень сжатия должна находиться в пределах от 1,1 до 1,5:1, при этом не следует использовать проверочное устройство. Начальная температура пресс-формы определяется следующим образом: [ нужна ссылка ]
| Зона | Температура, °С | Температура, °С |
|---|---|---|
| Зона подачи | 580 | 304 |
| Средняя зона | 620 | 327 |
| Передняя зона | 650 | 343 |
| Сопло | 700 | 371 |
Температура формы должна находиться в диапазоне от 325 °F до 425 °F (от 163 °C до 218 °C).
Другие приложения
[ редактировать ]Высокая температура и химическая стойкость полиамидимидов делают их в принципе пригодными для мембранного разделения газов. Отделение таких загрязнений, как CO 2 , H 2 S и других примесей из газовых скважин, является важным промышленным процессом. Давление, превышающее 1000 фунтов на квадратный дюйм, требует материалов с хорошей механической стабильностью. Высокополярные молекулы H 2 S и поляризуемые молекулы CO 2 могут сильно взаимодействовать с полимерными мембранами, вызывая набухание и пластификацию. [1] из-за большого количества примесей. Полиамидимиды могут противостоять пластификации из-за сильных межмолекулярных взаимодействий, возникающих из-за полиимидных функций, а также способности полимерных цепей образовывать водородные связи друг с другом в результате амидной связи. Хотя полиамидимиды в настоящее время не используются ни в одном крупном промышленном разделении, их можно использовать в тех типах процессов, где требуется химическая и механическая стабильность.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фриман, Бенни; Ямпольский, Юрий (20 июня 2011 г.). Мембранное разделение газов — Google Книги . ISBN 9781119956587 . Проверено 19 февраля 2012 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Патель, М.К. и Шах, А.Д., Поли(амиды-имиды) на основе полиолигомидов с концевыми аминогруппами, Oriental J. Chem , 19(1), 2002.
- Джеймс М. Марголис, главный редактор справочника по инженерным пластмассам , ISBN 0-07-145767-4 , МакГроу-Хилл, c2006 г.