Полиамид-имид
 | Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . ( Сентябрь 2009 г. ) |
Полиамидимиды представляют собой термореактивные или термопластичные аморфные полимеры, которые обладают исключительной механической, термической и химической стойкостью. Полиамидимиды широко используются в качестве покрытий для проводов при изготовлении магнитных проводов. 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 Torlon .
Полиамид-имиды демонстрируют сочетание свойств как полиамидов, так и полиимидов , таких как высокая прочность, обрабатываемость в расплаве [ требуется уточнение ] , исключительно высокая термостойкость и широкая химическая стойкость. [ необходима 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
Самый ранний путь получения полиамид-имидов - это конденсация ароматического диамина, такого как метилендианилин (MDA) 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 должен быть нейтрализован на месте или удален 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 тримеллитовым ангидридом (TMA). Продукт, получаемый в конце этого процесса, представляет собой раствор высокомолекулярного полностью имидизированного полимера без побочных продуктов конденсации, поскольку побочный продукт - углекислый газ - легко удаляется. Такая форма удобна для изготовления проволочной эмали или покрытий. Вязкость раствора контролируется стехиометрией, монофункциональными реагентами и твердыми частицами 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 магнитной проволоки. 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 проволоку пропускают через печь, чтобы удалить растворитель и отвердить покрытие. Проволоку обычно пропускают через технологический процесс несколько раз, чтобы получить желаемую толщину 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, устойчивых к коррозии покрытиях промышленного назначения, часто в сочетании с фторполимерами . 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 хлориде 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 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 более химически стойким. Перед постотверждением детали можно переточить и обработать.После постотверждения повторная обработка нецелесообразна.
== Свойства формованного PAI ==
| Имущество | Метод испытания | единицы | формованный PAI |
|---|---|---|---|
| Предел прочности на разрыв, предельный | ASTM D 638 | МПа Среднее значение | 91,6 МПа |
| Модуль упругости при растяжении | ASTM D 638 | ГПа Среднее значение | 3,97 |
| Удлинение при растяжении | ASTM D 638 | % | 3,15 |
| Предел прочности при изгибе | ASTM D 790 | МПа | 133 |
| Модуль упругости при изгибе | ASTM D 638 | ГПа | 4,58 |
| Прочность на сжатие | ASTM D 695 | В среднем МПа | 132 |
| Ударная вязкость по Изоду | ASTM D 256 | Дж / м (фут-фунт / дюйм) в среднем | 0,521 (1) |
| Температура теплового отклонения при 264 фунтах на кв. Дюйм | ASTM D 648 | ° C (° F) | 273 (523) |
| Коэффициент линейного теплового расширения | ASTM D 696 | частей на миллион / ° C | 37,7 |
| Объемное сопротивление | ASTM D 257 | Ом-см среднее | 8.10e + 12 Ом |
| Плотность | ASTM D 792 | г / куб. | 1,48 |
| Водопоглощение, 24 часа | ASTM D 570 | % | 0,35 |
Только высокопрочные марки
| Имущество | 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 (тыс. Фунтов на кв. Дюйм) | 4,5 (650) | 14,5 (2110) | 16,5 (2400) |
| 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 (тыс. Фунтов на кв. Дюйм) | 5,0 (730) | 11,7 (1700) | 16,5 (2400) |
| 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 | частей на миллион / ° C (частей на миллион / ° 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
| Имущество | 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 (тыс. Фунтов на кв. Дюйм) | 8,8 (1280) | 6,8 (990) | 14,5 (2100) | 7,4 (1080) | 18,6 (2700) |
| 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 (тыс. Фунтов на кв. Дюйм) | 7,3 (1,060) | 6,9 (1000) | 14,8 (2150) | 6,8 (990) | 12,4 (1800) |
| 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 | частей на миллион / ° C (частей на миллион / ° 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. Рекомендуется адсорбционный осушитель, способный поддерживать точку росы -40 ° F (-40 ° C). Если сушка осуществляется 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. Трубка всасывания циркулирующего воздуха должна находиться у основания бункера, как можно ближе к загрузочному отверстию.
Как правило, для литья под давлением PAI рекомендуются современные прессы для литья под давлением с поршневым поршнем и микропроцессорным управлением. Пресс должен быть оснащен винтом постоянной конусности 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 следующим образом: [ необходима 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 CO 2 , H 2 S и других примесей, из скважин природного газа является важным промышленным процессом. Давление, превышающее 1000 фунтов на квадратный дюйм, требует материалов с хорошей механической стабильностью. Высокополярные молекулы H 2 S и поляризуемые CO 2 могут сильно взаимодействовать с полимерными мембранами, вызывая набухание и пластификацию [1]из-за высокого уровня примесей. Полиамид-имиды могут противостоять 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 полиамид-имиды в настоящее время не используются ни в каком крупном промышленном разделении, они могут быть использованы для таких типов процессов, где требуется химическая и механическая стабильность.
Смотрите также
использованная литература
- ^ Фриман, Бенни; Ямпольский, Юрий (2011-06-20). Мембранное разделение газов - Google Книги . ISBN 9781119956587. Проверено 19 февраля 2012 .
дальнейшее чтение
- 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, Справочник по инженерным пластмассам , ISBN 0-07-145767-4 , McGraw-Hill, c2006
- Термопласты
