PEI聚醚酰亞胺簡(jiǎn)介

PEI聚醚酰亞胺簡(jiǎn)介（大飛機(jī)上的重要材料）說(shuō)明：美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA看來(lái)，增材制造技術(shù)（3D打?。┱诳焖侔l(fā)生進(jìn)化，并且在航空零件的再設(shè)計(jì)、維修和售后備品備件領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越積極的作用o2015年STRATASY的ULTEM材料以及飛機(jī)通風(fēng)道3D打印工藝通過(guò)了FAA標(biāo)準(zhǔn)。這是一種什么材料能應(yīng)用于惡劣環(huán)境？具有高強(qiáng)度重量比并能通過(guò) FST評(píng)級(jí)、以及現(xiàn)有認(rèn)證而成為了航空航天、汽車(chē)與軍隊(duì)?wèi)?yīng)用產(chǎn)品的理想之選？聚醚酰亞胺（Polyetherimide）,簡(jiǎn)稱(chēng)PEI,是琥珀色透明固體，相對(duì)于其他芳香族聚酰亞胺而言是一種成本較低，產(chǎn)量較大的熱塑性聚酰亞胺。 PEI現(xiàn)在還在專(zhuān)利保護(hù)期內(nèi)（雖然已經(jīng)過(guò)期，但是Sabie已經(jīng)申請(qǐng)延長(zhǎng)了保護(hù)期限），因此可以量產(chǎn)化供應(yīng)的只有Sabie，隨著近幾年Sabie對(duì)于產(chǎn)品線的整合，PEI的供應(yīng)一直處于縮減的狀態(tài)，不過(guò)相信隨著新加坡工廠的擴(kuò)產(chǎn)， PEI的供應(yīng)問(wèn)題將會(huì)有所緩解。PEI的優(yōu)點(diǎn)包括：透明（但是帶有琥珀色）；優(yōu)異的耐化學(xué)品能力，尤其為耐酸性；較高的耐溫性，Tg點(diǎn)達(dá)到217C;天然較高的彎曲模量，不填充的前提下和PC10%G的彎曲模量接近；優(yōu)異的防火性能，天然阻燃（可以V0以上），低煙密度；較好的加工性能（相比起其他的許多芳雜環(huán)聚合物）；除掉優(yōu)點(diǎn)，PEI的缺點(diǎn)也還是有的，畢竟事物都是有兩面性的，其中缺點(diǎn)包括：含有BPA雙酚A），這就限制了PEI的一定的嬰幼兒相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用；缺口沖擊敏感，這對(duì)于設(shè)計(jì)來(lái)講是有挑戰(zhàn)的；雖然耐酸的能力突出，但是耐堿的能力一般，尤其是在加熱的條件下；價(jià)格還是很貴的…下面我們就正式拉開(kāi) PEI的產(chǎn)品大幕！1聚醚酰亞胺的發(fā)展史1972年美國(guó)GE公司開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)PEI，經(jīng)過(guò)10年時(shí)間不斷的努力，于1982年建成5000噸生產(chǎn)裝置，并正式以商品ULTEM在市場(chǎng)銷(xiāo)售。為提高產(chǎn)品的耐熱性，GE公司還開(kāi)發(fā)了ULTEMGen。由于ULTEMGEN中含有對(duì)苯二胺結(jié)構(gòu)，致使玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從215C提高到227C，因而可以適應(yīng)電子零件超小型電子管表面粘貼技術(shù)的需要。這種材料在高溫下具有高強(qiáng)度、高剛度和長(zhǎng)期耐熱性。GE公司生產(chǎn)的聚醚酰亞胺Ultem是耐熱性相對(duì)較高可注射成型的無(wú)定形樹(shù)脂，可用作汽車(chē)頭燈、透霧燈反射鏡、燈泡座、食品盒、航空公司供應(yīng)食品容器、印刷線路板、計(jì)算機(jī)元件、移動(dòng)電話內(nèi)部天線及半導(dǎo)體芯片托架。 自從GE公司PEI樹(shù)脂問(wèn)世以來(lái)，美國(guó)LNPRTPICI、Thermofil公司，歐洲AKZOCibaGaigy、Lengning公司，日本工程塑料公司、MitsuiChemicals，中國(guó)上海合成樹(shù)脂研究所，長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，相繼以不同的工藝路線和技術(shù)開(kāi)發(fā)類(lèi)似的PEI聚合物。注：美國(guó)GE公司2002年收購(gòu)LNP公司；GE公司2007年5月將其塑料部分出售給了沙伯基礎(chǔ)工業(yè)公司SABIC阿克蘇諾貝爾2007年6月收購(gòu)ICI。2聚醚酰亞胺的合成PEI是由2,2一雙［4（3,4—羧酸酐苯氧基）苯基］丙烷（雙酚A二酐）（BPDED）與芳香族二元胺為原料添加適量的調(diào)節(jié)劑（苯胺、苯酐等）在極性溶劑中高溫縮聚制得。由間位芳香二胺與雙酚A二酐為原料制得的PEI是最成熟、縮聚反應(yīng)如圖3:圖3PEI的縮聚反應(yīng)2.1低溫溶液縮聚低溫溶液縮聚是將二元胺溶于二甲基乙酰胺等極性溶劑中，然后分批緩慢加入固體二元酐，在室溫反應(yīng)，到達(dá)要求粘度后，加入乙酸酐和催化劑進(jìn)行化學(xué)脫水，成粉過(guò)濾，洗滌干燥后，再進(jìn)一步加熱完成酰亞胺化反應(yīng)。2.2高溫溶液縮聚高溫溶液縮聚是將兩種原料溶于極性溶劑，在高溫下反應(yīng)，并以甲苯蒸出環(huán)化生成的水份，反應(yīng)完成后，成粉、干燥，再加熱進(jìn)一步酰亞胺化。2.3熔融縮聚PEI聚合物也可用熔融縮聚法制備。由于原料BPDED分子中含有柔順性的醚鍵，加之其單體在高溫下的高活性，為的 PEI制備提供了新的方法，即雙螺桿反應(yīng)熔融擠出法，從而實(shí)現(xiàn)了制備過(guò)程的連續(xù)化，并簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序，降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了無(wú)溶劑環(huán)保生產(chǎn)。該法操作步驟：是采用減壓脫水，起始化合物的混合物依次通過(guò)擠出機(jī)內(nèi)具有不同溫度的區(qū)域， 由單體混合的低溫區(qū)移向最終產(chǎn)品溶融的高溫區(qū)。環(huán)化反應(yīng)生成的水，經(jīng)適當(dāng)?shù)目诳讖臄D出機(jī)中不斷排出，通常在擠出機(jī)的最后區(qū)域借助真空減壓抽出。 從擠出機(jī)的出料口可得到聚合物粒料或片材。還可在擠出機(jī)內(nèi)直接使PEI和各種填料混合，制得以PEI為主PEI的熔融縮聚反應(yīng)3聚醚酰亞胺的性能PEI是一種芳香族高分子聚合物，它所顯示的杰出的理化、機(jī)械、電、熱性能和典型的熱塑性塑料成型加工適應(yīng)性相結(jié)合的特性，使之成為特種工程塑料體系中最優(yōu)秀的成員之一。物理性能： PEI是一種透明琥珀色的無(wú)定形熱塑性塑料。無(wú)毒、無(wú)味、比重 1.27，23C24h吸水率為0.25%機(jī)械性能：非增強(qiáng)型PEI的拉伸強(qiáng)度為105Mpa彎曲模量為3.3Gpa,斷裂伸長(zhǎng)率為60%缺口沖擊強(qiáng)度僅為49J/m(3.2mm),而無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度可以達(dá)到1270J/m。和PPSU相比，低沖擊強(qiáng)度是PEI一個(gè)劣勢(shì)，其對(duì)缺口及應(yīng)力敏感，在壁厚大于3.0mm時(shí)會(huì)有脆化傾向，因此在設(shè)計(jì)和加工工藝上需要小心處

理，合理設(shè)計(jì)產(chǎn)品的壁厚、R角及厚薄過(guò)度，加工上建議高模溫，盡量小的保壓及保壓時(shí)間；熱性能：PEI在高溫區(qū)具有高彎曲模量，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為 215C，在1.8Mpa負(fù)荷下熱變形溫度高達(dá)200E，在氮?dú)庵械臒岱纸馄鹗紲囟葹?10C。對(duì)于非結(jié)晶PEI來(lái)說(shuō)，各種機(jī)械性能隨溫度的變化較小，是很好的耐熱材料。在應(yīng)對(duì)醫(yī)療儀器，牙醫(yī)用具等需要高溫蒸汽消毒的產(chǎn)品，PEI能滿(mǎn)足134度蒸汽消毒，同時(shí)有較好的耐水解性能，可提供高達(dá)250次以上的消毒次數(shù)。StiffnessatElevatedTemperature^1DOOGr圖5不同材料模量隨溫度變化情況PS:ExtemUHlOO是TPI（聚酰亞胺）PEI和PSUPES高溫下的拉伸強(qiáng)度對(duì)比PEI的熱膨脹系數(shù)和收縮率較小，前者為5.6X10-5米/米C,后者為0.5-0.7%，因此PEI制件的尺寸比較精確穩(wěn)定，容易和金屬制件、嵌件相匹配。耐蠕變性和耐疲勞性： PEI的耐蠕變性和耐疲勞性很突出，在遭受長(zhǎng)期恒定低應(yīng)力負(fù)荷下，表觀模量變化可忽略不計(jì)，只是在高溫和應(yīng)力下才要考慮。PEI制件在受到反復(fù)的負(fù)荷和振動(dòng)的情況所產(chǎn)生的疲勞是一個(gè)很重要的設(shè)計(jì)問(wèn)題，在此情況下，需要利用應(yīng)力應(yīng)變曲線來(lái)判定制件的使用壽命。這些曲線可以用來(lái)決定耐疲勞性極限或材料在不破壞的情況下能耐受的最大循環(huán)應(yīng)力。時(shí)術(shù)小時(shí) 圖6PEI在23C下的蠕變情況這樣的特性使得PEI非常適合生產(chǎn)彈簧電性能：PEI具有優(yōu)異的電性能，其介電常數(shù)是3.15，優(yōu)于聚酰胺、環(huán)氧樹(shù)脂，但是高于改性PPC和氟塑料。體積電阻6.7X1017歐姆-厘米，介質(zhì)損耗角正切13（103Hz），耐電弧性128秒，超過(guò)帶電部件支持基板UL最低要求120秒，更重要的是PEI的電性能在溫度、頻率等環(huán)境條件變化情況下，仍能保持基本恒定。所以PEI在通訊領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，例如，利用其穩(wěn)定的介電常數(shù)和低損耗正切值作為天線移相塊，移相桿等。阻燃性：PEI具有阻燃性和低煙性，在不加任何阻燃劑的情況下，氧指數(shù)為47（氧指數(shù)〉27屬難燃材料），阻燃等級(jí)達(dá)UL94-V-0（0.016inch），5V（0.075inch）。PEI燃燒時(shí)放出的COC02和水與木材相近；用NBS法測(cè)定的發(fā)煙量分別是0.7（4分鐘后發(fā)煙量）到30（20分鐘后發(fā)煙量）。PEI可制成薄壁制品，由于這種材料發(fā)煙量少，而且不必添加鹵素阻燃劑，因此不生成有毒的鹵化物氣體。低煙低毒也是飛機(jī)，高鐵等封閉性大型運(yùn)輸工具在選擇塑膠材料時(shí)的必須要求，PEI能滿(mǎn)足這些要求，并且在成本上較PPSU有優(yōu)勢(shì)，所以得到廣泛的應(yīng)用，作為飛機(jī)小桌板，座椅，內(nèi)飾裝飾板，燈具外殼，救生衣盒等首選材料；耐化學(xué)性：PEI幾乎不為所有脂肪族烴類(lèi)浸蝕，對(duì)硝酸、硫酸、磷酸等有良好的耐久性，但PEI對(duì)堿性溶劑的耐受性不好。也因?yàn)檫@點(diǎn)，PEI在經(jīng)過(guò)陽(yáng)極處理后而比變色，被水果公司作為IP4雙色隔斷條的二射材料， 但也因?yàn)槠淠蛪A性差，在IP5以后被PPSU所取代（本身的抗沖擊性不是特別好，加之堿性溶液同時(shí)也使其抗沖擊性能更下降）。它具有優(yōu)良的耐水性和耐沸水分解性能，在沸水中經(jīng)1000h后仍能保持的拉伸85%雖度。室溫下在汽油中浸泡96h未見(jiàn)異常，但在150C時(shí)能溶于甲苯、三氯乙烯和氫氧化胺等溶劑，耐堿性較差。對(duì)以氟里昂為基礎(chǔ)的清洗劑、致冷劑和氣相焊接介質(zhì)耐受性很好。另外，其對(duì)芳香烴，酯類(lèi)，醚類(lèi)，酮類(lèi)等溶劑比較敏感，在使用環(huán)境中有與這些物質(zhì)接觸時(shí)要特別留意。正因?yàn)檫@樣優(yōu)異的耐化學(xué)品的能力，所以PEI用過(guò)試驗(yàn)用的白鼠籠是再合適不過(guò)了耐候性：PEI的耐氣候性?xún)?yōu)秀，在不加任何穩(wěn)定劑條件下，能經(jīng)受紫外線的曝曬，經(jīng)在氙燈耐候試驗(yàn)箱內(nèi)曝曬1000小時(shí)，拉伸強(qiáng)度變化極微。在B射線下的耐輻射也優(yōu)于PSFPES等。耐輻射性：PEI還顯示出良好的耐伽馬輻射性，在用鉆60以每小時(shí)1兆拉德的速率經(jīng)累積暴露5000兆拉德之后，拉伸強(qiáng)度僅損失6%此外，PEI對(duì)可見(jiàn)光、紅外和微波是透過(guò)的，不吸收。成型加工性：和熱固性聚酰亞胺不同，PEI能以傳統(tǒng)的熱塑性塑料成型方