Poliamid-imid - Polyamide-imide
Poliamid-imidler , olağanüstü mekanik, termal ve kimyasal direnç özelliklerine sahip ısıyla sertleşen veya termoplastik , amorf polimerlerdir . Poliamid-imidler, mıknatıs teli yapımında tel kaplamalar olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. N-metil-2-pirolidon (NMP) içinde izosiyanatlar ve TMA'dan (trimellik asit-anhidrit) hazırlanırlar. Poliamid-imidlerin önde gelen bir distribütörü, Torlon ticari markasını kullanan Solvay Specialty Polymers'dır .
Poliamid-imidler hem özelliklerin bir kombinasyonunu gösterir poliamidler ve poliimidler , yüksek mukavemet gibi, işlenebilirlik, olağanüstü yüksek ısı kapasitesine ve geniş bir kimyasal direnç eritebilir. Poliamid-imid polimerler, enjeksiyon veya basınçla kalıplanmış parçalar ve külçelerden kaplamalara, filmlere, liflere ve yapıştırıcılara kadar çok çeşitli formlarda işlenebilir. Genel olarak bu eşyalar, sonraki bir termal kürleme işlemiyle maksimum özelliklerine ulaşırlar.
Aynı alandaki diğer yüksek performanslı polimerler, polietereterketonlar ve poliimidlerdir .
Kimya
Poliamid-imidleri sentezlemek için şu anda popüler olan ticari yöntemler, asit klorür yolu ve izosiyanat yoludur.
Asit klorür yolu
Poliamid-imidlere giden en erken yol, metilen dianilin (MDA) ve trimellitik asit klorür (TMAC) gibi aromatik bir diaminin yoğunlaştırılmasıdır . Anhidritin diamin ile reaksiyonu bir ara amik asit üretir. Asit klorür işlevselliği, yan ürün olarak amid bağı ve hidroklorik asidi (HCl) vermek için aromatik amin ile reaksiyona girer. Poliamideimidlerin ticari olarak hazırlanmasında, polimerizasyon, 20-60 ° C arasındaki sıcaklıklarda N- metilpirolidon (NMP), dimetilasetamid (DMAC), dimetilformamid (DMF) veya dimetilsülfoksit (DMSO) gibi dipolar, aprotik bir çözücü içinde gerçekleştirilir. . Yan ürün HCl, yerinde nötrleştirilmeli veya çökelmiş polimerden yıkanarak uzaklaştırılmalıdır. Poliamideimid polimerin daha fazla ısıl işlemi moleküler ağırlığı arttırır ve amik asit gruplarının suyun gelişmesiyle birlikte imidler oluşturmasına neden olur.
Diizosiyanat yolu
Bu, tel emaye olarak kullanılan poliamid imidlere giden birincil yoldur. Bir diizosiyanat, genellikle 4,4'-metilen difenildiizosiyanat (MDI) , trimellitik anhidrit (TMA) ile reaksiyona sokulur . Bu işlemin sonunda elde edilen ürün, karbondioksit gazı yan ürünü kolaylıkla uzaklaştırılabildiğinden, yoğunlaşma yan ürünleri içermeyen, yüksek moleküler ağırlıklı, tamamen imidize edilmiş bir polimer çözeltisidir. Bu form, tel emaye veya kaplamaların üretimi için uygundur. Çözelti viskozitesi stokiyometri, tek işlevli reaktifler ve polimer katıları tarafından kontrol edilir. Tipik polimer katı seviyesi% 35-45'tir ve tedarikçi veya kullanıcı tarafından seyrelticilerle daha da seyreltilebilir.
Yapılışı
Poliamid imidler ticari olarak kaplamalar ve kalıplanmış ürünler için kullanılmaktadır.
Kaplamalar
Esas olarak kaplamalar için kullanılan ürün toz halinde satılmaktadır ve kabaca% 50 imidize edilmiştir. En önemli kullanım alanlarından biri mıknatıs tel emayesidir. Mıknatıslı tel emaye, PAI tozunun N-metil pirolidon gibi güçlü, aprotik bir çözücü içinde çözülmesiyle yapılır. Bakır veya alüminyum iletkene uygulama için doğru viskoziteyi sağlamak için seyrelticiler ve diğer katkı maddeleri eklenebilir. Uygulama tipik olarak iletkeni bir emaye banyosundan ve ardından kaplama kalınlığını kontrol etmek için bir kalıptan çekerek yapılır. Tel daha sonra çözücüyü uzaklaştırmak ve kaplamayı sertleştirmek için bir fırından geçirilir. Tel, istenen kaplama kalınlığını elde etmek için genellikle işlemden birkaç kez geçirilir.
PAI emaye aşınmaya ve kimyasallara dayanıklı olduğu kadar termal olarak da çok kararlıdır. PAI, daha yüksek termal derecelendirmeler elde etmek için genellikle polyester tel emayeler üzerinde kullanılır.
PAI ayrıca, genellikle floropolimerlerle birlikte endüstriyel kullanım için dekoratif, korozyona dirençli kaplamalarda kullanılır . PAI, floropolimerin metal substrata yapışmasına yardımcı olur. Ayrıca yapışmaz tencere kaplamalarında da kullanım alanı bulurlar. Çözücüler kullanılabilirken bazı su bazlı sistemler kullanılır. Bunlar mümkündür çünkü amid-imid asit işlevselliği içerir.
Kalıplanmış veya işlenmiş ürünler
Kalıplanmış eşyalar için kullanılan poliamid-imidler de aromatik diaminlere ve trimellitik asit klorüre dayanmaktadır, ancak diaminler kaplamalar için kullanılan ürünlerde kullanılanlardan farklıdır ve polimer, bileşik oluşturma ve peletleme öncesinde tamamen imidize edilmiştir. Enjeksiyon kalıplama reçineleri arasında güçlendirilmemiş, cam elyaf takviyeli, karbon elyaf takviyeli ve aşınmaya dayanıklı kaliteler bulunur. Bu reçineler nispeten düşük moleküler ağırlıkta satılır, böylece ekstrüzyon veya enjeksiyonla kalıplama yoluyla eritilerek işlenebilirler. Kalıplanmış ürünler daha sonra birkaç gün 260 ° C'ye (500 ° F) varan sıcaklıklarda termal olarak işleme tabi tutulur. Yaygın olarak bir sonradan sertleştirme olarak adlandırılan bu işlem sırasında, zincir uzatma yoluyla moleküler ağırlık artar ve polimer çok daha güçlü ve kimyasal olarak daha dirençli hale gelir. Sonradan sertleştirmeden önce parçalar yeniden taşlanabilir ve yeniden işlenebilir. Post kürlemeden sonra yeniden işleme pratik değildir.
== Kalıplanmış PAI'nin özellikleri ==
| Emlak | Test metodu | birimleri | kalıplanmış PAI |
|---|---|---|---|
| Gerilme direnci, en yüksek | ASTM D 638 | MPa Ortalama değer | 91,6 MPa |
| Gerilim modülleri | ASTM D 638 | GPa Ortalama değer | 3.97 |
| Çekme Uzaması | ASTM D 638 | % | 3.15 |
| Bükülme mukavemeti | ASTM D 790 | MPa | 133 |
| Eğilme Modülü | ASTM D 638 | GPa | 4.58 |
| Basınç Dayanımı | ASTM D 695 | MPa ortalaması | 132 |
| Izod Darbe Dayanımı | ASTM D 256 | J / m (ftlb / in) ortalama | 0,521 (1) |
| 264 psi'de Isı Saptırma Sıcaklığı | ASTM D 648 | ° C (° F) | 273 (523) |
| Katsayı Doğrusal Termal Genleşme | ASTM D 696 | ppm / ° C | 37.7 |
| Hacim direnci | ASTM D 257 | ohm-cm ortalama | 8.10e + 12 ohm |
| Yoğunluk | ASTM D 792 | g / cc | 1.48 |
| Su Emme, 24 saat | ASTM D 570 | % | 0.35 |
Yalnızca yüksek mukavemetli kaliteler
| Emlak | Test metodu | birimleri | temiz PAI | % 30 GF PAI | % 30 CF PAI |
|---|---|---|---|---|---|
| Gerilme direnci | ASTM D 638 | MPa (kpsi) | 152 (22.0) | 221 (32.1) | 221 (32.0) |
| Gerilim modülleri | ASTM D 638 | GPa (kpsi) | 4,5 (650) | 14,5 (2.110) | 16,5 (2.400) |
| Çekme Uzaması | ASTM D 638 | % | 7.6 | 2.3 | 1.5 |
| Bükülme mukavemeti | ASTM D 790 | MPa (kpsi) | 241 (34,9) | 333 (48,3) | 350 (50.7) |
| Eğilme Modülü | ASTM D 638 | GPa (kpsi) | 5.0 (730) | 11,7 (1.700) | 16,5 (2.400) |
| Basınç Dayanımı | ASTM D 695 | MPa (kpsi) | 221 (32.1) | 264 (38,3) | 254 (36.9) |
| Kesme Dayanımı | ASTM D 732 | MPa (kpsi) | 128 (18.5) | 139 (20.1) | 119 (17.3) |
| Izod Darbe Dayanımı | ASTM D 256 | J / m (ftlb / inç) | 144 (2.7) | 80 (1.5) | 48 (0.9) |
| Izod Darbe Dayanımı - Çentiksiz | ASTM D 4812 | J / m (ftlb / inç) | 1070 (20) | 530 (10) | 320 (6) |
| 264 psi'de Isı Saptırma Sıcaklığı | ASTM D 648 | ° C (° F) | 278 (532) | 282 (540) | 282 (540) |
| Katsayı Doğrusal Termal Genleşme | ASTM D 696 | ppm / ° C (ppm / ° F) | 31 (17) | 16 (9) | 9 (5) |
| Hacim direnci | ASTM D 257 | ohm-cm | 2e17 | 2e17 | |
| Spesifik yer çekimi | ASTM D 792 | 1.42 | 1.61 | 1.48 | |
| Su Emme, 24 saat | ASTM D 570 | % | 0.33 | 0.24 | 0.26 |
Aşınmaya dayanıklı PAI sınıfları
| Emlak | Test metodu | birimleri | 4275 | 4301 | 4435 | 4630 | 4645 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Gerilme direnci | ASTM D 638 | MPa (kpsi) | 117 (16.9) | 113 (16.4) | 94 (13.6) | 81 (11,8) | 114 (16.6) |
| Gerilim modülleri | ASTM D 638 | GPa (kpsi) | 8.8 (1.280) | 6.8 (990) | 14,5 (2.100) | 7,4 (1.080) | 18.6 (2.700) |
| Çekme Uzaması | ASTM D 638 | % | 2.6 | 3.3 | 1.0 | 1.9 | 0.8 |
| Bükülme mukavemeti | ASTM D 790 | MPa (kpsi) | 208 (30.2) | 215 (31.2) | 152 (22.0) | 131 (19.0) | 154 (22.4) |
| Eğilme Modülü | ASTM D 790 | GPa (kpsi) | 7,3 (1,060) | 6,9 (1.000) | 14,8 (2.150) | 6.8 (990) | 12,4 (1.800) |
| Basınç Dayanımı | ASTM D 695 | MPa (kpsi) | 123 (17,8) | 166 (24,1) | 138 (20.0) | 99 (14.4) | 157 (22,8) |
| Izod Darbe Dayanımı, Çentikli | ASTM D 256 | J / m (ft-lb / inç) | 85 (1.6) | 64 (1.2) | 43 (0.8) | 48 (0.9) | 37 (0.7) |
| Izod Darbe Dayanımı, Çentiksiz | ASTM D 4812 | J / m (ft-lb / inç) | 270 (5) | 430 (8) | 210 (4) | 160 (3) | 110 (2) |
| 264 psi'de Isı Saptırma Sıcaklığı | ASTM D 648 | ° C (° F) | 280 (536) | 279 (534) | 278 (532) | 280 (536) | 281 (538) |
| Katsayı Doğrusal Termal Genleşme | ASTM D 696 | ppm / ° C (ppm / ° F) | 25 (14) | 25 (14) | 14 (8) | 16 (9) | 9 (3) |
Enjeksiyon kalıplama
Poliamid-imid reçine higroskopiktir ve ortam nemini alır. Reçineyi işlemeden önce, kırılgan parçaları, köpürmeyi ve diğer kalıplama sorunlarını önlemek için kurutma gerekir. Reçine, 500 ppm veya daha düşük bir nem içeriğine kurutulmalıdır. Çiğ noktası -40 ° F (-40 ° C) tutabilen bir kurutuculu kurutucu tavsiye edilir. Kurutma tavalarda veya tepsilerde yapılıyorsa, reçineyi kurutma tepsilerine 2 ila 3 inç (5 ila 8 cm) derinliği aşmayacak şekilde katmanlara koyun. 250 ° F'de 24 saat veya 300 ° F'de 16 saat veya 350 ° F'de 8 saat kurutun. 350 ° F (177 ° C) 'de kurutuyorsanız, kurutma süresini 16 saat ile sınırlandırın. Enjeksiyon kalıplama presi için, kurutuculu bir huni kurutucu tavsiye edilir. Devridaim havası emme borusu, besleme boğazına mümkün olduğu kadar yakın, haznenin tabanında olmalıdır.
Genel olarak, PAI kalıplama için kapalı döngü kontrolü yapabilen mikroişlemci kontrollerine sahip modern pistonlu vidalı enjeksiyon kalıplama presleri önerilir. Pres, düşük sıkıştırma oranı, sabit konik vida ile donatılmalıdır. Sıkıştırma oranı 1.1 ile 1.5: 1 arasında olmalı ve hiçbir kontrol cihazı kullanılmamalıdır. Başlangıç kalıp sıcaklıkları aşağıdaki şekilde belirtilir:
| Bölge | Sıcaklık, ° F | Sıcaklık, ° C |
|---|---|---|
| Yem Bölgesi | 580 | 304 |
| Orta Bölge | 620 | 327 |
| Ön Bölge | 650 | 343 |
| Nozul | 700 | 371 |
Kalıp sıcaklığı 325 ° F ila 425 ° F (163 ° C ila 218 ° C) aralığında olmalıdır.
Diğer uygulamalar
Poliamid imidlerin yüksek sıcaklık ve kimyasal direnci, onları prensipte membran bazlı gaz ayrımları için uygun hale getirir. Bu gibi yabancı maddelerin ayrılması CO 2 , H 2 S ve doğal gaz kuyuları diğer yabancı maddeler önemli bir endüstriyel süreç. 1000 psia'yı aşan basınçlar, iyi mekanik stabiliteye sahip malzemeler gerektirir. Oldukça polar, H 2 ve S polarize CO 2 molekülleri kuvvetlice etkileşim nedeniyle yabancı maddelerin yüksek düzeyde şişme ve plastikleşme neden polimer membran ile. Poliamid-imidler, polimid fonksiyonlarından kaynaklanan güçlü moleküller arası etkileşimler ve ayrıca amid bağı sonucunda polimer zincirlerinin birbirleriyle hidrojen bağı oluşturma kabiliyetleri nedeniyle plastikleşmeye direnebilir. Şu anda herhangi bir büyük endüstriyel ayırmada kullanılmamasına rağmen, poliamid-imidler, kimyasal ve mekanik stabilitenin gerekli olduğu bu tür işlemler için kullanılabilir.
Ayrıca bakınız
Referanslar
daha fazla okuma
- Patel, MC ve Shah, AD, amino uç başlıklı polioligomidlere dayalı Poly (amidler-imidler), Oriental J. Chem , 19 (1), 2002
- James M. Margolis, genel yayın yönetmeni, Engineering plastics handbook , ISBN 0-07-145767-4 , McGraw-Hill, c2006