新一代热塑性聚酰亚胺兼备超高性能和加工性能喷漆设备

新一代热塑性聚酰亚胺兼备超高性能和加工性能

新一代热塑性聚酰亚胺兼备超高性能和加工性能 2011年12月04日 来源： 它是无定形热塑性塑料中Tg（玻璃化温度）最高的塑料，具有优异的耐化学腐蚀性能，不需要二次硫化，具有真正意义上的可熔融加工性能。 军队、航空电子、医疗以及地下油井和气井等特殊领域对超高性能树脂提出了更多的要求：耐高温、耐化学腐蚀优异同时还要具备优异的的热塑性熔体流动加工性能。伴随市场呼声的不断升高，GE塑料于去年11月推出的Extern系列树脂，它是一种新型的可熔融加工的无定形热塑性聚酰亚胺（TPI）。这是GE20年Ultem 聚醚树脂研发经验的结晶之一。

图 1: 航空和军队是新型Extern树脂的潜在应用领域之一

GE塑料开发的新型TPI缩小了耐高温热塑性塑料和热固塑料的高性能和高加工流动性不能兼备的问题。Extern树脂是目前所有无定形热塑性塑料中玻璃化转变温度最高（311℃）的。除了优异的高热性能，它还具有强耐化学腐蚀性能、高强度和硬度、高尺寸稳定性和优异的耐火性能。同时，该材料可采用热塑性材料的加工方法制作制品例如注塑、挤出、吹塑或者吸塑成型，无需硫化或者结晶步骤。 Extern树脂是R&D部门14年开发新型单体和新型加工制作方法的里程碑。他已经在美国工厂首次加工试验成功，然后在刚成立的半成品工厂也试料成功，该工厂产能每年可达百吨。此外GE将于2008年在西班牙Cartegena建立特殊高性能树脂工厂，预计Extern树脂的商业产量将迅速增加。 市场用途 Extern树脂兼备了熔融加工性和超高性能，可以使TPI的使用不仅仅局限在特殊的应用领域中。目前，有30多家客户正在尝试开发Extern树脂新的应用领域。 由于Extern树脂具有耐高温和抗碳氢类和含氯溶剂的化学腐蚀性能，因此在地下油井和天然气工业应用中占有一席之地。Extern不需二次硫化，避免了非熔融热固酰亚胺化步骤，这为航空以及军队连接器生产者带来了极大的利益。 除了优异的强度、硬度以及尺寸稳定性外，Extern树脂无铅焊接性能为其在电子电气和半导体行业中使用提供了机会。 在汽车行业中，Extern树脂在某些场合下可以替代金属。 与其他高性能树脂比较目前对于高性能树脂（HPP）的需求正以每年9％的速度增长。目前，HPP材料包括三类－无定形热塑性塑料、半结晶热塑性塑料和不熔酰亚胺材料。HPP典型性能是耐化学腐蚀性和高持续使用温度。以及一些其他性能例如耐磨性和阻燃性能。无定形热塑性塑料例如：PEI和PES，它们具有较高的Tg，分别为217℃和230℃ 。在较宽的温度范围内，强度硬度以及尺寸稳定性都基本不变。然而通常它们的耐化学品腐蚀种类受到限制，特别是高碱材料，一般它们的持续使用温度必须严格限制在200℃以下。

表1 高性能聚合物对比

半结晶聚合物例如PEEK和PPS具有很高的熔融温度，分别为334℃和285℃，此外，他们可耐多种化学品腐蚀，高温下多种性能维持不变。 然而，他们的尺寸稳定性比较差，通常需要在高于其玻璃化转变温度（PPS为85℃，PEEK为150℃）通过填充玻璃纤维维持其强度和硬度。 现在的亚胺材料例如PAI和热固性聚酰亚胺（PI）兼备了无定形聚合物和半结晶聚合物的性能，但是由于热固硫化周期长、二次硫化过程或者结晶过程，或者需要二次机加工挤出半成品，因此生产率低。例如：PAI可以进行注塑加工，如同普通热塑性塑料一样，但是必须二次硫化长达15天以获得最理想的物理性能。在其非硫化状态，PAI易碎、强度低，操作必须非常小心防止其破裂。通过硫化周期酰亚胺化过程完成，强度、耐磨性能以及热性能都加以完善。一旦PAI产品被硫化，就不能回收和重复使用，如同热固性塑料一样。 由热固性聚酰亚胺制作的产品可以通过长期硫化模压或者机加工制作，因此最终制品的结构受到限制。此外，市场上还有一种可熔融加工的TPI，但是他的Tg较低，需要预结晶过程获得最佳的性能。 Extern UH和Extern XH家族现在的Extern系列主要分为两类：Extern UH和Extern XH。Extern UH家族具有最高的热稳定性，Tg可达到311℃，并且能耐较多种类化学品的腐蚀性能。Extern XH家族的Tg可达到267℃，具有非常优异的熔融流动性能。此外，Extern树脂尺寸稳定性能好、强度高、硬度高，优异的高温抗蠕变性能和透明性，不需要添加其它助剂，本身具备杰出的阻燃性能、低烟雾和低烟毒性，例如极限氧指数在45％－47％。 GE在Extern树脂基础上计划开发至少75种改性产品，包括各种填充/增强聚合物以及与Ulterm或者其他树脂的合金系列。Extern也有可能加入GE LNP聚合物大家庭中，开发出具备耐磨性、静电耗散性（ESD）以及其他性能的改性材料。 UH家族的Tg在260－311℃之间。UH家族第一个用于商业化的产品将是高性能合金，他具有可熔融加工性，可在通用注塑设备上生产制品。可参见图2中的DMA曲线，UH是一种全无定形热塑性塑料，Tg温度高达280度，是目前为止无定形热塑性塑料中Tg最高的材料。正如图 2所示，其他高性能半结晶树脂的Tg较低，硬度、强度以及抗蠕变性能较差。Extern UH树脂还具有极高的连续使用温度，例如230℃。

图 2: DMA（动态力学分析）曲线表明Extem UH较其他高性能无定形和结晶树脂而言，耐热性能更高

Ulterm树脂可应用在连续使用温度200℃、UL相对热指标（RTI）达180℃的领域中。然而，Extern UH树脂具有更高的连续使用温度－250℃，UL RTI 有可能达到或者超过200℃，这是目前其他任何可熔融加工无定形热塑性塑料不可能达到的。Extern UH树脂在超高温度下具有杰出的热－氧稳定性能（如图 3）。

图 3:Extem UH树脂具有优异的热老化性能，其UL RTI等级是所有可熔融无定形热塑性材料中最高的

除了极高的热稳定性能，Extern UH树脂还具备极佳的耐化学腐蚀性能。例如，GE Ulterm无定形树脂，具有很好的耐化学性能例如耐有机物和酸性能。Ultern CRS5001 目前是这一家族中耐化学腐蚀性能最好的。但是Extern UH树脂已经超越了Ultern CRS5001，举个例子：对一些碳氢化合物例如甲苯、强溶剂（例如甲乙酮 (MEK)）、氯化溶剂（例如亚甲基氯化物（图 4）），这些新型材料的耐化学腐蚀性能可同硫化PAI或者PI相媲美。

图 4: Extem树脂抗强氯化溶剂性高于Ultem树脂

表 2 Extem 与 Ultem 性能对比

Extem XH － 流动性更出众Extern XH家族的最大的特色是高热性能和优异的加工性能。他能在较高温度下抗热蠕变性能和强度维持不变，可用来注塑薄壁、结构复杂的制品。 Extern XH树脂能在200℃以上短期耐热并维持较高的强度。这一性能有可能被应用在无铅锡焊电子产品领域中。 在室温，许多高性能无定形聚合物和半结晶热塑性塑料具有极高的拉伸强度（高于100MPa），Extern XH树脂常温下并不是强度最高的材料，但是当温度达到240℃，他仍具有极高的拉伸强度和抗蠕变性能。图 5为Extern XH树脂和其他高性能树脂在室温和170℃下拉伸强度的对比。

图 5: Extem 树脂高温下拉伸强度高于其他材料

Extern XH树脂可为透明深琥珀色，然而大部分超高性能树脂都是不透明的。（Extern UH早期的系列不是透明的）。Extern XH在可见光光谱400－700nm平均光散射率为35%。可见光范围内的平均散射率衰减低于500。因此XH材料是深琥珀色。Extern XH树脂的黄色指数是在120－130，而Ulterm树脂的在80－90.在红外区域，XH家族散射率为80%。 所有Extern树脂是可熔融加工的，Extern XH家族具有更优异的流动性能。在加工温度为775?（412℃）和690?（365℃）时，Extern XH树脂的流动性能比Ultern1000高20%。（图 6）

图 6: Extem XH的流动性好于Ultem 100

Extern XH 树脂可以用来制作结构复杂、多孔的产品。Extern XH树脂可用来注塑壁薄为0.010in的制品，流动长度大于0.25in。流动长度为4in，注塑压力为32000psi，壁厚可达0.03in。注塑时间与与Ultem树脂类似－ASTM标准试验样品时间为35s。在高注塑温度下，热变形最小。 Exterm 加工性能Extern 树脂是从加工者的角度出发而开发，例如：在高温注塑机和挤出机中不需二次硫化酰亚胺化步骤可完全熔融加工。Extern树脂必须在注塑加工之前进行干燥，含水率为0.2%。可在标准干燥机中150－175℃（302到347?）干燥4－6小时，露点从-29到－40℃。 注塑设备在熔融温度为390－420℃（734－788?）能运行。模具可通过油或者电升温到160－200℃（320－392?），通过调节温度控制流动长度最大化，模压最小。 模具应该由P20或者更强的刚制作，以适应热负载的需要。不建议用铝制品生产，但是可以用于短期产品运行。模具设计需要满足高粘性流动、包括多样浇口和流道长度和壁厚比例的设计。 通常的浇口例如扇形浇口（fan gates），可以减小内部压力。潜伏式进胶口也可以成功的注塑Extern树脂。 非填充牌号的模具设计与典型的无定形同性收缩率一致在0.5%-0.7%.玻纤填充材料的收缩率较低。 通常的螺筒和螺杆的材料和结构就可以接受了，但是建议使用双金属螺杆，而不使用氮化物金属。螺杆长径比应该在16:1～24:1，低压缩比为1.5:1～3:1.为了避免高剪切导致材料分解，建议使用渐进型螺杆。 Extern树脂符合目前全球对于回收利用的标准。通过一次100％回收研究表明回收后拉伸和延长性能维持或高于原性能的95％。通常，回收利用的数量，与用途要求的性能有关。 Extern 树脂可以用于挤出异型材，薄膜。熔融温度从370－405℃（700－760?）。由于Extern树脂具有全无定形和可熔融加工的性能，他可被用于中空吹塑和吸塑成型。 (end)

汝南县迅达工业品公司

安陆市丽桥电子科技有限公司

绥宁铁合金厂驻邵阳市经营部

天邁電子科技(深圳)有限公司

平安商场租赁柜台

礼品箱包袋

南通大生平面设计有限公司

安平县明川丝网制品有限公司

厦门沧晟净化科技有限公司温州公司

红外热像仪