常州普威復(fù)合材料科技有限公司


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聚醚酰亞胺(PEI)的基本性能與應(yīng)用

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中文名:聚醚酰亞胺

外文名:Polyetherimide

簡稱:PEI

分子結(jié)構(gòu):PEI是由芳香環(huán)、醚鍵和酰亞胺環(huán)組成的半結(jié)晶性高分子聚合物。其分子結(jié)構(gòu)中包含醚鍵(-O-)和酰亞胺環(huán)(-CO-N-),這些結(jié)構(gòu)使得PEI具有很高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能。

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加工溫度:370~400℃

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為200°C。

密度:1.28~1.42g/cm3

外觀:通常呈淡黃色至琥珀色透明或半透明顆粒狀。

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PEI發(fā)展史


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02

主要性能

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物理性能

  • 外觀與形態(tài):PEI是一種透明琥珀色的無定形熱塑性塑料,無毒、無味。

  • 尺寸穩(wěn)定性:PEI具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性,能夠在各種環(huán)境條件下保持穩(wěn)定的尺寸。

  • 熱膨脹系數(shù):PEI的熱膨脹系數(shù)小且均勻,有助于在溫度變化時(shí)保持制件的尺寸精度。


力學(xué)性能

  • 強(qiáng)度和模量:PEI具有**的強(qiáng)度和模量,屈服拉伸強(qiáng)度高達(dá)15000磅/平方英寸,在190攝氏度時(shí)仍保持在6000磅/平方英寸。其彎曲模量也非常高,20%玻纖增強(qiáng)的PEI彎曲模量甚至可達(dá)1700000磅/平方英寸。

  • 韌性:PEI的斷裂伸長率較高(60-80%),顯示出非凡的韌性,能為制件的勾扣結(jié)構(gòu)提供設(shè)計(jì)自由度。

  • 耐蠕變性和耐疲勞性:PEI在遭受長期恒定低應(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)力下才需要考慮其蠕變行為。同時(shí),其耐疲勞性也很突出。

  • 沖擊強(qiáng)度:盡管PEI具有缺口敏感性,但只要在制品設(shè)計(jì)時(shí)避免銳角減少應(yīng)力集中,就能保持**的沖擊強(qiáng)度。某些特定型號(hào)的PEI樹脂如PEI AT*100,其缺口Izod沖擊可達(dá)15km/mз。


耐熱性能

  • 長期使用溫度:PEI的長期使用溫度范圍在150°C到170°C之間,具體取決于產(chǎn)品規(guī)格和添加劑。

  • 短期耐熱性能:PEI的短期耐熱性能更加**,可以承受高達(dá)180°C至200°C的溫度而不會(huì)損壞。其熱變形溫度可達(dá)220℃,玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為217℃,HDT/Ae為190℃。

  • 熱穩(wěn)定性:PEI在高溫下仍能保持高的強(qiáng)度、剛性和耐磨性,是制作高溫耐熱器件的理想材料。


燃燒性能

  • 阻燃性:PEI具有優(yōu)異的天然阻燃性,不添加任何添加劑就有固有的阻燃性和低煙度,氧指數(shù)為47%,燃燒等級(jí)為UL94-V-0級(jí)。


化學(xué)穩(wěn)定性

  • 耐化學(xué)品:PEI對(duì)多種化學(xué)物質(zhì)具有很好的耐腐蝕性,包括多數(shù)碳?xì)浠衔?、醇類和所有鹵化溶劑,也可耐無機(jī)酸和短期耐弱堿。

  • 耐水解性:PEI的耐水解性優(yōu)良,在沸水中浸泡10000小時(shí)后拉伸強(qiáng)度保持85%以上。


電性能

  • 電氣性能:PEI在寬廣的頻率和溫度范圍中有穩(wěn)定的介電常數(shù)和介電損耗及極高的介電強(qiáng)度,是電子電氣工業(yè)中優(yōu)選的材料。


耐輻射性能

  • 抗紫外線、γ射線:PEI具有很好的抗紫外線、γ射線性能,在400兆拉德的鈷射線輻射下加工,拉伸強(qiáng)度保持94%。


加工性能

  • 成型加工性:PEI能以大多數(shù)熱塑性塑料成型加工方法如注塑、擠出、吹塑等進(jìn)行加工,但迄今為止廣泛采用的是注射成型。PEI樹脂與大多數(shù)熱塑性塑料一樣,會(huì)吸收空氣中的水汽,因此加工前需要進(jìn)行預(yù)烘干。

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03

生產(chǎn)方法


聚醚酰亞胺的主要生產(chǎn)方法包括溶液聚合法熔融縮聚法。這兩種方法在聚醚酰亞胺的制造過程中扮演核心的技術(shù)角色,各有其特點(diǎn)和適用范圍。以下是對(duì)這兩種生產(chǎn)方法的詳細(xì)介紹:

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04

成型加工

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聚醚酰亞胺(PEI)是一種高性能的熱塑性工程塑料,具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐熱性和電絕緣性。其成型加工方法多樣且靈活,主要包括以下幾種方式:

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05

加工的挑戰(zhàn)和解決方案

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PEI 加工確實(shí)面臨諸多挑戰(zhàn)。盡管塑料的獨(dú)特性質(zhì)賦予了其某些優(yōu)勢,但這些特性也帶來了一些需要解決的考慮因素,以確保獲得**結(jié)果。


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加工時(shí)需要考慮哪些因素?

加工 PEI 時(shí)需考慮多種因素,包括材料等級(jí)和變化、刀具條件和選擇、加工速度和進(jìn)給量、溫度管理、環(huán)境條件以及最終用途應(yīng)用。


  • 材料等級(jí)和變化:PEI 有不同的等級(jí),每種等級(jí)在加工過程中可能會(huì)產(chǎn)生不同的反應(yīng)。例如,玻璃填充或抗紫外線變體可能需要稍微調(diào)整加工參數(shù)。

  • 工具條件和選擇:加工刀具的狀況直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。確保工具鋒利且無磨損或損壞可以減少碎裂或表面光潔度差等問題。

  • 加工速度和進(jìn)給量:過于激進(jìn)或過于保守的參數(shù)都會(huì)導(dǎo)致問題。根據(jù)機(jī)器、刀具和 PEI 變體,在速度和進(jìn)給率方面找到適當(dāng)?shù)钠胶鈱?duì)于高效和精確的加工至關(guān)重要。

  • 溫度管理: 盡管 PEI 具有令人印象深刻的耐熱性,但溫度控制仍然是一個(gè)問題。雖然可能不需要強(qiáng)力冷卻,但定期休息和溫和的冷卻劑可以確保局部溫度保持在控制范圍內(nèi)。

  • 環(huán)境條件:加工環(huán)境中的環(huán)境條件會(huì)影響該過程。環(huán)境濕度過高會(huì)影響 PEI 的性能,而環(huán)境溫度會(huì)影響機(jī)器的性能和組件的冷卻速率。

  • 最終用途應(yīng)用:PEI 組件的預(yù)期用途將指導(dǎo)加工過程中的許多決策。用于航空航天的組件在精度和表面光潔度方面可能與用于消費(fèi)電子產(chǎn)品的組件有不同的要求。

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應(yīng)用領(lǐng)域



航天航空領(lǐng)域

  • 應(yīng)用場景:飛機(jī)和火箭的零部件制造,如方向盤、空氣和燃料閥、內(nèi)部覆層部件、商業(yè)航空食品托盤容器和半結(jié)構(gòu)部件等。

  • 作用:PEI因其優(yōu)異的耐高溫性能和尺寸穩(wěn)定性,能夠在極端的環(huán)境條件下保持穩(wěn)定的性能,確保航空航天設(shè)備的安全性和可靠性。

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宇航員面窗


汽車領(lǐng)域

  • 應(yīng)用場景:發(fā)動(dòng)機(jī)部件、燃油噴射系統(tǒng)、高溫連接件、高功率車燈和指示燈、傳感器(如空調(diào)溫度傳感器和有效燃燒溫度傳感器)等。

  • 作用:PEI的高耐熱性、高強(qiáng)度和耐磨性使其成為汽車關(guān)鍵部件的理想材料,有助于提高汽車的性能和耐用性。

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汽車燃料傳感器


電子電器領(lǐng)域

  • 應(yīng)用場景:電子元件、連接器、絕緣體、電路板、線圈、軟性電路、反射鏡、高精度光纖元件、光纖連接器、光收發(fā)模塊光學(xué)組件等。

  • 作用:PEI的電氣性能優(yōu)異,介電常數(shù)和介電損耗穩(wěn)定,且絕緣性能優(yōu)良,是電子電器工業(yè)中不可或缺的材料。

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連接器

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反射鏡

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醫(yī)療器械領(lǐng)域

  • 應(yīng)用場景:醫(yī)療設(shè)備如旋塞閥、儀器托盤、滅菌托盤、移液器、牙科設(shè)備,以及醫(yī)療器械零部件如骨植入物、手術(shù)器械手柄、托盤、夾具、假肢、醫(yī)用燈反射鏡等。

  • 作用:PEI的生物相容性和耐化學(xué)性使其成為醫(yī)療器械制造的理想選擇,能夠確保醫(yī)療器械的安全性和有效性。

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醫(yī)療托盤

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吻合器釘倉

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光學(xué)領(lǐng)域

  • 應(yīng)用場景:透明視窗、傳感器罩、光學(xué)器件等。

  • 作用:PEI的透明度較好,能夠滿足光學(xué)器件對(duì)透明度的要求,且其耐高溫性和耐化學(xué)性也使其在光學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

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光收發(fā)模塊光學(xué)組件

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家具用品領(lǐng)域

  • 應(yīng)用場景:微波爐碗、炊具、烤箱器皿、食品托盤和蒸汽鍋等。

  • 作用:PEI的高性能和設(shè)計(jì)靈活性使其成為各種家居用品的制造材料,能夠滿足人們對(duì)家居用品安全、耐用和美觀的需求。

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吐司爐

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密封裝置

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其他領(lǐng)域

  • 應(yīng)用領(lǐng)域:還包括化學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和制藥工藝設(shè)備歧管、容器和附件,以及真空泵葉輪、蒸鎦器的磨口玻璃接頭等。

  • 作用:PEI的耐熱、耐溶劑和阻燃性使其在這些領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用,確保設(shè)備的安全性和可靠性。




聚醚酰亞胺(PEI)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在市場規(guī)模的持續(xù)增長和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展。根據(jù)預(yù)測,到2029年全球PEI市場規(guī)模將達(dá)到63.47億元人民幣,復(fù)合年增長率為5.84%(市場前景)。此外,PEI在航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷擴(kuò)展??傮w來看,PEI市場前景廣闊,需求穩(wěn)步上升(應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展)。


來源:常州普威