一文解读工程塑料天王!PAI、PI、PBI、 TPI、PEEK材料!

文摘   2024-07-15 23:07   湖南  

上期塑料君一文读懂铁氟龙文章点击可跳转到大家欢迎,后台有粉丝私信特种高温塑料,本文只解读PAI、PI、PBI、 TPI、PEEK特种工程塑料,从耐高温、耐化学、耐候和力学性能到应用领域!

一、先看表格

下面塑料君做一个表格,先睹为快!简要总结了PAI(聚酰胺酰亚胺)、PI(聚酰亚胺)、PBI(聚苯并咪唑)、TPI(热塑性聚酰亚胺)和PEEK(聚醚醚酮)这五种高性能工程塑料的关键性能如下:

请注意,具体性能根据材料的牌号规格和制造商的不同而有所变化。此表提供了一个大致的性能概览,具体品牌型号有差异,深入的粉丝,可评论区、或私信品牌+型号以获取最准确的数据表讨论。此外,PI和PBI为热固性材料,加工方法不同于热塑性材料,通常需要特殊的固化过程,如PI 膜溶剂溶解流延法,或溅射,或化学气相沉积法等

二、进入正题:

PAI、PI、PBI、TPI、PEEK 均属于特种工程塑料,那它们的性能和应用领域有哪些不同?
  • PI(聚酰亚胺)是分子结构主链中含有酰亚胺结构(-CO-NR-CO-)的高分子聚合物(热固性),是综合性能最佳的有机高分子材料之一。部分PI型号其耐高温达400°C以上 ,具有最高的阻燃等级,被誉为“二十一世纪最有希望的工程塑料之一”,并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"

    PI(聚酰亚胺)粉末

    由于PI有良好的电气绝缘性能、机械性能、化学稳定性、耐老化性能、耐辐照性能、低介电损耗,且这些性能在很宽的温度范围(-200℃-300℃)内不会发生显著变化,部分品牌PI型号甚至达400度,PI可以通过多种方式制成不同的产品,并应用在各个不同的领域之中,如薄膜、纤维、光敏材料、泡沫和复合材料。


    有“黄金薄膜”美誉PI膜

    PI主要应用于柔性屏幕、轨道交通、航空航天、电子封装、风机叶片、军工、汽车等若干领域。

    以下是PI部分制品,大多压铸,或者利用棒材、板材机加工。

  • PAI(聚酰胺-酰亚胺)是一类含有酰胺基的新型工程塑料,PAI的强度是当今世界上任何工业未增强塑料不可比拟的,已知最高,其拉伸强度超过172MPa具有在高温环境下,机械性能和尺寸稳定性好,耐磨和摩擦性能、抗紫外线性能、抗高能辐射性能优越,固有的低可燃性,高强度、高绝缘、耐辐射、耐腐蚀、自润滑、热膨胀系数小等特性。

    PAI原料

    PAI 分子结构中,酰胺基团与酰亚胺基团连在同一个芳环上,呈有规则的排列,使得PAI兼具聚酰胺(PA)和聚酰亚胺(PI)的特点。PAI 在保留热固化PI的基础上,插上了热塑性尼龙的翅膀,那是如虎添翼!

    PAI粉末可用于改性和涂料

    PAI它对金属和其它材料有很好的粘接性能,适用作漆包线漆、浸渍漆、薄膜、层压板材、涂层和粘合剂。所以PAI粉最早的应用就是涂料,粘接剂这些!

    用于涂料、粘剂

目前PAI常用于高技术设备精密零件的制作,以及对精度要求极高的场合,如无润滑轴承、密封、轴承隔离环和往复式压缩机零件,电子和半导工业,还可应用于石油钻井设备等。

  • PBI(聚苯并咪唑)热固性特种工程塑料,被认为是现在耐热性能最好的塑料,瞬间温度冲击400+聚烷基苯并咪唑的密度1.2克/厘米3;全芳族聚苯并咪唑的密度1.3~1.4。PBI最突出的优点是瞬间耐高温性,烷基PBI在465~475℃才完全分解,芳基PBI在538℃尚不分解,900℃失重仅30% ,常期使用温度300~370℃。

PBI具有出色的机械强度、刚性、硬度和抗蠕变性能,以及卓越的尺寸稳定性、耐磨和摩擦性能、极低的线性热膨胀系数、出色的抗高能辐射性能、优异的耐腐蚀特性、固有的低可燃性、在离子污染环境下高纯度、低排气性等特性。

PBI棒材

PBI主要应用于航空航天、汽车交通、电子电气、精密机械等对材料耐高温、耐化学,高精度配件等要求较高的领域。

  • TPI(热塑性聚酰亚胺):在热固性PI基础上研发的,其性能与PI(热固性)接近,且易加工优点,具有弹性模量高、抗冲击性强、耐热性好、尺寸稳定性好、阻燃性好、电绝缘性优、耐化学腐蚀、耐辐射等特点。差异的话热塑性TPI耐温低于PI。


    TPI加纤颗粒,用于注塑 挤出

    相比PITPI加工性能优异,除了可采用传统热固性PI的加工方式外,还可以采用挤出、注塑成型等加工方法,能够制造形状复杂零部件,可一次成型,可回收二次成型,产品精度高,但其强度、耐高温性有所下降。可广泛应用在航空航天、汽车交通、电子电气、精密机械等领域。


    TPI配件

  • PEEK(聚醚醚酮)性能优异的特种工程塑料,具有良好的物理、化学性能,具有优良的耐化学性,热稳定性和抗氧化性能,同时具有良好的机械强度,抗蠕变和电学特性。它可以承受高能辐射,阻燃性能好。长期工作温度范围可从-100℃至+250℃。加纤PEEK热变形温度最高320+。


    PEEK原料
    由于PEEK具有优良的抗化学性、极低吸湿性、不易磨损及耐磨蚀、持续暴露于热水或蒸汽不受影响。在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和化工等领域得到广泛应用。


    PEEK在紧固件应用

PEEK水泵配件

PEEK工业应用,相信很多粉丝有所了解,篇幅有限不多讲!塑料君本次PEEK重点讲一下在医疗的应用,由于其优异的化学物理性能、尤其PEEK 凭借其在生物的相容性卓越性能,在改善医疗效果、提高患者生活质量方面发挥着重要作用!

PEEK(聚醚醚酮)在医疗领域有诸多重要应用

  • 骨科植入物例如人工关节(髋关节、膝关节、肩关节等)的部件。PEEK 具有与人体骨骼相似的弹性模量,在髋关节置换手术中,PEEK 制成的髋臼内衬能够提供良好的耐磨性和生物相容性。

    PEEK材料替代骨骼,上图1,破损脑科上的植入、2、人体关节配件。

  • 脊柱融合器件用于脊柱融合手术中的椎间融合器。它能提供足够的支撑和稳定性,同时有助于骨生长和融合。

    PEEK材料脊柱融合器件。

  • 创伤修复如骨折固定装置,如接骨板和螺钉。PEEK 的强度和稳定性能够满足固定骨折部位的要求,而且其生物相容性减少了组织排异反应。

  • 口腔颌面外科制作颅颌面修复体、义齿基托等。可以根据患者的个体解剖结构进行定制,实现更精准的修复。

    PEEK制作颅颌面修复体、义齿基托等

  • 医疗器械部件医疗设备的外壳、手柄等,因为 PEEK 具有良好的耐化学腐蚀性和耐高温性能。


总之在医疗领域的应用PEEK凭借其优异性能,比如PEEK具有与人体骨骼相似的弹性模量,能有效减少应力遮挡,促进骨整合,降低假体松动的风险,正在大幅增长,应用越来越广泛,当然材料本身在改善医疗效果、提高患者生活质量方面发挥着重要作用。

三、谁是真正的工程塑料天王?


塑料君从以上PAI、PI、PBI、 TPI、PEEK五种特种工程塑料,做个总结:总的来说,这几种特种工程塑料都具有优异的性能!


综合性能对比结果:

  • 耐热性:PBI > PI > TPI ≈ PAI ≈ PEEK(不同规格差别大)

  • 化学稳定性:PI ≈ PBI > TPI > PAI > PEEK

  • 电绝缘性:PI > PBI > TPIPAI  PEEK

  • 加工性:PEEK > TPI > PAI > PBI > PI(PI、PBI是热固性材料)

  • 机械性能:PAI、PBI、PI和TPI在不同方面各有优势,而PEEK具有良好的平衡。


这五种材料里面,PEEK最深得塑料君喜欢,PEEK是当之无愧的顶级水桶型特种工程塑料,比它耐热没有它的加工性,有加工性的没它的生物相容性。但在具体应用中,如果你正好需要选用这些材料,那么需要根据实际需求来选择合适规格的材料。

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