Poly(ether)imider (PEI)

Egenskaber

Poly(ether)imider (PI, PEI) er højtydende tekniske termoplaster af ravfarvet til gennemsigtig farve. De har fremragende termiske, mekaniske og kemiske egenskaber og er ofte det bedste valg til de mest krævende anvendelser, hvor der kræves meget høj mekanisk styrke i kombination med høj temperatur-, korrosions- og slidstyrke. Nogle kvaliteter har f.eks. en kontinuerlig driftstemperatur på op til 371 °C (700 °F) og er egnede til kortvarig eksponering på op til 538 °C (1000 °F) med minimal termisk nedbrydning og minimalt tab af mekaniske egenskaber. PEI’er og PIs er modstandsdygtige over for de fleste kemikalier, herunder kulbrinter, alkoholer og halogenerede opløsningsmidler, og har en fremragende langtidskrybningsbestandighed. I mange tilfælde kan de erstatte metaller og andre højtydende materialer i strukturelle anvendelser. De elektriske egenskaber har en fremragende stabilitet under varierende temperatur-, fugtigheds- og frekvensforhold.

Andre vigtige præstationsegenskaber omfatter:

• Høj trækstyrke over et bredt temperaturområde på omkring -270°C til + 300°C
• Høj trykstyrke og høj tryk- og krybestyrke
• Udmærket slidstyrke ved højt tryk og glidehastigheder
• Udmærket modstandsdygtighed over for spændingsrevner
• Gode egenskaber ved kolde temperaturer
• Høj glasovergangstemperatur op til 400°C (amorfe harpikser)
• Høj smeltetemperatur (semi-krystallinske harpikser)
• Udmærket termisk-oxidativ stabilitet på lang sigt
• Inherent flammehæmmende
• Minimal termisk ekspansion
• Høj strålingsbestandighed
• Høj renhed og lav udgasning i vakuum
• God kemisk bestandighed over for syrer, alkoholer, brændstoffer, olier og halogenerede opløsningsmidler
• Udmærkede elektriske isolationsegenskaber
• Lav varmeledningsevne
• God forarbejdbarhed (kan ekstruderes, termoformes, sprøjtestøbes osv.)

Poly(ether)imider har dog også nogle begrænsninger og mangler. De er f.eks. dyre og kræver høje behandlingstemperaturer, og de kan ikke anvendes over deres glasovergangstemperatur, medmindre de efterglødes.

SYNTHESIS

Poly(ether)imider er typisk uopløselige og uopløselige på grund af deres planare hetero-aromatiske struktur og skal derfor behandles via en opløsningsmiddelvej. De fremstilles generelt ved en totrinsproces fra aromatiske diaminer og aromatiske tetracarboxyldianhydrider. Kondensationsreaktionens første trin er addition af et dianhydrid (pyromellitisk dianhydrid PMDA) til en diamin (4,4′-oxydianilin ODA), som regel ved omgivelsestemperatur eller lav temperatur i et højtkogende dipolært aprotisk opløsningsmiddel, f.eks. dimethylsulfoxid (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) eller N,N-dimethylacetamid (DMAc). I nogle tilfælde er det dog nødvendigt med højere temperaturer. Det andet trin er en polycyclodehydreringsreaktion af poly(aminsyre), som fører til det endelige polyimid med forskellig molarmasse afhængigt af sammensætningen.

Denne proces blev udnyttet til at fremstille det første polyimid af væsentlig kommerciel betydning – Kapton – som blev syntetiseret af pyromellitisk dianhydrid (PMDA) og 4,4′-oxydianilin (ODA). I dette tilfælde er R en ethergruppe. R kan dog være en hvilken som helst gruppe.

Polyimider med høj molekylvægt er også blevet fremstillet ved reaktion af et diisocyanat med et dianhydrid. Denne proces er en anden totrinsreaktion. Det første trin er addition af et dianhydrid til et diisocyanat, og det andet trin er en dekarboniseringsreaktion, som fører til det endelige polyimid. Denne reaktion udføres i aprotiske opløsningsmidler.

Der kan fremstilles en lang række polyimider ud fra et stort antal monomerer. Selv subtile variationer i strukturen af dianhydridet og diaminen vil have en betydelig effekt på egenskaberne af det endelige polyimid, såsom krystallinitetsgrad, glasovergangstemperatur og smeltepunkt. Kædestivhed og kæde-kæde-interaktion er utvivlsomt de vigtigste faktorer, som afhænger af forholdet og arrangementet af fleksible og stive grupper og tilstedeværelsen af voluminøse sidegrupper.

De mest almindelige poly(ether)imider syntetiseres fra pyromellitisk dianhydrid eller benzophenon-tetracarboxyldianhydrid og 4,4-diaminodiphenylether (oxydianilin) eller methylendianilin.

En stor ulempe ved ovenstående metoder er den uundgåelige tilstedeværelse af opløsningsmiddel og dannelsen af vand eller kuldioxid under kondensationsreaktionen. Både kondensationsprodukterne og opløsningsmidlet skal fjernes fuldstændigt inden efterbehandlingen af harpiksen for at opnå højtydende egenskaber.

KOMMERCIELLE polyetherimider

Poly(ether)imid (PEI)-harpikser fremstilles af SABIC under handelsnavnet ULTEM som følge af overtagelsen af General Electric Plastics Division i 2007. PEI-harpikser fremstilles også af Dupont og sælges under handelsnavnet Kapton. Harpikserne fås i gennemsigtige og uigennemsigtige specialfarver og som glasfyldte. De mest almindelige polyimider er syntetiseret af pyromellitisk dianhydrid og 4,4-diamino-diphenylether eller lignende etherdiaminer (Kapton-typen). Nogle virksomheder fremstiller dog andre poly(ether)imider til endnu højere krav til varme, kemikalier og/eller elasticitet.

Anvendelser

Poly(ether)imider er ofte et fremragende valg til krævende anvendelser inden for luft- og rumfart og transport. De finder også mange anvendelser i den elektroniske og integrerede kredsløbsindustri, fordi de opfylder de mest krævende og strenge materialespecifikationer. Nogle andre vigtige anvendelser omfatter probehuse, rammer til digitale kortprintere, spiralfjedre og kabelbeskyttere.

På grund af deres høje pris anvendes polyimider og polyetherimider normalt kun, når der kræves fremragende egenskaber.

Det typiske driftstemperaturområde for polyetherimider er ca. -270°C til + 300°C.