Poli(éter)imidek (PEI)

Tulajdonságok

A poli(éter)imidek (PI, PEI) nagy teljesítményű műszaki hőre lágyuló, a borostyánsárgától az átlátszóig terjedő színű műanyagok. Kiváló termikus, mechanikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, és gyakran a legjobb választás a legigényesebb alkalmazásokhoz, ahol nagyon nagy mechanikai szilárdságra van szükség magas hőmérsékleti, korrózió- és kopásállósággal kombinálva. Egyes fajták például akár 371 °C (700 °F) folyamatos üzemi hőmérsékleten is használhatók, és 538 °C (1000 °F) rövid távú expozícióra is alkalmasak, minimális termikus degradáció és a mechanikai tulajdonságok minimális elvesztése mellett. A PEI-k és PI-k ellenállnak a legtöbb vegyi anyagnak, beleértve a szénhidrogéneket, az alkoholokat és a halogénezett oldószereket, és kiváló hosszú távú kúszásállósággal rendelkeznek. Sok esetben helyettesíthetik a fémeket és más nagy teljesítményű anyagokat a szerkezeti alkalmazásokban. Elektromos tulajdonságaik kiváló stabilitást mutatnak változó hőmérséklet, páratartalom és frekvencia mellett.

Az egyéb fontos teljesítménytulajdonságok közé tartoznak:

• Nagy szakítószilárdság széles hőmérséklet-tartományban, kb. -270°C-tól + 300°C-ig
• Nagyfokú nyomószilárdság és nagy nyomás- és kúszásállóság
• Kiváló kopásállóság nagy nyomás és csúszási sebesség mellett
• Kiváló ellenállás a feszültség okozta repedésekkel szemben
• Jó hideghőmérsékleti tulajdonságok
• Magas üvegesedési hőmérséklet 400°C-ig (amorf gyanták)
• Nagy olvadási hőmérséklet (félig-meddig)
• Magas olvadási hőmérséklet (félig-meddig)
• Magas olvadási hőmérséklet (félig-meddig)kristályos gyanták)
• Kiváló hosszú távú termikus-oxidatív stabilitás
• Eredendően égésgátló
• Minimális hőtágulás
• Nagyfokú sugárzásállóság
• Nagy tisztaság és alacsony kiáramlás vákuumban
• Savakkal szembeni jó kémiai ellenállás, alkoholokkal, üzemanyagokkal, olajokkal és halogénezett oldószerekkel szemben
• Kiváló elektromos szigetelési tulajdonságok
• alacsony hővezető képesség
• Jó feldolgozhatóság (extrudálható, hőformázható, fröccsöntött, stb.)

A poli(éter)imideknek azonban vannak bizonyos korlátai és hiányosságai is. Például drágák és magas feldolgozási hőmérsékletet igényelnek, valamint nem használhatók üvegesedési átmeneti hőmérsékletük felett, hacsak nem utólagos lágyítással.

SZÍNHŐSÍTÉS

A poli(éter)imidek planáris heteroaromás szerkezetük miatt jellemzően infúziósak és oldhatatlanok, ezért oldószeres úton kell feldolgozni őket. Általában kétlépéses eljárással állítják elő aromás diaminokból és aromás tetrakarboxil-dianhidridekből. A kondenzációs reakció első lépése egy dianhidrid (piromellites dianhidrid PMDA) hozzáadása egy diaminhoz (4,4′-oxidianilin ODA) általában környezeti vagy alacsony hőmérsékleten, magas forráspontú dipoláris aprotikus oldószerben, például dimetil-szulfoxidban (DMSO), N-metil-2-pirrolidonban (NMP) vagy N,N-dimetilacetamidban (DMAc). Bizonyos esetekben azonban magasabb hőmérsékletre van szükség. A második lépés a poli(aminsav) policiklódehidrációs reakciója, amely az összetételtől függően különböző moláris tömegű végső poliimidhez vezet.

Ezt az eljárást használták az első jelentős kereskedelmi jelentőségű poliimid – a Kapton – előállítására, amelyet piromellitsav-dianhidridből (PMDA) és 4,4′-oxidianilinből (ODA) szintetizáltak. Ebben az esetben az R egy étercsoport. R azonban bármilyen csoport lehet.

Nagy molekulatömegű poliimideket is előállítottak egy diizocianát és egy dianhidrid reakciójával. Ez az eljárás egy másik kétlépéses reakció. Az első lépés egy diánhidrid hozzáadása egy diizocianáthoz, a második lépés pedig egy dekarbonizációs reakció, amely a végső poliimidhez vezet. Ezt a reakciót aprotikus oldószerekben végzik.

Nagyszámú monomerből sokféle poliimid állítható elő. Még a dianhidrid és a diamin szerkezetének apró eltérései is jelentős hatással vannak a végső poliimid tulajdonságaira, mint például a kristályossági fok, az üvegesedési átmeneti hőmérséklet és az olvadáspont. A lánc merevsége és a lánc-lánc kölcsönhatás kétségtelenül a legfontosabb tényezők, amelyek a rugalmas és merev csoportok arányától és elrendezésétől, valamint a terjedelmes oldalcsoportok jelenlététől függnek.

A leggyakoribb poli(éter)imideket piromellites-dianhidridből vagy benzofenon-tetrakarboxil-dianhidridből és 4,4-diamino-difenil-éterből (oxi-dianilin) vagy metilén-dianilinből szintetizálják.

A fenti módszerek nagy hátránya az oldószer elkerülhetetlen jelenléte és a kondenzációs reakció során keletkező víz vagy szén-dioxid. Mind a kondenzációs termékeket, mind az oldószert teljes mértékben el kell távolítani a gyanta utólagos feldolgozása előtt a nagy teljesítményű tulajdonságok elérése érdekében.

KERESKEDELMI poliéterimidek

A poli(éter)imid (PEI) gyantákat a SABIC gyártja ULTEM kereskedelmi név alatt, a General Electric Plastics Division 2007-es felvásárlásának eredményeként. A PEI-gyantákat a Dupont is gyártja, és Kapton kereskedelmi néven forgalmazza. A gyanták átlátszó és átlátszatlan egyedi színekben, valamint üveggel töltve is kaphatók. A legelterjedtebb poliimideket piromellites dianhidridből és 4,4-diamino-difenil-éterből vagy hasonló éterdiaminokból szintetizálják (Kapton típus). Egyes cégek azonban más poli(éter)imideket is gyártanak még magasabb hő-, kémiai és/vagy rugalmassági követelményekhez.

Alkalmazások

A poli(éter)imidek gyakran kiváló választásnak bizonyulnak a repülőgépipar és a közlekedés igényes alkalmazásaihoz. Az elektronikai és integrált áramköri iparban is számos alkalmazást találnak, mivel megfelelnek a legigényesebb és legszigorúbb anyagspecifikációknak. Néhány további fontos alkalmazásuk közé tartoznak a szondák házai, digitális kártyanyomtatók keretei, tekercsrugók és kábelvédők.

Magas áruk miatt a poliimideket és poliéterimideket általában csak akkor használják, ha kiemelkedő tulajdonságokra van szükség.

A poliéterimidek tipikus üzemi hőmérséklettartománya körülbelül -270°C és + 300°C között van.