Poli(eter)imide (PEI)

Proprietăți

Poli(eter)imidele (PI, PEI) sunt materiale termoplastice tehnice de înaltă performanță de culoare chihlimbarină până la transparentă. Acestea au proprietăți termice, mecanice și chimice remarcabile și sunt adesea cea mai bună alegere pentru cele mai exigente aplicații în care este necesară o rezistență mecanică foarte mare în combinație cu rezistența la temperaturi ridicate, la coroziune și la uzură. De exemplu, unele calități au temperaturi de funcționare continuă de până la 371°C (700°F) și sunt potrivite pentru expunere pe termen scurt până la 538°C (1000°F) cu degradare termică minimă și pierdere minimă a proprietăților mecanice. PEI și PI rezistă la majoritatea substanțelor chimice, inclusiv hidrocarburi, alcooli și solvenți halogenați și au o rezistență excelentă la fluaj pe termen lung. În multe cazuri, aceștia pot înlocui metalele și alte materiale de înaltă performanță în aplicațiile structurale. Proprietățile electrice sunt de o stabilitate excelentă în condiții variabile de temperatură, umiditate și frecvență.

Alte proprietăți importante de performanță includ:

• Rezistență ridicată la tracțiune într-o gamă largă de temperaturi, de aproximativ -270°C până la + 300°C
• Rezistență ridicată la compresiune și rezistență ridicată la presiune și la fluaj
• Rezistență excelentă la uzură sub presiune ridicată și la viteze de alunecare
• Rezistență excelentă la fisurarea sub tensiune
• Proprietăți bune la temperatură rece
• Temperatură ridicată de tranziție vitroasă până la 400°C (rășini amorfe)
• Temperatură ridicată de topire (semicristaline)
• Stabilitate termică-oxidativă excelentă pe termen lung
• Retardant de flacără inerentă
• Dilatație termică minimă
• Rezistență ridicată la radiații
• Purătate ridicată și degazare redusă în vid
• Rezistență chimică bună la acizi, alcooli, combustibili, uleiuri și solvenți halogenați
• Proprietăți excelente de izolare electrică
• Conductibilitate termică scăzută
• Bună prelucrabilitate (poate fi extrudat, termoformat, turnat prin injecție etc.)

Cu toate acestea, poli(eter)imidele au și unele limitări și neajunsuri. De exemplu, ele sunt scumpe și necesită temperaturi de prelucrare ridicate și nu pot fi utilizate peste temperatura lor de tranziție vitroasă decât dacă sunt recoapte ulterior.

SINTEZĂ

Poli(eter)imidele sunt de obicei infuzibile și insolubile datorită structurii lor planare hetero-aromatice și, prin urmare, trebuie prelucrate pe cale de solvent. Acestea se prepară, în general, printr-un proces în două etape din diamine aromatice și dianhidride tetracarboxilice aromatice. Prima etapă a reacției de condensare constă în adăugarea unei dianhidride (dianhidridă piromelitice PMDA) la o diamină (4,4′-oxidianilină ODA), de obicei la temperatura ambiantă sau la temperaturi scăzute, într-un solvent aprotic dipolar cu punct de fierbere ridicat, cum ar fi dimetilsulfoxidul (DMSO), N-metil-2-pirrolidona (NMP) sau N,N-dimetilacetamida (DMAc). În unele cazuri, însă, sunt necesare temperaturi mai ridicate. A doua etapă este o reacție de policiclodehidratare a poli(acidului amic) care conduce la poliimida finală cu masă molară diferită în funcție de compoziție.

Acest procedeu a fost utilizat pentru a produce prima poliimidă de importanță comercială semnificativă – Kapton – care a fost sintetizată din dianhidridă piromelitice (PMDA) și 4,4′-oxidianilină (ODA). În acest caz, R este o grupare eter. Cu toate acestea, R poate fi orice grup.

Poliimidele cu greutate moleculară mare au fost, de asemenea, preparate prin reacția unui diizocianat cu o dianhidridă. Acest procedeu este o altă reacție în două etape. Prima etapă este adăugarea unei dianhidride la un diizocianat, iar a doua etapă este o reacție de decarbonatare care conduce la poliimida finală. Această reacție se realizează în solvenți aprotici.

O mare varietate de poliimide poate fi preparată dintr-un număr mare de monomeri. Chiar și variații subtile în structura dianhidridei și a diaminei vor avea un efect semnificativ asupra proprietăților poliimidei finale, cum ar fi gradul de cristalinitate, temperatura de tranziție vitroasă și punctul de topire. Rigiditatea lanțului și interacțiunea lanț-lanț sunt, fără îndoială, cei mai importanți factori, care depind de raportul și dispunerea grupărilor flexibile și rigide și de prezența grupărilor laterale voluminoase.

Cele mai comune poli(eter)imide sunt sintetizate din dianhidridă piromelitică sau dianhidridă tetracarboxilică de benzofenonă și 4,4-diamino difenil eter (oxi-dianilină) sau metilendianilină.

Un dezavantaj major al metodelor de mai sus este prezența inevitabilă a solventului și formarea de apă sau dioxid de carbon în timpul reacției de condensare. Atât produșii de condensare, cât și solventul trebuie să fie complet eliminați înainte de post-procesarea rășinii pentru a obține proprietăți de înaltă performanță.

PolieterimideLE COMERCIALE

Rezinele de poli(eter)imidă (PEI) sunt fabricate de SABIC sub denumirea comercială ULTEM, ca urmare a achiziționării diviziei de mase plastice General Electric în 2007. Rășinile PEI sunt, de asemenea, produse de Dupont și sunt vândute sub denumirea comercială Kapton. Rășinile sunt disponibile în culori personalizate transparente și opace, precum și umplute cu sticlă. Cele mai comune poliimide sunt sintetizate din dianhidridă piromelitică și 4,4-diamino difenil eter sau eterdiamine similare (tip Kapton). Cu toate acestea, unele companii produc alte poli(eter)imide pentru cerințe termice, chimice și/sau de elasticitate și mai ridicate.

Aplicații

Poli(eter)imidele sunt adesea o alegere excelentă pentru aplicații solicitante în domeniul aerospațial și al transporturilor. Ele găsesc, de asemenea, multe aplicații în industria electronică și a circuitelor integrate, deoarece îndeplinesc cele mai exigente și stricte specificații ale materialelor. Printre alte aplicații importante se numără carcasele pentru sonde, cadrele imprimantelor de carduri digitale, arcuri elicoidale și apărători de cabluri.

Din cauza prețului lor ridicat, poliimidele și polieterimidele sunt de obicei folosite doar atunci când sunt necesare proprietăți deosebite.

Domeniul tipic de temperatură de serviciu al polieterimidelor este de aproximativ -270°C până la +300°C.

.