Кіріспе
Полиамид имидтері – ерекше механикалық, жылулық және химиялық тұрақтылық қасиеттеріне ие термоқатырғы немесе термопластикалық, аморфты полимерлер. Полиамид имидтері магнит сымдарын дайындауда сымды қаптау ретінде кеңінен қолданылады. Олар N-метил-2-пирролидон (NMP) ортасында изоцианаттар мен ТМА (тримеллит қышқылы ангидриді) арқылы синтезделді. Полиамид имидтерін тарататын ірі компаниялардың бірі – Solvay Specialty Polymers, олар Torlon тауарлық белгісін пайдаланады. Полиамид имидтері полиамидтер мен полиимидтердің қасиеттерін біріктіреді, мысалы, жоғары беріктік, балқытып өңдеуге болатындық, ерекше жоғары температураға төзу қабілеті және кең химиялық тұрақтылық. Полиамид имид полимерлерін инъекциялық немесе престеу арқылы жасалған бөлшектерден және қорытпалардан бастап, қаптамаларға, пленкаларға, талшықтарға және жабысқыштарға дейін алуға болады. Әдетте, бұл өнімдер максималды қасиеттерін жылулық бекіту процесінен кейін қол жеткізеді. Осы саладағы басқа да жоғары өнімді полимерлерге полиэфирэфиркетондар және полиимидтер жатады.
Химия
Қазіргі уақытта кең таралған полиамид имидтерін синтездеудің коммерциялық әдістері – қышқыл хлориді және изоцианаттық жолдар.
Қиындықтар
Полиамид имидтерін алудың ең алғашқы жолы – метилендианилин (MDA) және тримеллит қышқылы хлориді (TMAC) сияқты ароматты диаминнің конденсациялануы болып табылады. Диаминмен ангидридтің реакциясы нәтижесінде аралық амик қышқылы түзіледі. Қышқыл хлоридінің функционалды тобы ароматты аминмен реакцияласып, амид байланысын және тұз қышқылын (HCl) қосалқы өнім ретінде береді. Полиамид имидтерін коммерциялық өндірісінде полимерлену 20–60 °C температурада N-метилпирролидон (NMP), диметилацетамид (DMAC), диметилформамид (DMF) немесе диметилсульфоксид (DMSO) сияқты диполярлы, апротикалық еріткіште жүргізіледі. Қосалқы өнім HCl-ды орын басында нейтралдау қажет немесе оны тұнба полимерден жуу арқылы жою керек. Полиамид имид полимерін одан әрі жылулық өңдеу молекулалық салмағын арттырады және амик қышқыл топтарының су бөлінуімен имидтерге айналуына себеп болады.
Диизоцианат жолы
Бұл полиамид имидтерін алудың негізгі жолы, олар сым эмаль ретінде қолданылады. Диизоцианат, көбінесе 4,4’ метилендифенилдиизоцианат (MDI), тримеллит ангидридімен (TMA) реакцияға түседі. Осы процестің нәтижесінде алынған өнім – жоғары молекулалық салмақты, толық имидтелген полимерлік ерітінді, онда конденсацияның қосалқы өнімдері болмайды, себебі көмірқышқыл газының қосалқы өнімі оңай кетіп қалады. Бұл форма сым эмаль немесе жабындар өндіруге қолайлы. Ерітіндінің тұтқырлығы стехиометрия, монофункционалды реагенттер және полимерлік қатты заттар арқылы реттеледі. Полимерлік қатты заттардың мөлшері әдетте 35-45% құрайды және оны жеткізуші немесе қолданушы сұйылтқыштармен одан әрі сұйытуға болады.
Өндiру
Полиамид имидтері жабындар мен құйылған бұйымдарда коммерциялық түрде қолданылады.
Қаптамалар
Негізінен қаптамалар үшін қолданылатын өнім ұнтақ күйде сатылады және шамамен 50% имидтелген. Оның негізгі қолданылуларының бірі – магнит сымдарына арналған эмаль. Магнит сымының эмалі PAI ұнтағын N-метилпирролидон сияқты күшті, протонсыз еріткіште еріту арқылы жасалады. Мыс немесе алюминий өткізгішке жағу үшін қажетті тұтқырлықты қамтамасыз ету үшін сұйылтқыштар және басқа да қоспалар қосылуы мүмкін. Жағу әдетте өткізгішті эмаль ваннасынан өткізу арқылы, содан кейін қаптама қалыңдығын бақылау үшін калибрден өткізу арқылы жүзеге асырылады. Содан кейін сымды пешке салып, еріткішті буландырып, қаптаманы бекітеді. Қажетті қалыңдыққа жету үшін сым әдетте бірнеше рет осы процестен өтеді. PAI эмалі өте жылуға төзімді, сондай-ақ тозуға және химиялық әсерге қарсы тұрақты. PAI көбінесе полиэстер сым эмальдерінің үстіне жағылады, осылайша жоғары жылулық көрсеткіштерге қол жеткізіледі. PAI сонымен қатар декоративтік, коррозияға төзімді өнеркәсіптік жабындарда, көбінесе фторполимерлермен бірге қолданылады. PAI фторполимердің металл бетіне жабысуына көмектеседі. Олар сондай-ақ тамақ пісіретін ыдыстардың жабыспайтын қаптамаларында да қолданылады. Еріткіштер қолданылса да, кейбір сулы жүйелер де қолданылады. Бұл амид-имидте қышқылдық функционалдық топтардың болуына байланысты мүмкін.
Қалыпталған немесе машинамен өңделген бұйымдар
Қалыпталған бұйымдарға қолданылатын полиамид имидтері де ароматикалық диаминдер мен тримеллит қышқыл хлориді негізінде жасалады, бірақ бұл диаминдер жабынға қолданылатын өнімдердегілерден өзгеше, сондай-ақ полимер қосылыстар жасалып, гранулалар түзілгенге дейін толық имидтендіріледі. Инъекциялық қалыптауға арналған шайырлар: күшейтілмеген, шыны талшықпен күшейтілген, көміртекті талшықпен күшейтілген және тозуға төзімді түрлері бар. Бұл шайырлар салыстырмалы түрде төмен молекулалық салмақта сатылады, осылайша оларды экструзия немесе инъекциялық қалыптау арқылы балқытып өңдеуге болады. Қалыпталған бұйымдар кейіннен бірнеше күн бойы 260 °C (500 °F) температураға дейін жылумен өңделеді. Бұл өңдеу, көбінесе кейіннен өңдеу деп аталады, молекулалық салмақты тізбектерді ұзарту арқылы арттырады және полимерді әлдеқайда мықтырақ және химиялық тұрақтырақ етеді. Кейіннен өңдеуден бұрын бөлшектерді қайта өңдеуге болады, бірақ кейіннен өңдеуден кейін қайта өңдеу мүмкін емес.
Құралған ПАИ қасиеттері
Қасиетті сынау әдісі Бірліктер Қалыпталған ПАИ Тартылу беріктігі, соңғы ASTM D 638 МПа, орташа мәні 91.6 Тартылу модулі ASTM D 638 ГПа, орташа мәні 3.97 Тартылу ұзарту ASTM D 638 % 3.15 Иілу беріктігі ASTM D 790 МПа 133 Иілу модулі ASTM D 638 ГПа 4.58 Сығу беріктігі ASTM D 695 МПа, орташа 132 Изод соққысының беріктігі ASTM D 256 Дж/м (фунт-дюйм/дюйм) орташа 0.521 (1) 264 фунт/квадрат дюймде жылу бұрылу температурасы ASTM D 648 °C (°F) 273 (523) Сызықтық жылулық кеңею коэффициенті ASTM D 696 ppm/°C 37.7 Көлемдік кедергі ASTM D 257 ом см, орташа 8.10 Тығыздық ASTM D 792 г/см³ 1.48 24 сағаттағы су сіңіру ASTM D 570 % 0.35
Тек жоғары беріктігі бар
Мүліктерді сынау әдісі Бірліктер Таза PAI 30% GF PAI 30% CF PAI
Созу беріктігі ASTM D 638 МПа (kpsi) 152 (22.0) 221 (32.1) 221 (32.0)
Созу модулі ASTM D 638 ГПа (kpsi) 4.5 (650) 14.5 (2,110) 16.5 (2,400)
Созу ұзартуы ASTM D 638 % 7.6 2.3 1.5
Иілгіштік беріктігі ASTM D 790 МПа (kpsi) 241 (34.9) 333 (48.3) 350 (50.7)
Иілгіштік модулі ASTM D 790 ГПа (kpsi) 5.0 (730) 11.7 (1,700) 16.5 (2,400)
Сығу беріктігі ASTM D 695 МПа (kpsi) 221 (32.1) 264 (38.3) 254 (36.9)
Қырқу беріктігі ASTM D 732 МПа (kpsi) 128 (18.5) 139 (20.1) 119 (17.3)
Изод соққысының беріктігі ASTM D 256 Дж/м (ftlb/in) 144 (2.7) 80 (1.5) 48 (0.9)
Изод соққысының беріктігі, ойықсыз ASTM D 4812 Дж/м (ftlb/in) 1070 (20) 530 (10) 320 (6)
Жылу бұрылу температурасы @ 264 psi ASTM D 648 °C (°F) 278 (532) 282 (540) 282 (540)
Сызықтық термиялық кеңдеу коэффициенті ASTM D 696 ppm/°C (ppm/°F) 31 (17) 16 (9) 9 (5)
Көлемдік кедергі ASTM D 257 ом см 2e17 2e17
Салыстырмалы тығыздық ASTM D 792 1.42 1.61 1.48
Су сіңіру, 24 сағ ASTM D 570 % 0.33 0.24 0.26
Ажырылуға төзімді ПАИ-ның кластары
Қасиеттер сынақ әдісі Бірліктер 4275 4301 4435 4630 4645 Тартылу беріктігі ASTM D 638 МПа (kpsi) 117 (16.9) 113 (16.4) 94 (13.6) 81 (11.8) 114 (16.6) Тартылу модулі ASTM D 638 ГПа (kpsi) 8.8 (1,280) 6.8 (990) 14.5 (2,100) 7.4 (1,080) 18.6 (2,700) Тартылу ұзартылуы ASTM D 638 % 2.6 3.3 1.0 1.9 0.8 Иілу беріктігі ASTM D 790 МПа (kpsi) 208 (30.2) 215 (31.2) 152 (22.0) 131 (19.0) 154 (22.4) Иілу модулі ASTM D 790 ГПа (kpsi) 7.3 (1.060) 6.9 (1,000) 14.8 (2,150) 6.8 (990) 12.4 (1,800) Сығу беріктігі ASTM D 695 МПа (kpsi) 123 (17.8) 166 (24.1) 138 (20.0) 99 (14.4) 157 (22.8) Кедір-қырлы сынақтардағы соққыға төзімділік ASTM D 256 Дж/м (ft lb/in) 85 (1.6) 64 (1.2) 43 (0.8) 48 (0.9) 37 (0.7) Кедір-қырлы емес сынақтардағы соққыға төзімділік ASTM D 4812 Дж/м (ft lb/in) 270 (5) 430 (8) 210 (4) 160 (3) 110 (2) 264 фунт/дюйм² температурада жылу деформациясы ASTM D 648 °C (°F) 280 (536) 279 (534) 278 (532) 280 (536) 281 (538) Сызықтық термиялық кеңделу коэффициенті ASTM D 696 ppm/°C (ppm/°F) 25 (14) 25 (14) 14 (8) 16 (9) 9 (3)
Басқа қолданбалар
Полиамид имидтерінің жоғары температураға және химиялық тұрақтылығы оларды мембраналық газ ажыратуға принципиалды түрде қолайлы етеді. Табиғи газ ұңғымаларынан CO2, H2S және басқа да қоспаларды ажырату маңызды өнеркәсіптік процесті құрайды. 1000 пси-дан жоғары қысымдар жақсы механикалық тұрақтылыққа ие материалдарды қажет етеді. Жоғары поляризацияланған H2S және поляризацияға бейім CO2 молекулалары полимерлік мембраналармен күшті өзара әрекеттесуге түсіп, қоспалардың жоғары деңгейіне байланысты ісінуге және пластикацияға себеп болуы мүмкін. Полиамид имидтері полиимидтік функциялардан туындайтын күшті молекулааралық өзара әрекеттесулердің және полимер тізбектерінің амид байланысының нәтижесінде бір-бірімен сутекті байланыс құру қабілетінің арқасында пластикацияға қарсы тұра алады. Қазіргі уақытта кең ауқымды өнеркәсіптік ажыратуда қолданылмаса да, полиамид имидтерін химиялық және механикалық тұрақтылық қажет болатын осы сияқты процестерде пайдалануға болады.