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一文读懂特种工程塑料PEI

PEI相对于其他芳族聚酰亚胺而言,是一种成本较低,产量较大的热塑性聚酰亚胺,从综合性能和性能/价格比方面考察,聚醚酰亚胺是芳族聚酰亚胺改性研究中最成功的一类产品。今天我们就从制备方法、发展史、性能特点以及应用来了解一下PEI这款材料。


一、PEI的简介


聚醚酰亚胺是一种透明琥珀色的无定形热塑性特种工程塑料,英文名:Polyetherimide,简称PEI。其分子结构如下:

       
图  PEI分子结构式

1、PEI的制备


PEI是由4,4’-二氨基二苯醚或间(或对)苯二胺与2,2’-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐在二甲基乙酰胺溶剂中经加热缩聚、成粉、亚胺化而制得,是一种高性能的无定形聚合物。
       
图  PEI聚合反应方程式

PEI聚合方法有:溶液聚合法、熔融缩聚法等,其中溶液聚合法为目前工业化生产方法,而挤出机连续挤出聚合方法已由上海市合成树脂研究所在小型装置上开发成功,并推向工业生产。
      
图   PEI反应挤出工艺流程


2、PEI的发展史


  • 1972年——美国GE公司最早研制成功;
  • 1982年——美国GE公司实现PEI工业化生产,商品名:ULTEM™;
  • 20世纪80年代初——上海市合成树脂研究所对聚醚酰亚胺研究开发,产品牌号:YS-30;
  • 2007年——SABIC完成对GE塑料部门的收购,生产ULTEM™  PEI树脂;
  • 2018年——SABIC在新加坡新建PEI产品线,产能增加50%;
  • 2021年4月,优巨新材年产2万吨PEI生产线开工建设,预计2022年8月投产,商品名:PARYLS®PEI。

目前,市面上的PEI树脂由SABIC生产,具体产能未知,而国产PEI树脂尚未见销售。


3、PEI的性能


PEI分子结构既含有芳香胺官能团,又含有醚结构,芳环和酰亚胺环赋予它刚硬的抗蠕变特性和高温稳定性能,而醚键则使其具有热塑性成型所要求的柔顺性能。每种材料都有自己的优点和缺点。

1)PEI的优点:

  • 热稳定性好,玻璃态转变温度为217℃,长期使用温度可达170℃;
  • 极佳的尺寸稳定性,在很宽的温度范围内线性热膨胀系数低且稳定,因此环境温度对尺寸影响甚微,在较高温度和有负荷的情况下使用不变形,蠕变敏感度低;
  • 卓越的机械强度和模量;
  • 突出的电气性能,在较宽的温度(-40℃~150℃)和频率范围内仍能保持基本恒定,具有稳定的介电常数和介电损耗;
  • 优异的红外透光性和较高的折射率;
  • 天然阻燃且发烟量很低;
  • 优异的抗辐射性能和耐化学药品性;
  • 独特的电镀能力;
  • 良好的成型加工性能,低熔融粘度和较高的流动性,能以传统的热塑性塑料熔融加工工艺和设备成型。

2)PEI的缺点:

  • 含有BPA(双酚A),限制其在婴幼儿相关产品的应用;
  • 缺口冲击敏感;
  • 耐碱的能力一般,尤其是在加热的条件下。

通过改性,如加入玻璃纤维、碳纤维或其它助剂填料,还可进一步提升PEI的性能。

二、PEI的应用


PEI性能优异,在通信、汽车 、航天航空和医疗等行业中有着广阔的市场。

1、通信领域


PEI材料用作光通信用光纤连接器,光收发模块光学组件,射频连接器绝缘子,基站腔体滤波器塑料腔体、滤波器调谐螺杆,天线内部固定螺丝,环形移相器支架等,此外,发泡PEI材料在毫米波天线罩中也具有优势。
       
图  PEI用于通信,图源网络

推荐阅读:PEI在5G领域的应用

2、航天航空


PEI可用于航空航天,如空气阀和燃料阀、食品托盘容器、方向盘、内部覆件和各种结构部件等;PEI单向带可用座椅框架和行李箱等。


3、汽车


PEI可用于汽车的控制阀、油泵、车灯、激光雷达、挡泥板等部件,PEI薄膜可用作电容器的高温介质薄膜。

图  PEI用于汽车部件,图源网络

4、医疗领域


PEI可用于医疗设备中。如呼吸机、麻醉机、消毒托盘、手术导板、移液管和实验室动物笼等。

图  PEI用于实验室动物笼,图源网络

此外,PEI在家电、微波炉用餐盘、眼镜框上也有所应用。由此可见,PEI的确是一款功能强大、用途广泛的材料,而这种尖端材料技术在我国仍有待发展,追赶国际先进水平仍有很长的路要走,让我们拭目以待。

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第五届特种工程塑料产业论坛
The 5th  Special Engineering Plastics Forum


2021年9月15日

苏州


暂定议题:
序号
暂定议题
1
以塑代钢,汽车轻量化发展趋势
2
高性能连接器的发展与材料选择
3
高分子材料通信设备零部件的发展
4
医疗器械用特种材料应用进展
5
液晶聚合物LCP的发展与研究进展
6
特种尼龙的发展趋势与应用进展
7
聚酰亚胺(PI)薄膜的创新开发及应用
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