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Die Experten für Torlon, PEEK und
andere Hochleistungskunststoffe

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Was ist ein Poly-Amid-Imid?

PolyamidImide (PAI) sind Hochleistungskunststoffe, die eine ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit mit Zähigkeit bei Tieftemperaturen und Schlagfestigkeit kombinieren, und gleichzeitig eine außergewöhnliche chemische Beständigkeit als amorphes Polymer gegenüber einer Vielzahl gängiger Chemikalien bieten. Sie sind sehr ähnlich zu zwei weiteren hochtemperaturfesten aromatischen Imidpolymeren, Polyetherimiden (PEI) und Polyimiden (PI), verbunden.

Das bekannteste Polyamid-Imid-Polymer ist Torlon, das in den 1970er Jahren von Amoco als Erweiterung eines niedermolekularen Polymers eingeführt wurde, das zur Verbesserung der Haftung von Fluorpolymer in Kochgeschirr wie Silverstone® und als Drahtbeschichtung angeboten wird. Polyamidimide sind Thermoplaste und können wie PEI schmelzverarbeitet und recycelt werden, bieten aber eine höhere Festigkeit, Steifigkeit und Verschleißfestigkeit.

Im Gegensatz zu PI, das nicht wie Thermoplaste schmelzverarbeitet werden kann, bieten PAIs die Flexibilität der Schmelzverarbeitung mit einem besseren Gleichgewicht von Festigkeit, Steifigkeit und Verschleißfestigkeit, das durch eine sekundäre thermische Aushärtung maximiert wird. PAI bietet bei 200°C eine höhere Festigkeit als die meisten anderen Thermoplaste - einschließlich PEEK - bei Raumtemperatur, plus einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CLTE) ähnlich Aluminium. Diese einzigartigen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit der Schmelze machen sie zu einer perfekten Lösung für mehrere anspruchsvolle Industrien, einschließlich:

  • Öl & Gas
  • Luft- und Raumfahrt
  • Automotive
  • Elektronik und Halbleiter
  • In diesen Branchen erfüllt Torlon viele Aufgaben, da seine Schmelzverarbeitbarkeit den Herstellern die Möglichkeit bietet, komplizierte Teilen mit hohen Toleranzen herzustellen.

    Ein amorpher Thermoplast

    Polyamidimid (PAI) ist ein amorpher, opaker Thermoplast, der mit herkömmlichen Spritzguss-, Extrusions- oder Formpresstechniken schmelzverarbeitet werden kann. Solvay Specialty Polymers ist weltweit führend bei der Herstellung von PAI-Harz unter dem Markennamen Torlon, wobei weniger als 100 Unternehmen auf der ganzen Welt es in verschiedene Teile umwandeln. Extrudierte Halbzeuge werden von Drake Plastics und Mitsubishi Chemical hergestellt, die Stäbe, Platten, Rohre und Profile liefern, die zu Fertigteilen verarbeitet werden.

    Weniger als fünf Unternehmen auf der ganzen Welt formpressen Torlon in sehr große Teile, die als Dichtungen für große Turbokompressoren verwendet werden. Torlon nimmt in der thermoplastischen Industrie aufgrund seiner Ausgewogenheit von Steifigkeit, Zähigkeit, Festigkeit und thermischen Eigenschaften die Spitzenposition ein und bietet gleichzeitig eine hervorragende chemische Beständigkeit und Formstabilität, obwohl es ein amorphes Polymer ist.

    Herausforderungen bei der Verarbeitung

    Da Torlon ein amorphes Produkt mit einer sehr hohen Glasübergangstemperatur ist, stellt die nicht-newtonsche Strömung über einen weiten Bereich von Scherraten eine große Herausforderung dar.

    Zu den größten Herausforderungen gehören:

  • Enges Verarbeitungsfenster mit Verarbeitungstemperaturen größer als 315°C
  • Schmelzviskosität, die sehr temperatur- und scherratenempfindlich ist.
  • Als Polykondensationspolymer ist PAI sehr feuchtigkeitsempfindlich und muss während der Schmelzverarbeitung gründlich getrocknet und gepflegt werden, um den Abbau von Molekulargewicht und thermisch-mechanischen Eigenschaften zu verhindern.
  • Thermische Aushärtung für 20 oder mehr Tage bei 260°C zur Optimierung der Eigenschaften nach der Schmelzverarbeitung.
  • Um optimale Eigenschaften zu erreichen, muss PAI unter streng kontrollierten Bedingungen verarbeitet und anschließend thermisch ausgehärtet werden, um sein Molekulargewicht durch einen abgestuften Wärmezyklus bis zu 260°C zu erhöhen. Der Härtungsprozess schließt den Imidisierungsprozess ab; und erhöht das Molekulargewicht durch Polykondensation. Wasser ist das Nebenprodukt, und muss entfernt werden um das Molekulargewicht und die Tg zu erhöhen. Da die Polykondensation eine Zwei-Wege-Reaktion ist, ist es wichtig, Wasser zu entfernen, um die Reaktion voranzutreiben. Wenn Wasser bei Temperaturen bei oder über der Glasübergangstemperatur vorhanden ist, kann es zu Hydrolyse und Eigenschaftsverlust kommen.

    In den letzten 50 Jahren haben spezialisierte Unternehmen gelernt, Torlon PAI zu verarbeiten. Es erfordert mehr Prozesskenntnisse als die meisten Thermoplaste und ist daher nicht so weit verbreitet wie andere Hochleistungspolymere wie PEEK. Ingenieure und Konstrukteure haben jedoch viele Umwandlungsmöglichkeiten, um Polyamid-Imid-Komponenten zu beziehen und so die Einzigartigkeit dieses Polymers zu nutzen.

    Optionen zur Teilebearbeitung

    Nachbearbeitung – Polyamid-Imid-Teile können von Halbzeugen zu komplexen Designs und zu extrem engen Toleranzen aus acht einzigartigen Typen gefertigt werden, die von ungefülltem Polyamid-Imid bis hin zu glas- und kohlefaserverstärktem PAI sowie zu reibungsarmen und verschleißarmen Typen reichen. Enge Toleranzen bei glatten Oberflächen sind Merkmale der bearbeiteten PAI-Halbzeuge. Die Bearbeitung ist eine kostengünstige Wahl, wenn die Produktionsmengen gering und die Präzision hoch sind, da keine Vorwerkzeuge erforderlich sind. Es ist auch ideal, wenn sich das Design einer Komponente noch in der Entwicklung befindet. Die zu bearbeitenden Rohlinge stammen aus einer Reihe von Schmelzverarbeitungsverfahren wie Extrusion, Formpressen und/oder Spritzgießen.

  • Die Extrusion bietet die beste Balance zwischen den realen Eigenschaften.
  • Stabdurchmesser von 3,2 bis 257 mm in Längen bis zu 2,44 m
  • Rohre mit AD/ID-Kombinationen von Ø25,4 mm/ø12,7 mm bis Ø194 mm/ø89 mm
  • Platten in Breiten bis zu 305 mm Breite und Dicken bis zu 44,5 mm.
  • Formgepresste Teile - Ideal für große Ringe (bis 900 mm Durchmesser) und einzigartige Mischungen.
  • Spritzgussteile - Ideal für dünnwandige Rohre und endkonturnahe Teile.
  • Spritzguss – Torlon-Polyamidimid kann mit herkömmlichen Spritzgießmaschinen, die mit Hochtemperatur-Heizgeräten, ausreichender Schließkraft (7 kN/cm² der projizierten Teilefläche) und einem entsprechend der Schussgröße dimensionierten Zylinder ausgestattet sind, in die endgültige Form gebracht werden. Die Einspritzschnecke muss eine Niederdruckschnecke mit einem Verdichtungsverhältnis von 1-1,5:1 sein und die Maschinensteuerung muss in der Lage sein, die Füllgeschwindigkeit und den Druck präzise einzustellen. Einteilige Schnecken sind erforderlich, Rückstromsperren dürfen nicht verwendet werden. Ältere hydraulische Maschinen können von den Möglichkeiten der Gasunterstützungseinspritzung profitieren.

    Aufgrund der geringen Fließeigenschaften von geschmolzenem Polyamid-Imid ist es nahezu unmöglich, die mit anderen Thermoplasten mögliche Hochglanzoberfläche zu erreichen. Die Schmelze fließt wie ein "Schnur " in den Formhohlraum, die während des Pack- und Haltezyklus verschmilzt.

    Die Oberflächenbeschaffenheit von geformtem Torlon wurde oft mit Metallguss oder sogar Holz verglichen, und zeigt deutliche Grenzen zwischen benachbarten Schmelzfronten. Das Aussehen ist nur auf der Oberfläche, und wenn weggearbeitet, sehen Sie ein völlig dichtes, gleichmäßiges PAI. Darüber hinaus machen die hohe Viskosität und der geringe Schrumpfung von geschmolzenem PAI es schwierig, dünnwandige Teile (< 0,75 mm) zu spritzen, insbesondere wenn der Fließweg länger als 25 mm ist.

    Hinterschnitte erfordern Schieber, und die meisten Teile profitieren von Angussyteme mit großem Durchmesser, die ebenfalls kürzer sein muss als bei anderen Polymeren. Heißkanalsysteme soll man nicht verwenden, aber eine beheizte Angusbuchse ist möglich. Die Temperaturregelung der Form beschränkt sich auf die Verwendung von Heißöl oder elektrischen Heizelementen. Dampf wird selten verwendet.

    Das Harz muss vor dem Spritzgießen mit Trockenlufttrocknern mit einem Taupunkt von -40°C gründlich getrocknet werden. Der Feuchtigkeitsgehalt vor dem Spritzgießen sollte unter 500 ppm liegen und sollte vor dem Einsatz unbedingt überprüft werden.

    Bevor die Spritzgussteile verwendet oder bearbeitet werden können, müssen sie ausgehärtet werden. Dieser Aushärtungsprozess ist entscheidend dafür, dass gespritzte Torlonteile volle Eigenschaften entwickeln, insbesondere die Festigkeit bei hohen Temperaturen, und Zähigkeit. Dieser Wärmezyklus variiert mit dem Querschnitt der Teile, reicht aber in der Regel von 17 bis 21 Tagen. Die Bedeutung des Aushärtungszyklus kann nicht genug betont werden. Der typische Aushärtungszyklus umfasst eine Reihe von 24-Stunden-Schritten (5-7) zwischen 150°C und 255°C, bevor die Teile 10 Tage lang 260°C ausgesetzt werden.

    Solvay autorisiert typischerweise Verarbeiter, bevor sie Torlon-Polyamidimid verarbeiten dürfen. Zertifizierte Torlon-Verarbeiter sind von Solvay geprüfte Verarbeiter, die die Fähigkeit zur Verarbeitung dieses einzigartigen Materials nachgewiesen haben. Sie nutzen programmierbare, PLC-gesteuerte Öfen und verfügen über das Know-how, um die Eigenschaften dieses einzigartigen Materials zu liefern.