Какой пластик сегодня самый термостойкий?

Какой пластик сегодня самый термостойкий? - ПБИ!

Полибензимидазол (ПБИ) — ароматический гетероциклический высокоэффективный полимер, впервые синтезированный в 1961 году американскими учёными Фогелем и Марвелом. Его молекулярная основа состоит из повторяющихся бензимидазольных единиц (-C₆H₄-NH-C=N-C₆H₄-NH-), и эта жесткая гетероциклическая структура является основным источником экстремальных свойств PBI.

Ⅰ. Почему ПБИ считается «самым термостойким пластиком»?

«Наиболее термостойкое» свойство ПБИ — это двойная неизбежность, обусловленная как термодинамикой, так и молекулярной структурой, что в первую очередь отражается в трех ключевых показателях:

Индикаторы	Параметры ПБИ	Сравнительный образец (PEEK/PI)	Значение
Температура стеклования (Tg)	~425℃	PEEK ~143℃ / PI ~360℃	Критическая температура, при которой материал переходит из хрупкого состояния в высокоэластическое; Tg PBI значительно выше, чем у обычных инженерных пластиков.
Температура термического разложения (Td, потеря веса 5%)	>500℃	PEEK ~550℃ (но размягчается при 300℃) / PI ~450℃	Температура, при которой материал начинает необратимую деградацию; PBI остается стабильным при температуре ниже 500 ℃.
Длительная рабочая температура	250-300℃ (воздух)	PEEK ~250℃ / PI ~300℃	Максимальная температура для непрерывной работы; PBI демонстрирует чрезвычайно медленную деградацию механических свойств при высоких температурах.

Основная причина заключается в том, что сильный эффект сопряжения бензимидазольного кольца значительно увеличивает энергию молекулярной связи, делая его менее склонным к разрыву при высоких температурах; в то же время аморфная структура позволяет избежать термического плавления кристаллической области, что еще больше повышает термическую стабильность.

Ⅱ. Основные характеристики PBI

PBI может похвастаться «всесторонней» производительностью. Ниже приведены количественные выражения его ценных характеристик:

Сверхтермостойкость: сохраняет более 60% прочности на разрыв при комнатной температуре при 300 ℃ (PEEK сохраняет только 30%);

Высокая прочность и высокий модуль: предел прочности при комнатной температуре ~ 170 МПа, модуль упругости ~ 5 ГПа (близок к алюминиевым сплавам);

Химическая коррозионная стойкость: Устойчив ко всем органическим растворителям (ацетон, толуол), кислотам и щелочам (pH 2–12), кроме концентрированной серной/азотной кислоты;

Низкая гигроскопичность: водопоглощение <0,3% (23℃/24 часа), ниже, чем у PAI и PEEK;

Электрическая изоляция: Объемное сопротивление >10¹⁶Ом·см, диэлектрическая проницаемость ~3,0 (1 кГц);

Свойство самозатухания: кислородный индекс (LOI) ~40, достижение рейтинга UL94 V-0 без антипиренов;

Устойчивость к радиации: Устойчивость к дозе гамма-излучения > 10⁹Гр (допуск для ядерного реактора).

Ⅲ. Типичные сценарии применения PBI

Из-за своей «чрезвычайной производительности» PBI используется только в незаменимых высокотехнологичных областях, которые по отраслям классифицируются следующим образом:

Аэрокосмическая промышленность: уплотнения турбин двигателей, тепловые экраны носового обтекателя ракет, конструктивные элементы спутникового терморегулирования;

Производство полупроводников: держатели пластин (стойкие к плазменной коррозии), подложки для полировки CMP (высокая плоскостность);

Оборона и Военная промышленность: носовые обтекатели ракет, вставки для бронежилетов (высокая удельная прочность + термостойкость), обтекатели радаров;

Высокотехнологичное оборудование: высокотемпературные сепараторы подшипников, пластины клапанов компрессора (замена металла для снижения веса);

Область медицины: Имплантируемые нейронные электроды (хорошая биосовместимость), рукоятки хирургических инструментов (устойчивы к высокотемпературной стерилизации).

В настоящее время только производители в США, Китае, Германии и Японии имеют возможность производить этот материал.

Ⅳ. Сравнение производительности PBI и PEEK

	Лист ПБИ	Лист PEEK	заключение
Сохранение прочности на растяжение при 300 ℃	>60%	<30%	PBI обеспечивает превосходную жаропрочность.
Скорость поглощения воды (23 ℃/24 часа)	<0,3%	~0,5%	PBI обеспечивает лучшую стабильность размеров.
Длительная рабочая температура	250-300℃	~250℃	Верхний предел PBI: 50 ℃

Пластиковый лист PEEK означает «высокотемпературный пластик общего назначения», а PBI — «пластик для экстремальных условий окружающей среды».

Лист полиэфирэфиркетона AHD (лист PEEK)

December 20, 2025