Стержни PEI (полиэфиримидные стержни) представляют собой полимерные материалы стержнеобразной формы, изготовленные из полиэфиримидной (ПЭИ) смолы методом экструзионного формования. ПЭИ — это высокоэффективный ароматический полукристаллический термопласт с превосходной устойчивостью к высоким температурам, высокой прочностью и химической стойкостью. Поэтому стержни из PEI обычно используются в высокотехнологичных промышленных применениях с жесткими требованиями к характеристикам материалов.
Наиболее распространенные полуфабрикаты из стержней PEI относятся к серии Ultem (например, стержень Ultem 1000, неармированный; стержень Ultem 2300, армированный стекловолокном). В этой статье в качестве примера в основном используются неармированные стержни PEI общего назначения.
Ⅱ . Основные характеристики и преимущества стержней PEI ( стержень из полиэфиримида)
Стержни PEI унаследовали превосходные свойства смолы PEI, а их форма стержней больше подходит для применения в конструкциях. Их основные преимущества заключаются в следующем:
1. Устойчивость к высоким температурам
Температура долгосрочной эксплуатации: 170 ℃ (без деформации и разложения при постоянном воздействии).
Кратковременная термостойкость: до 200 ℃ или выше (например, временные высокотемпературные среды или обработка).
Температура тепловой деформации (HDT): примерно 200 ℃ для неармированных марок (при нагрузке 1,8 МПа), что намного превышает температуру обычных конструкционных пластиков (таких как PA и POM).
2. Сбалансированные механические свойства.
Высокая прочность: предел прочности на разрыв 85-110 МПа, модуль упругости при изгибе 3,1-3,8 ГПа (всего 1/3 из алюминиевого сплава, но плотностью всего 1,27 г/см³, что дает значительные преимущества в легком весе).
Сопротивление ползучести: при высокой температуре (150 ℃) и постоянной нагрузке деформация намного меньше, чем у таких материалов, как нейлон и PPS, что делает его пригодным для долговременных несущих конструкций. 3. Прочность: ударная вязкость с надрезом около 50 Дж/м (марка без наполнителя), устойчивость к разрушению превосходит большинство высокотемпературных пластиков.
4. Химическая и радиационная стойкость.
Устойчив к большинству органических растворителей (таких как спирты, углеводороды и масла), разбавленным кислотам/щелочам и парам (выдерживает многократное автоклавирование).
Устойчив к гамма-излучению (сохраняет работоспособность даже при дозах до 10⁹ Гр), пригоден для использования в атомной промышленности или в медицинских радиационных средах.
5. Отличные электрические свойства.
Низкая диэлектрическая проницаемость (3,1-3,2, 1 МГц) и диэлектрические потери (0,002-0,004), стабильная изоляция на высоких частотах, подходит для электронных и электроизоляционных компонентов.
6. Стабильность размеров
Низкий коэффициент линейного расширения, низкое влагопоглощение (неармированная марка <0,25%), минимальное влияние влажности окружающей среды на размеры после обработки.
7. Огнестойкость
Достигает рейтинга UL94 V-0 (толщина 1,5 мм) без добавления антипиренов, имеет низкое выделение дыма, соответствует стандартам безопасности для авиационного, медицинского и других применений.
Ⅲ. Типичные сценарии применения PEI Ультем Род
Стержни PEI, благодаря своим выдающимся комплексным характеристикам, в основном используются в следующих областях:
1. Машины и промышленное оборудование
Высокотемпературные конструктивные элементы: такие как периферийные кронштейны двигателя, корпуса датчиков, компоненты трансмиссии (замена металла, уменьшение веса и устойчивость к маслу/высоким температурам).
Изоляционные элементы: опоры обмоток высоковольтных двигателей, изолирующие перегородки выключателей (дугостойкость, жаростойкость).
2. Медицинская сфера
Многоразовые стерилизуемые инструменты: хирургические лотки, стойки для стоматологических инструментов (устойчивы к стерилизации паром под высоким давлением, соответствуют требованиям биосовместимости).
Конструктивные элементы медицинского оборудования: корпуса инструментов для лазерной терапии, опоры для оборудования для лучевой терапии (устойчивы к стерилизации и радиации).
3. Аэрокосмическая промышленность
Легкие конструктивные элементы: внутренние кронштейны самолета, кабельные зажимы (замена металла, снижение веса).
Изоляционные компоненты, устойчивые к высоким температурам: обтекатели радаров, защитные рукава для проводки моторного отсека (устойчивы к температуре выше 200 ℃).
4. Электроника и электрооборудование
Высокочастотные изолирующие компоненты: кронштейны антенн базовой станции 5G, радиаторы источника питания светодиодного драйвера (низкие диэлектрические потери, устойчивость к высоким температурам). Компоненты полупроводникового оборудования: подложки-носители, изолирующие перегородки для фотолитографического оборудования (устойчивы к плазменной коррозии и высоким температурам).
Ⅳ. Вторичная обработка пластикового стержня PEI и меры предосторожности
Стержни PEI поддерживают различные методы вторичной обработки, но требуются определенные корректировки процесса:
1. Механическая обработка (наиболее часто используемая)
Методы обработки: точение, фрезерование, сверление, нарезание резьбы.
Меры предосторожности:
Инструменты должны быть острыми (рекомендуются твердосплавные инструменты). Скорость подачи не должна быть слишком высокой (во избежание заусенцев).
Сверление требует охлаждения (сжатым воздухом) для предотвращения перегрева и размягчения материала.
Для нарезания резьбы рекомендуется использовать метчики из быстрорежущей стали с кобальтом, чтобы избежать обрыва резьбы.
2. Термоформование и гибка
Применимые сценарии: Изготовление сложных изогнутых конструкций (например, брекетов неправильной формы).
Меры предосторожности:
Температура нагрева должна быть ≥340 ℃ (с использованием фена или духовки для равномерного нагрева), чтобы избежать локального перегрева и подгорания.
Пластины для гибки должны быть гладкими. Охлаждение должно быть медленным (естественное охлаждение или охлаждение печи), чтобы предотвратить внутреннее растрескивание под напряжением.
3. Сварка и склеивание
Сварка: можно использовать ультразвуковую или лазерную сварку (необходимо контролировать энергию, чтобы избежать разложения материала). Приклеивание: рекомендуется использовать эпоксидный или полиимидный клей (для улучшения адгезии требуется обработка поверхности, например шлифовка или плазменная очистка).
Ⅴ. Основные недостатки круглого стержня PEI
Несмотря на отличные характеристики, удилища PEI все же имеют следующие ограничения:
Высокая стоимость: процесс синтеза смолы PEI сложен, а цена стержней выше, чем у большинства распространенных инженерных пластиков.
Низкотемпературная хрупкость: ударная вязкость снижается при температуре ниже -40 ℃, что делает их непригодными для эксплуатации в очень холодных условиях.
Высокие требования к технологическому оборудованию: требуется высокотемпературная обработка (температура цилиндра/формы ≥340 ℃), а обычные термопластавтоматы или обрабатывающие центры необходимо модифицировать для совместимости.
Краткое содержание
Стержни PEI — это высокопроизводительные стержни из конструкционного пластика с высочайшими общими характеристиками. Их основные преимущества заключаются в устойчивости к высоким температурам, высокой прочности, химической стойкости и простоте обработки, что делает их подходящими альтернативами металлам или более дешевым пластикам для высококачественных конструкционных компонентов. Их основными недостатками являются высокая стоимость и низкотемпературная хрупкость. Однако в областях со строгими требованиями к производительности, таких как медицина, аэрокосмическая промышленность и электроника, стержни PEI остаются незаменимым выбором. По сравнению с материалами того же ценового диапазона, PEI предлагает лучший баланс между производительностью, технологичностью и стоимостью, что делает его особенно подходящим для применений, требующих как высокотемпературных, так и механических свойств.
Ⅵ. Три основных часто задаваемых вопроса о стержнях PEI
Вопрос 1. Будут ли стержни PEI подвергаться деформации ползучести при длительной нагрузке и высоких температурах (например, 150 ℃)? Как этого можно избежать?
Ответ: Стержни PEI демонстрируют превосходное сопротивление ползучести среди высокотемпературных конструкционных пластиков. При 150 ℃ и при постоянной нагрузке (например, 50 % прочности на растяжение) скорость деформации ползучести составляет всего 0,1 %/1000 часов (намного ниже, чем у нейлона 66 или PPS), что затрудняет проявление значительной деформации для долговременно несущих структурных компонентов.
Рекомендации по предотвращению: Для большей устойчивости выбирайте стержни PEI, армированные стекловолокном (например, Ultem 2300, который дополнительно снижает ползучесть на 50%); Включите в проект избыточность безопасной нагрузки на 10–15 %, чтобы избежать достижения предела прочности материала; Регулярно проверяйте критические области (например, болтовые соединения), чтобы предотвратить снижение преднатяга из-за длительной ползучести.
Вопрос 2: Означает ли огнестойкость стержней PEI «отсутствие выделения токсичных газов»? Безопасны ли они при пожарах в замкнутом пространстве?
О: Стержни PEI не содержат галогенов (таких как бром или хлор). При сгорании они в первую очередь выделяют углекислый газ и водяной пар без высокотоксичных газов, таких как галогеноводороды, что соответствует стандартам безопасности «с низким дымовыделением и отсутствием галогенов» для авиационного и медицинского применения.
Конкретные эксплуатационные характеристики: Плотность дыма при горении (ASTM E662) ≤100 (по сравнению с тысячами для обычных пластиков, таких как ABS), низкий риск затруднения зрения; Индекс токсичности (ИТК) ≤5 (значительно ниже порога безопасности 100), минимальный вред для человека при кратковременном воздействии.
Примечание. При сжигании вместе с другими галогенсодержащими материалами (например, с соседними компонентами из ПВХ) существует вероятность вдыхания смеси токсичных газов. Необходимо обеспечить совместимость материалов всей системы.
В3: Пригодны ли стержни PEI для пищевых продуктов? Могут ли они контактировать с пищей или питьевой водой?
О: Ненаполненные стержни PEI, такие как Ultem 1000, соответствуют стандартам, контактирующим с пищевыми продуктами, и могут использоваться для частей пищевого оборудования, кратковременно контактирующих с ними (таких как направляющие печи и конвейерные ролики). Однако при длительном (например, постоянном погружении) или контакте с пищевыми продуктами с высоким содержанием жира/кислоты необходимо подтвердить, соответствует ли конкретное применение местным нормам (рекомендуется проконсультироваться с поставщиком для получения сертификата соответствия).
Свяжитесь