Poliarylan (PAR), znany również jako poliester aromatyczny, to specjalne termoplastyczne tworzywo konstrukcyjne z pierścieniami aromatycznymi i wiązaniami estrowymi na głównym łańcuchu cząsteczki.
Właściwości poliarylanu PAR
Poliarylan (PAR), znany również jako aromatyczny poliester, to termoplastyczny specjalny plastik inżynieryjny z pierścieniami aromatycznymi i wiązaniami estrowymi na głównym łańcuchu cząsteczki. Został uprzemysłowiony przez Unitika Company of Japan w 1973 r., a jego nazwa handlowa to polimer U. Jest to odporny na wysokie temperatury plastik o doskonałych wszechstronnych właściwościach.
Poliarylan powstaje w wyniku polikondensacji fenolu dwuwodorotlenowego i kwasu dikarboksylowego. Używając różnych fenoli dwuwodorotlenowych i kwasów dikarboksylowych jako surowców, można uzyskać wiele różnych odmian poliarylanu. Poliarylany, o których się zwykle mówi, są polikondensowane z mieszanki bisfenolu A i kwasu tereftalowego oraz kwasu izoftalowego jako surowców.
PAR ma liniową strukturę amorficzną, a główny łańcuch cząsteczki składa się z fenylu, eteru, karbonylu i izopropylu. Różne grupy mają różny wpływ na właściwości polimeru, ale łączny wpływ każdej grupy sprawia, że główny łańcuch PAR wykazuje większą sztywność, pewną polarność, niekrystaliczność i pewną elastyczność.
1. Dane dotyczące wydajności kilku poliarylanów
| Wydajność |
U-100
(Gatunek odporny na ciepło) |
U-1060
(Ocena ogólna) |
U-4015
(Wysoki stopień przepływu) |
U-8000
(Gatunek do formowania rozdmuchowego) |
| Gęstość/(g/cm³) |
1.21 |
1.21 |
1.24 |
1.26 |
| Twardość Rockwella (R) |
125 |
125 |
124 |
125 |
Absorpcja wody
(20℃, 24h,%) |
0,26 |
0,25 |
0,20 |
0,15 |
| Współczynnik absorpcji wilgoci (65%RH, 24h,%) |
0,07 |
0,07 |
0,05 |
0,03 |
| Wytrzymałość na rozciąganie/MPa |
71,5 |
75,0 |
83,0 |
72,5 |
| Wydłużenie(%) |
50 |
62 |
62 |
95 |
| Wytrzymałość na zginanie/MPa |
97,0 |
95,0 |
115,0 |
113,0 |
| Moduł zginania/GPa |
1.9 |
1.9 |
2.0 |
1.9 |
| Wytrzymałość na ściskanie/MPa |
96,0 |
96,0 |
98,0 |
98,0 |
| Wytrzymałość na uderzenia z karbem wg Izoda/(J/m) |
150~250 |
250~350 |
250~350 |
80~150 |
| Rezystywność objętościowa/Ω·cm |
2*10＾16 |
2*10＾16 |
2*10＾16 |
2*10＾16 |
| Rezystancja łuku elektrycznego/y |
129 |
129 |
120 |
123 |
| Stała dielektryczna (10⁶Hz) |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
| Tangens strat dielektrycznych (10 ⁶ Hz) |
0,015 |
0,015 |
0,015 |
0,015 |
2. Właściwości mechaniczne
Poliarylany mają doskonałą odporność na pełzanie, odporność na uderzenia, odkształcenia, odporność na zużycie, a także wysoką wytrzymałość mechaniczną i sztywność. Poliarylany wykazują wysoką wytrzymałość na rozciąganie w szerokim zakresie temperatur. W porównaniu z poliwęglanem, wartość bezwzględna udarności poliarylanu jest nieco niższa, ale jej zależność od grubości próbki jest mniejsza niż w przypadku poliwęglanu. Gdy grubość przekracza 6,4 mm, jego udarność jest wyższa niż w przypadku poliwęglanu. Dlatego poliarylany mogą wykazywać większą wyższość w przygotowywaniu produktów o dużych rozmiarach i grubości.
Poliarylany mają dobre właściwości pełzania przy rozciąganiu, a ich stopień pełzania jest bardzo mały, nawet przy tak dużym obciążeniu wynoszącym 21 MPa.
W przypadku materiałów polimerowych, z wyjątkiem ciał całkowicie sprężystych, pod wpływem sił zewnętrznych generowane będą stałe odkształcenia. Jednakże poliarylany wykazują doskonałą regenerację odkształcenia i małą stratę histerezy poliarylanów. Nawet w warunkach dużej szybkości odkształcenia, strata histerezy poliarylanów jest znacznie mniejsza niż w przypadku poliwęglanu i polioksymetylenu. Nawet w wyższych temperaturach poliarylany mogą nadal utrzymywać tę doskonałą wydajność bez generowania nadmiernych odkształceń resztkowych.
3. Właściwości termiczne
Poliarylan ma gęstsze pierścienie benzenowe w swoim głównym łańcuchu cząsteczkowym, więc ma doskonałą odporność na ciepło. Pod obciążeniem 1,82 MPa temperatura odkształcenia cieplnego poliarylanu (U-100) osiąga 175 ℃. Stosując różnicową metodę termiczną, temperatura, w której zaczyna tracić wagę, wynosi 400 ℃, temperatura rozkładu wynosi 443 ℃, a temperatura zeszklenia poliarylanu (metoda DSC) wynosi 193 ℃, co jest o około 50 ℃ wyższe niż w przypadku poliwęglanu i 3-4 ℃ wyższe niż w przypadku polisulfonu. Dlatego różne właściwości poliarylanu są mniej podatne na wpływ temperatury niż w przypadku poliwęglanu i polisulfonu, a współczynnik rozszerzalności liniowej jest mały, a stabilność wymiarowa jest lepsza.
W porównaniu z innymi tworzywami sztucznymi o wysokiej wytrzymałości, poliarylan charakteryzuje się doskonałą odpornością na lutowanie i bardzo niskim skurczem termicznym.
4. Ognioodporność
Poliarylan jest samogasnącym plastikiem i jest niepalny. Bez środka zmniejszającego palność próbka o grubości 1,6 mm może osiągnąć poziom UL94V-0. Wskaźnik tlenowy poliarylanu wynosi 36,8. Jest on wyższy niż wskaźnik tlenowy innych tworzyw sztucznych (w tym zawierających środek zmniejszający palność), z tym wyjątkiem, że jest niższy niż wskaźnik zawierający halogen polichlorek winylu, polichlorek winylidenu, politetrafluoroetylen, polifenylensulfid itp.
5. Właściwości elektryczne
Właściwości elektryczne poliarylanu są podobne do właściwości polioksymetylenu, poliwęglanu i poliamidu, a jego odporność na napięcie jest szczególnie dobra. Ponieważ poliarylan ma niską higroskopijność, jego właściwości elektryczne są również bardzo stabilne w wilgotnym środowisku. Ponadto właściwości elektryczne poliarylanu są mniej podatne na wpływ temperatury. Rezystywność objętościowa poliarylanu może nadal utrzymywać poziom powyżej 1014Ω·cm nawet w wysokiej temperaturze 160℃.
6. Właściwości chemiczne
Poliarylan ma dobrą odporność na kwasy i oleje, ale jego odporność na alkalia, odporność na pękanie naprężeniowe, odporność na węglowodory aromatyczne i ketony nie są idealne. Odporność chemiczna poliarylanu nie jest idealna. Poliarylan serii AX modyfikowany włóknem węglowym ma znacznie poprawioną odporność chemiczną i odporność na rozpuszczalniki organiczne, a jego wydajność przetwarzania została znacznie poprawiona. Tabela 1-2 przedstawia właściwości poliarylanu serii AX.
7. Inne właściwości
Poliarylan ma doskonałą przezroczystość, ze współczynnikiem załamania światła 1,61, który jest wyższy niż w przypadku poliwęglanu i polimetakrylanu, a jego przepuszczalność światła wynosi 87% przy grubości 2 mm, co jest mniej więcej takie samo jak w przypadku poliwęglanu. Poliarylan ma doskonałą odporność na promieniowanie ultrafioletowe. Poliarylan o grubości 0,1 mm może całkowicie blokować światło o długości fali poniżej 350 nm. Poliarylan jest jednym z tworzyw konstrukcyjnych o doskonałej odporności na warunki atmosferyczne, a jego odporność na warunki atmosferyczne jest znacznie lepsza niż w przypadku poliwęglanu.
Formowanie i przetwarzanie poliarylanu PAR
Temperatura topnienia poliarylanu jest zupełnie inna niż temperatura rozkładu termicznego i może być formowany i przetwarzany przez ogrzewanie i metody topienia, takie jak wtrysk, wytłaczanie i formowanie rozdmuchowe. Lepkość stopu poliarylanu jest stosunkowo wysoka, około 10 razy większa niż poliwęglanu w tej samej temperaturze, co wymaga wyższej temperatury formowania w celu uzyskania lepszej płynności. Płynność poliarylanu jest również związana z grubością jego produktów. Zwykle, gdy grubość jest mniejsza niż 2 mm, płynność szybko spada. Dlatego, gdy poliarylan jest używany do formowania produktów cienkościennych, należy stosować wyższą temperaturę i ciśnienie. Śladowe ilości wody spowodują rozkład poliarylanu podczas formowania, dlatego bardzo ważne jest wstępne wysuszenie poliarylanu przed formowaniem. Zawartość wody powinna być zwykle kontrolowana poniżej 0,02% (ułamek masowy). Warunki suszenia wynoszą zazwyczaj 110-140℃, 6h.
1. Formowanie wtryskowe
Poliarylan można formować wtryskowo za pomocą ogólnej maszyny do formowania wtryskowego, ale jego lepkość stopu jest stosunkowo wysoka, a wymagana temperatura formowania jest stosunkowo wysoka. Aby zapobiec spiekaniu i karbonizacji materiału, należy generalnie unikać maszyny do formowania wtryskowego wyposażonej w zawór iglicowy. Skurcz formowania poliarylanu jest podobny do skurczu poliwęglanu, z których oba wynoszą około 0,05%. Zazwyczaj forma do formowania wtryskowego poliwęglanu może być również używana do formowania wtryskowego poliarylanu. Jednak w przypadku produktów o bardziej złożonych kształtach, w celu skompensowania słabej płynności poliarylanu, wlot formy, kanał wlewowy itp. powinny być przetwarzane nieco większe.
Temperatura formy poliarylanu podczas formowania wtryskowego jest zazwyczaj wysoka. Jeśli temperatura formy jest zbyt niska, odkształcenie resztkowe produktu po formowaniu wtryskowym jest duże, a niektóre nawet pękają bez żadnej siły zewnętrznej. W przypadku produktów o nierównej grubości i większej liczbie zagięć odkształcenie resztkowe jest jeszcze większe.
2. Formowanie ekstruzyjne
W porównaniu z formowaniem wtryskowym, temperatura formowania ekstruzyjnego poliarylanu jest na ogół o 10 do 20°C niższa. Lepkość stopu poliarylanu jest stosunkowo wysoka. Aby poprawić efekt plastyfikujący, należy na ogół używać wytłaczarki o większym współczynniku kształtu, momencie obrotowym i mocy. Ponadto, aby uniknąć spiekania i karbonizacji spowodowanych przez nagrzewanie ścinające, prędkość ślimaka nie powinna być zbyt wysoka, a struktura ślimaka i matrycy powinna minimalizować części podatne na zatrzymywanie materiału.
Modyfikacja i zastosowanie poliarylanu PAR
PAR można wzmocnić włóknem szklanym, włóknem węglowym, włóknem poliaryloamidowym, włóknem ceramicznym itp., a także włóknem mieszanym i superwłóknem polimerowym (takim jak włókno polietylenowe o ultra wysokiej masie cząsteczkowej). Włókno szklane jest najczęściej stosowanym włóknem wzmacniającym. Podczas wzmacniania PAR włóknem szklanym konieczne jest użycie środka sprzęgającego KH-550 do obróbki i dodanie odpowiedniej ilości stabilizatora. Jego proces produkcyjny jest zasadniczo taki sam, jak w przypadku PC wzmocnionego włóknem szklanym.
Poliarylan tworzy głównie stopy mieszane z PET, PBT, PC, PA, fluoroplastami itp., przy czym jest systemem kompatybilnym z PET, PBT, PC itp., a systemem niekompatybilnym z PA, fluoroplastami itp.
PAR poprawia wydajność produktu poprzez stopowanie. Stopy tworzyw sztucznych serii PAR/PET charakteryzują się wysoką sztywnością, wysoką dokładnością wymiarową, niską anizotropią i gładką powierzchnią. Są one głównie stosowane do części samochodowych i niektórych części precyzyjnych; PAR/PTFE można stosować do materiałów odpornych na zużycie, smarowanych bezolejowo, takich jak łożyska; stopy PAR/PA są stosowane do części odpornych na ciepło i uderzenia w samochodach, takich jak części wewnętrzne i zewnętrzne, takie jak maski silników samochodowych i panele zewnętrzne samochodów, a także części ślizgowe, części wyłączników, tuleje itp.
Wysoce transparentny PAR ma nowe zastosowania w dziedzinie technologii optoelektronicznej. Folia PAR ma wartość dwójłomności mniejszą niż 10M i może być używana do produkcji folii opóźniających w celu wyeliminowania zniekształceń kolorów wyświetlaczy ciekłokrystalicznych. Ta folia jest używana w produkcji wyświetlaczy ciekłokrystalicznych (LCD) i może zastąpić szkło wymagane do wyświetlaczy LCD. Jako materiał odporny na wysokie temperatury i niezwykle transparentny, PAR może spełniać wymagania technologii produkcji LCD.
