PEI

Polieteroimid (PEI, ang. polyetherimide) jest wysokosprawnym amorficznym tworzywem termoplastycznym z grupy polimerów wysokotemperaturowych. Łączy wysoką odporność cieplną z dużą sztywnością i wytrzymałością mechaniczną, dobrą stabilnością wymiarową oraz właściwościami elektroizolacyjnymi. Naturalny, niewypełniony PEI ma charakterystyczną bursztynową barwę i może być półprzezroczysty lub przezroczysty.

Jedną z najbardziej znanych rodzin handlowych PEI jest ULTEM firmy SABIC. Nazwa ULTEM jest nazwą handlową, a nie synonimem całej grupy polieteroimidów.

Charakterystyka

PEI ma strukturę amorficzną, dlatego nie wykazuje temperatury topnienia typowej dla polimerów częściowo krystalicznych. Dla standardowych gatunków temperatura zeszklenia wynosi około 216–217°C. Dzięki temu materiał zachowuje wysoką sztywność i stabilność wymiarową również w temperaturach znacznie wyższych niż popularne tworzywa konstrukcyjne, takie jak ABS, PC, PA czy POM.

Polieteroimidy są stosowane przede wszystkim tam, gdzie od elementu wymaga się jednocześnie odporności cieplnej, właściwości mechanicznych, niewielkiego pełzania, stabilności wymiarowej oraz trudnopalności.

Właściwości PEI

Do charakterystycznych właściwości polieteroimidu należą:

• wysoka wytrzymałość mechaniczna i sztywność również w podwyższonej temperaturze,
• bardzo dobra stabilność wymiarowa,
• wysoka odporność na pełzanie w szerokim zakresie temperatur,
• temperatura pracy ciągłej rzędu około 170°C dla typowych niewypełnionych gatunków,
• temperatura zeszklenia około 217°C,
• dobre właściwości elektroizolacyjne,
• bardzo dobra odporność na hydrolizę,
• możliwość wielokrotnej sterylizacji parą wodną w odpowiednio dobranych zastosowaniach,
• dobra odporność na promieniowanie wysokoenergetyczne,
• naturalna trudnopalność wielu gatunków oraz niewielka emisja dymu podczas spalania,
• dobra odporność na wiele olejów, paliw, alkoholi, kwasów i wodnych roztworów chemikaliów,
• możliwość otrzymywania gatunków przezroczystych, barwionych oraz wzmacnianych włóknem szklanym.

Dla przykładowego niewypełnionego PEI odpowiadającego materiałowi ULTEM 1000 podawana jest gęstość około 1,28 g/cm³, moduł sprężystości przy rozciąganiu około 3200 MPa oraz wytrzymałość na rozciąganie około 127 MPa. Wartości te należy traktować jako orientacyjne, ponieważ właściwości zależą od gatunku, dodatków, technologii przetwórstwa i warunków badania.

Przetwórstwo PEI

PEI jest termoplastem i może być przetwarzany m.in. przez formowanie wtryskowe, wytłaczanie, termoformowanie oraz wytłaczanie z rozdmuchem. Dostępne są również płyty, pręty i inne półwyroby przeznaczone do obróbki mechanicznej, a także gatunki przeznaczone do technologii przyrostowych.

Ze względu na wysoką temperaturę zeszklenia PEI wymaga znacznie wyższych temperatur przetwórstwa niż typowe tworzywa masowe i konstrukcyjne. Parametry procesu powinny być dobierane do konkretnego gatunku materiału oraz zaleceń jego producenta.

Modyfikacje polieteroimidu

W celu zwiększenia sztywności, wytrzymałości i stabilności wymiarowej stosuje się m.in. wzmocnienie włóknem szklanym. Dostępne są także specjalne odmiany PEI o zmodyfikowanej odporności chemicznej, płynności, właściwościach cieplnych, elektrycznych lub optycznych.

Zastosowania PEI

Polieteroimid stosuje się przede wszystkim do odpowiedzialnych elementów technicznych pracujących w podwyższonej temperaturze lub wymagających wysokiej dokładności wymiarowej.

Typowe zastosowania PEI obejmują:

• elektrotechnikę i elektronikę – złącza, elementy izolacyjne, cewki, bezpieczniki, obudowy i komponenty urządzeń elektrycznych,
• motoryzację – elementy instalacji elektrycznych, oświetlenia, układów zapłonowych i podzespołów pracujących w podwyższonej temperaturze,
• lotnictwo i transport – elementy wyposażenia wnętrz, komponenty antenowe oraz części wymagające niskiej palności i niewielkiej emisji dymu,
• technikę medyczną i laboratoryjną – elementy aparatury, przyrządy i części przeznaczone do wielokrotnej sterylizacji, jeśli dany gatunek posiada wymagane dopuszczenia,
• przemysł maszynowy – dokładne elementy konstrukcyjne i elektroizolacyjne,
• technikę próżniową i półprzewodnikową – elementy wymagające stabilności wymiarowej i odporności cieplnej.

Zalety PEI

Największą zaletą PEI jest połączenie wysokiej temperatury pracy, sztywności, stabilności wymiarowej, trudnopalności i stosunkowo dobrej przetwarzalności. Dzięki temu może w niektórych zastosowaniach zastępować metale, tworzywa termoutwardzalne oraz inne wysokotemperaturowe tworzywa konstrukcyjne.

Ograniczenia PEI

Ograniczeniem są przede wszystkim wysokie wymagania temperaturowe podczas przetwórstwa oraz wyższy koszt materiału w porównaniu z powszechnymi tworzywami konstrukcyjnymi. Przy pracy w agresywnych chemicznie środowiskach konieczne jest sprawdzenie odporności konkretnego gatunku PEI, ponieważ poszczególne odmiany materiału mogą istotnie różnić się odpornością chemiczną.

Podstawowe właściwości polieteroimidu PEI

Nazwy handlowe i oznaczenia

• PEI – polieteroimid, ang. polyetherimide,
• ULTEM – rodzina polieteroimidów firmy SABIC,
• TECAPEI – nazwa handlowa półwyrobów PEI firmy Ensinger.

Źródła

• SABIC – ULTEM Resin
• Ensinger – PEI material / Polyetherimide
• Ensinger – TECAPEI natural
• Plastics Group – Polieteroimid PEI