PAI、PI、PBI、 TPI、PEEK材料的應用簡介

本文只解讀PAI、PI、PBI、 TPI、PEEK特種工程塑料，從耐高溫、耐化學、耐候和力學性能到應用領域！



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一、先看表格


下面做一個表格，先睹為快！簡要總結了PAI（聚酰胺酰亞胺）、PI（聚酰亞胺）、PBI（聚苯并咪唑）、TPI（熱塑性聚酰亞胺）和PEEK（聚醚醚酮）這五種高性能工程塑料的關鍵性能如下:


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請注意，具體性能根據材料的牌號規格和制造商的不同而有所變化。此表提供了一個大致的性能概覽，此外，PI和PBI為熱固性材料，加工方法不同于熱塑性材料，通常需要特殊的固化過程，如PI 膜溶劑溶解流延法，或濺射，或化學氣相沉積法等。


二、進入正題：


PAI、PI、PBI、TPI、PEEK 均屬于特種工程塑料，那它們的性能和應用領域有哪些不同？


  • PI（聚酰亞胺）：是分子結構主鏈中含有酰亞胺結構（-CO-NR-CO-）的高分子聚合物（熱固性），是綜合性能最佳的有機高分子材料之一。部分PI型號其耐高溫達400°C以上 ，具有最高的阻燃等級，被譽為“二十一世紀最有希望的工程塑料之一”，并認為"沒有聚酰亞胺就不會有今天的微電子技術"。

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    PI（聚酰亞胺）粉末

    由于PI有良好的電氣絕緣性能、機械性能、化學穩定性、耐老化性能、耐輻照性能、低介電損耗，且這些性能在很寬的溫度范圍（-200℃-300℃）內不會發生顯著變化，部分品牌PI型號甚至達400度，PI可以通過多種方式制成不同的產品，并應用在各個不同的領域之中，如薄膜、纖維、光敏材料、泡沫和復合材料。


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    有“黃金薄膜”美譽PI膜

    PI主要應用于柔性屏幕、軌道交通、航空航天、電子封裝、風機葉片、軍工、汽車等若干領域。

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    以下是PI部分制品，大多壓鑄，或者利用棒材、板材機加工。

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  • PAI（聚酰胺-酰亞胺）：是一類含有酰胺基的新型工程塑料，PAI的強度是當今世界上任何工業未增強塑料不可比擬的，已知最高，其拉伸強度超過172MPa具有在高溫環境下，機械性能和尺寸穩定性好，耐磨和摩擦性能、抗紫外線性能、抗高能輻射性能優越，固有的低可燃性，高強度、高絕緣、耐輻射、耐腐蝕、自潤滑、熱膨脹系數小等特性。640 (5).png

    PAI原料

    PAI 分子結構中，酰胺基團與酰亞胺基團連在同一個芳環上，呈有規則的排列，使得PAI兼具聚酰胺（PA）和聚酰亞胺（PI）的特點。PAI 在保留熱固化PI的基礎上，插上了熱塑性尼龍的翅膀，那是如虎添翼！

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    PAI粉末可用于改性和涂料

    PAI它對金屬和其它材料有很好的粘接性能，適用作漆包線漆、浸漬漆、薄膜、層壓板材、涂層和粘合劑。所以PAI粉最早的應用就是涂料，粘接劑這些！


目前PAI常用于高技術設備精密零件的制作，以及對精度要求極高的場合，如無潤滑軸承、密封、軸承隔離環和往復式壓縮機零件，電子和半導工業，還可應用于石油鉆井設備等。


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  • PBI（聚苯并咪唑）：熱固性特種工程塑料，被認為是現在耐熱性能最好的塑料，瞬間溫度沖擊400+，聚烷基苯并咪唑的密度1.2克/厘米3；全芳族聚苯并咪唑的密度1.3～1.4。PBI最突出的優點是瞬間耐高溫性，烷基PBI在465～475℃才完全分解，芳基PBI在538℃尚不分解，900℃失重僅30% ，常期使用溫度300～370℃。

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PBI具有出色的機械強度、剛性、硬度和抗蠕變性能，以及卓越的尺寸穩定性、耐磨和摩擦性能、極低的線性熱膨脹系數、出色的抗高能輻射性能、優異的耐腐蝕特性、固有的低可燃性、在離子污染環境下高純度、低排氣性等特性。


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PBI棒材


PBI主要應用于航空航天、汽車交通、電子電氣、精密機械等對材料耐高溫、耐化學，高精度配件等要求較高的領域。


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  • TPI（熱塑性聚酰亞胺）：在熱固性PI基礎上研發的，其性能與PI（熱固性）接近，且易加工優點，具有彈性模量高、抗沖擊性強、耐熱性好、尺寸穩定性好、阻燃性好、電絕緣性優、耐化學腐蝕、耐輻射等特點。差異的話熱塑性TPI耐溫低于PI。


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    TPI加纖顆粒，用于注塑 擠出

    相比PI，TPI加工性能優異，除了可采用傳統熱固性PI的加工方式外，還可以采用擠出、注塑成型等加工方法，能夠制造形狀復雜零部件，可一次成型，可回收二次成型，產品精度高，但其強度、耐高溫性有所下降。可廣泛應用在航空航天、汽車交通、電子電氣、精密機械等領域。


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    TPI配件

  • PEEK（聚醚醚酮）：性能優異的特種工程塑料，具有良好的物理、化學性能，具有優良的耐化學性，熱穩定性和抗氧化性能，同時具有良好的機械強度，抗蠕變和電學特性。它可以承受高能輻射，阻燃性能好。長期工作溫度范圍可從-100℃至+250℃。加纖PEEK熱變形溫度最高320+。

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    PEEK原料
    由于PEEK具有優良的抗化學性、極低吸濕性、不易磨損及耐磨蝕、持續暴露于熱水或蒸汽不受影響。在航空航天、汽車制造、電子電氣、醫療和化工等領域得到廣泛應用。


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    PEEK在緊固件應用

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PEEK水泵配件


PEEK工業應用，重點講一下在醫療的應用，由于其優異的化學物理性能、尤其PEEK 憑借其在生物的相容性卓越性能，在改善醫療效果、提高患者生活質量方面發揮著重要作用！


PEEK（聚醚醚酮）在醫療領域有諸多重要應用：

  • 骨科植入物：例如人工關節（髖關節、膝關節、肩關節等）的部件。PEEK 具有與人體骨骼相似的彈性模量，在髖關節置換手術中，PEEK 制成的髖臼內襯能夠提供良好的耐磨性和生物相容性。

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    PEEK材料替代骨骼，上圖1，破損腦科上的植入、2、人體關節配件。

  • 脊柱融合器件：用于脊柱融合手術中的椎間融合器。它能提供足夠的支撐和穩定性，同時有助于骨生長和融合。

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    PEEK材料脊柱融合器件。

  • 創傷修復：如骨折固定裝置，如接骨板和螺釘。PEEK 的強度和穩定性能夠滿足固定骨折部位的要求，而且其生物相容性減少了組織排異反應。

  • 口腔頜面外科：制作顱頜面修復體、義齒基托等。可以根據患者的個體解剖結構進行定制，實現更精準的修復。

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    PEEK制作顱頜面修復體、義齒基托等

  • 醫療器械部件：醫療設備的外殼、手柄等，因為 PEEK 具有良好的耐化學腐蝕性和耐高溫性能。



總之在醫療領域的應用PEEK憑借其優異性能，比如PEEK具有與人體骨骼相似的彈性模量，能有效減少應力遮擋，促進骨整合，降低假體松動的風險，正在大幅增長，應用越來越廣泛，當然材料本身在改善醫療效果、提高患者生活質量方面發揮著重要作用。


三、誰是真正的工程塑料天王？


塑料君從以上PAI、PI、PBI、 TPI、PEEK五種特種工程塑料，做個總結：總的來說，這幾種特種工程塑料都具有優異的性能！


綜合性能對比結果：

  • 耐熱性：PBI > PI > TPI ≈ PAI ≈ PEEK（不同規格差別大）

  • 化學穩定性：PI ≈ PBI > TPI > PAI > PEEK

  • 電絕緣性：PI > PBI > TPI> PAI ≈ PEEK

  • 加工性：PEEK > TPI > PAI > PBI > PI（PI、PBI是熱固性材料）

  • 機械性能：PAI、PBI、PI和TPI在不同方面各有優勢，而PEEK具有良好的平衡。


這五種材料里面，PEEK最深得客戶喜歡，PEEK是當之無愧的頂級水桶型特種工程塑料，比它耐熱沒有它的加工性，有加工性的沒它的生物相容性。但在具體應用中，如果你正好需要選用這些材料，那么需要根據實際需求來選擇合適規格的材料。