Las poliamida-imidas (PAI) son polímeros termoplásticos amorfos que tienen excepcionales propiedades de resistencia mecánica, térmica y química. Estas propiedades pusieron, a las poliamida-imidas, en la parte superior de la pirámide de precio y rendimiento. Las poliamida-imidas son producidas por Solvay Advanced Polymers bajo la marca Torlon.
Las poliamida-imidas conforman, como su nombre indica, una sinergia positiva de las propiedades de poliamidas y poliimidas, tales como alta resistencia, capacidad de procesamiento por fundido, capacidad excepcional a la alta temperatura y elevada resistencia química. Los polímeros de poliamida-imida pueden ser procesados en una amplia variedad de formas desde piezas moldeadas por inyección o compresión hasta recubrimientos, películas, fibras y adhesivos. En general, estos artículos alcanzan sus propiedades máximas con un proceso de curado térmico posterior.
Las poliamida-imidas conforman, como su nombre indica, una sinergia positiva de las propiedades de poliamidas y poliimidas, tales como alta resistencia, capacidad de procesamiento por fundido, capacidad excepcional a la alta temperatura y elevada resistencia química. Los polímeros de poliamida-imida pueden ser procesados en una amplia variedad de formas desde piezas moldeadas por inyección o compresión hasta recubrimientos, películas, fibras y adhesivos. En general, estos artículos alcanzan sus propiedades máximas con un proceso de curado térmico posterior.
Síntesis
Los métodos comerciales actualmente populares para sintetizar poliamida-imidas son: con cloruro de ácido o con isocianato.
A partir de cloruro del ácido trimelítico (TMAC)
La primera ruta de obtención de poliamida-imidas es la condensación de una diamina aromática, como dianilina de metileno (MDA), y el cloruro de ácido trimelítico (TMAC).
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| Dianilina de metileno |
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TMAC
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La reacción del anhídrido con la diamina produce un (prepolímero).
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| Prepolímero de bajo PM |
La funcionalidad de cloruro de ácido reacciona con la amina aromática para dar el enlace amida y ácido clorhídrico (HCl) como un subproducto. En la preparación comercial de poliamida-imidas, la polimerización se lleva a cabo en un solvente dipolar aprótico tal como N- metilpirrolidona (NMP), dimetilacetamida (DMAC), dimetilformamida (DMF) o dimetilsulfóxido (DMSO) a una temperatura entre 20-60ºC. El subproducto HCl debe ser neutralizado in situ o eliminadas por lavado del polímero precipitado. El tratamiento térmico posterior del polímero aumenta el peso molecular y causa que los grupos ácido y amida del prepolímero formen imidas con formación de agua.
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| Polímero |
A partir de isocianato
Este es el principal camino de obtención de poliamida-imidas que se utilizan como esmaltes de alambre o cables. Un diisocianato, con frecuencia 4,4- metilendifenildiisocianato (MDI), se hace reaccionar con anhídrido trimelítico (TMA). El producto logrado al final de este proceso es un polímero en solución totalmente imidizado con alto peso molecular sin subproductos de condensación, ya que el dióxido de carbono gaseoso derivado se elimina fácilmente. Esta forma es conveniente para la fabricación de esmalte o revestimiento de alambres o cables. La viscosidad de la solución es controlada por estequiometría de reactivos y sólidos del polímero. El típico nivel de sólidos de polímero es de 35-45% y se puede diluir aún más, según sea necesario, con diluyentes.
Este es el principal camino de obtención de poliamida-imidas que se utilizan como esmaltes de alambre o cables. Un diisocianato, con frecuencia 4,4- metilendifenildiisocianato (MDI), se hace reaccionar con anhídrido trimelítico (TMA). El producto logrado al final de este proceso es un polímero en solución totalmente imidizado con alto peso molecular sin subproductos de condensación, ya que el dióxido de carbono gaseoso derivado se elimina fácilmente. Esta forma es conveniente para la fabricación de esmalte o revestimiento de alambres o cables. La viscosidad de la solución es controlada por estequiometría de reactivos y sólidos del polímero. El típico nivel de sólidos de polímero es de 35-45% y se puede diluir aún más, según sea necesario, con diluyentes.
Usos
Las poliamida-imidas se utilizan comercialmente para revestimientos, fibras y piezas moldeadas.
Las poliamida-imidas se utilizan comercialmente para revestimientos, fibras y piezas moldeadas.
Recubrimientos:
El producto utilizado principalmente para recubrimientos se vende en forma de polvo y es imidizado aproximadamente al 50%. Uno de los principales usos es como un esmalte de alambre. El esmaltado del alambre se obtiene disolviendo el polvo PAI en un fuerte disolvente aprótico tal como N-metil-pirrolidona. Diluyentes y otros aditivos se pueden añadir para proporcionar la viscosidad correcta para su aplicación en el conductor de cobre o aluminio. La aplicación se realiza normalmente mediante el paso del conductor a través de un baño de esmalte y luego a través de un dado para controlar el espesor del recubrimiento. El cable se pasa por un horno para eliminar el disolvente y producir el curado del revestimiento. El cable por lo general se pasa por el proceso varias veces para lograr el espesor del recubrimiento deseado mediante la aplicación de finas capas de PAI.
El esmalte de PAI es muy estable térmicamente, así como resistente a la abrasión y presentar elevada resistencia química. La PAI es de uso frecuente sobre recubrimientos de poliéster de alambres para lograr propiedades térmicas más altas.
La PAI también se utiliza en recubrimientos decorativos, resistentes a la corrosión para usos industriales, a menudo junto con fluoropolímeros. Las PAI ayudan en la adhesión del fluoropolímero al sustrato metálico. También encuentran uso en recubrimientos antiadherentes. Además los disolventes pueden ser utilizados, algunos a base de agua. Esto es posible porque la amida-imida contiene la funcionalidad ácido.
Fibra Kermel:
Esta fibra pertenece al grupo de las poliamida-imidas y ha sido desarrollada por Rhodiaceta. La poliamida-imida constituyente se obtiene por reacción a 180°C del anhídrido trimelítico y del 4,4-difenilmetano diisocianato disueltos en dimetilacetamida, con el consiguiente desprendimiento de dióxido de carbono, La disolución de polímero puede emplearse directamente como “dope” de hilatura, la cual se realiza por el proceso en seco en una célula calentada a 245°C. Los filamentos obtenidos se calientan a 240°C bajo presión reducida y se someten a un estiraje del 450%, a 370°C. También puede procederse a la hilatura en húmedo.
El producto utilizado principalmente para recubrimientos se vende en forma de polvo y es imidizado aproximadamente al 50%. Uno de los principales usos es como un esmalte de alambre. El esmaltado del alambre se obtiene disolviendo el polvo PAI en un fuerte disolvente aprótico tal como N-metil-pirrolidona. Diluyentes y otros aditivos se pueden añadir para proporcionar la viscosidad correcta para su aplicación en el conductor de cobre o aluminio. La aplicación se realiza normalmente mediante el paso del conductor a través de un baño de esmalte y luego a través de un dado para controlar el espesor del recubrimiento. El cable se pasa por un horno para eliminar el disolvente y producir el curado del revestimiento. El cable por lo general se pasa por el proceso varias veces para lograr el espesor del recubrimiento deseado mediante la aplicación de finas capas de PAI.
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| Bobinados de alambre de cobre recubierto de PAI |
El esmalte de PAI es muy estable térmicamente, así como resistente a la abrasión y presentar elevada resistencia química. La PAI es de uso frecuente sobre recubrimientos de poliéster de alambres para lograr propiedades térmicas más altas.
La PAI también se utiliza en recubrimientos decorativos, resistentes a la corrosión para usos industriales, a menudo junto con fluoropolímeros. Las PAI ayudan en la adhesión del fluoropolímero al sustrato metálico. También encuentran uso en recubrimientos antiadherentes. Además los disolventes pueden ser utilizados, algunos a base de agua. Esto es posible porque la amida-imida contiene la funcionalidad ácido.
Fibra Kermel:
Esta fibra pertenece al grupo de las poliamida-imidas y ha sido desarrollada por Rhodiaceta. La poliamida-imida constituyente se obtiene por reacción a 180°C del anhídrido trimelítico y del 4,4-difenilmetano diisocianato disueltos en dimetilacetamida, con el consiguiente desprendimiento de dióxido de carbono, La disolución de polímero puede emplearse directamente como “dope” de hilatura, la cual se realiza por el proceso en seco en una célula calentada a 245°C. Los filamentos obtenidos se calientan a 240°C bajo presión reducida y se someten a un estiraje del 450%, a 370°C. También puede procederse a la hilatura en húmedo.
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| Ropa de bomberos de PAI |
Artículos moldeados y mecanizados:
Las poliamida-imidas que se utilizan para artículos moldeados también se basan en diaminas aromáticas y el cloruro de ácido trimelítico, pero las diaminas son diferentes de los utilizados en los productos utilizados para los revestimientos y el polímero es plenamente imidizado antes de la composición y pelletización.
Las resinas para moldeado por inyección pueden ser sin refuerzo o con refuerzo de fibra de vidrio o fibra de carbono y con diferentes grados de resistencia al desgaste. Estas resinas se venden con un peso molecular relativamente bajo por lo que se pueden fundir para ser procesados por extrusión o por inyección. Los artículos moldeados son entonces tratados térmicamente durante varios días a temperaturas de hasta 260°C (500°F). Durante este tratamiento, conocido comúnmente como poscurado, aumenta el peso molecular mediante el cambio de extensión de las cadenas poliméricas, y hace al polímero mucho más fuerte y más resistente a los productos químicos. Antes del poscurado, las piezas se pueden moler y reprocesar. Después del poscurado, el reprocesamiento no es práctico.
Las poliamida-imidas que se utilizan para artículos moldeados también se basan en diaminas aromáticas y el cloruro de ácido trimelítico, pero las diaminas son diferentes de los utilizados en los productos utilizados para los revestimientos y el polímero es plenamente imidizado antes de la composición y pelletización.
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| Pellets de PAI |
Las resinas para moldeado por inyección pueden ser sin refuerzo o con refuerzo de fibra de vidrio o fibra de carbono y con diferentes grados de resistencia al desgaste. Estas resinas se venden con un peso molecular relativamente bajo por lo que se pueden fundir para ser procesados por extrusión o por inyección. Los artículos moldeados son entonces tratados térmicamente durante varios días a temperaturas de hasta 260°C (500°F). Durante este tratamiento, conocido comúnmente como poscurado, aumenta el peso molecular mediante el cambio de extensión de las cadenas poliméricas, y hace al polímero mucho más fuerte y más resistente a los productos químicos. Antes del poscurado, las piezas se pueden moler y reprocesar. Después del poscurado, el reprocesamiento no es práctico.
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| Piezas de PAI para mecanizar |
Grados de PAI de alta resistencia
Propiedad
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Método de prueba
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unidades
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PAI
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PAI 30% de FV
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PAI 30% de FC
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Resistencia a la tracción
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ASTM D 638
|
MPa (kpsi)
|
152 (22.0)
|
221 (32.1)
|
221 (32.0)
|
Módulo de elasticidad
|
ASTM D 638
|
GPa (kpsi)
|
4.5 (650)
|
14.5 (2,110)
|
16.5 (2,400)
|
Elongación
|
ASTM D 638
|
%
|
7.6
|
2.3
|
1.5
|
Resistencia a la flexión
|
ASTM D 790
|
MPa (kpsi)
|
241 (34.9)
|
333 (48.3)
|
350 (50.7)
|
Módulo de flexión
|
ASTM D 638
|
GPa (kpsi)
|
5.0 (730)
|
11.7 (1,700)
|
16.5 (2,400)
|
Fuerza Compresiva
|
ASTM D 695
|
MPa (kpsi)
|
221 (32.1)
|
264 (38.3)
|
254 (36.9)
|
Resistencia al corte
|
ASTM D 732
|
MPa (kpsi)
|
128 (18.5)
|
139 (20.1)
|
119 (17.3)
|
Izod Fuerza Impacto
|
ASTM D 256
|
J/m (ftlb/in)
|
144 (2.7)
|
80 (1.5)
|
48 (0.9)
|
Resistencia al impacto Izod, sin muesca
|
ASTM D 4812
|
J/m (ftlb/in)
|
1070 (20)
|
530 (10)
|
320 (6)
|
Temperatura de deflexión de calor a 264 psi
|
ASTM D 648
|
°C (°F)
|
278 (532)
|
282 (540)
|
282 (540)
|
Coeficiente de dilatación térmica lineal
|
ASTM D 696
|
ppm/°C (ppm/°F)
|
31 (17)
|
16 (9)
|
9 (5)
|
Resistividad de volumen
|
ASTM D 257
|
ohm-cm
|
2e17
|
2e17
|
-
|
Peso específico
|
ASTM D 792
|
1.42
|
1.61
|
1.48
| |
Absorción de agua, 24 horas
|
ASTM D 570
|
%
|
0.33
|
0.24
|
0.26
|
Grados de PAI resistentes al desgaste
Propiedad
|
Método de prueba
|
unidades
|
4275
|
4301
|
4435
|
4630
|
4645
|
Resistencia a la tracción
|
ASTM D 638
|
MPa (kpsi)
|
117 (16.9)
|
113 (16.4)
|
94 (13.6)
|
81 (11.8)
|
114 (16.6)
|
Módulo de elasticidad
|
ASTM D 638
|
GPa (kpsi)
|
8.8 (1,280)
|
6.8 (990)
|
14.5 (2,100)
|
7.4 (1,080)
|
18.6 (2,700)
|
Elongación
|
ASTM D 638
|
%
|
2,6
|
3.3
|
1,0
|
1.9
|
0.8
|
Resistencia a la flexión
|
ASTM D 790
|
MPa (kpsi)
|
208 (30.2)
|
215 (31.2)
|
152 (22.0)
|
131 (19.0)
|
154 (22.4)
|
Módulo de flexión
|
ASTM D 790
|
GPa (kpsi)
|
7.3 (1.060)
|
6.9 (1,000)
|
14.8 (2,150)
|
6.8 (990)
|
12.4 (1,800)
|
Fuerza Compresiva
|
ASTM D 695
|
MPa (kpsi)
|
123 (17.8)
|
166 (24.1)
|
138 (20.0)
|
99 (14.4)
|
157 (22.8)
|
Resistencia al impacto Izod, con muesca
|
ASTM D 256
|
J/m (ft-lb/in)
|
85 (1.6)
|
64 (1.2)
|
43 (0.8)
|
48 (0.9)
|
37 (0.7)
|
Resistencia al impacto Izod, sin muesca
|
ASTM D 4812
|
J/m (ft-lb/in)
|
270 (5)
|
430 (8)
|
210 (4)
|
160 (3)
|
110 (2)
|
De deformación bajo carga a 264 psi
|
ASTM D 648
|
°C (°F)
|
280 (536)
|
279 (534)
|
278 (532)
|
280 (536)
|
281 (538)
|
Coeficiente de dilatación térmica lineal
|
ASTM D 696
|
ppm/°C (ppm/°F)
|
25 (14)
|
25 (14)
|
14 (8)
|
16 (9)
|
9 (3)
|
Moldeo por inyección de poliamida-imida
Pre-secado de la resina
La resina de PAI es higroscópica y recogerá la humedad ambiental. Antes de procesamiento de la resina PAI, el secado es requerido para evitar las partes frágiles, formación de espuma y otros problemas de moldeo. La resina debe ser secada hasta una humedad de 500 ppm o menos. Es recomendable el uso de un desecante secador capaz de mantener un punto de rocío de -40°F (-40°C). If drying is done in pans or trays, put the resin in layers no more than 2 to 3 inches (5 to 8 cm) deep in drying trays. Si el secado se hace en ollas o bandejas, poner la resina en capas de no más de 2 a 3 pulgadas (5 a 8 cm) de profundidad en bandejas de secado. Secar durante 24 horas a 250°F, o 16 horas a 300°F, o hasta 8 horas a 350°F. Si el secado es a 350°F (177°C), limitar el tiempo de secado a 16 horas. Para el moldeo por inyección, se recomienda una tolva de secado por adsorción. El tubo de aspiración de aire debe estar en la base de la tolva, tan cerca de la boca de alimentación como sea posible. Durante los recorridos extendidos, se debe mantener la resina cubierta y re-secarla si es necesario.
Pre-secado de la resina
La resina de PAI es higroscópica y recogerá la humedad ambiental. Antes de procesamiento de la resina PAI, el secado es requerido para evitar las partes frágiles, formación de espuma y otros problemas de moldeo. La resina debe ser secada hasta una humedad de 500 ppm o menos. Es recomendable el uso de un desecante secador capaz de mantener un punto de rocío de -40°F (-40°C). If drying is done in pans or trays, put the resin in layers no more than 2 to 3 inches (5 to 8 cm) deep in drying trays. Si el secado se hace en ollas o bandejas, poner la resina en capas de no más de 2 a 3 pulgadas (5 a 8 cm) de profundidad en bandejas de secado. Secar durante 24 horas a 250°F, o 16 horas a 300°F, o hasta 8 horas a 350°F. Si el secado es a 350°F (177°C), limitar el tiempo de secado a 16 horas. Para el moldeo por inyección, se recomienda una tolva de secado por adsorción. El tubo de aspiración de aire debe estar en la base de la tolva, tan cerca de la boca de alimentación como sea posible. Durante los recorridos extendidos, se debe mantener la resina cubierta y re-secarla si es necesario.
Equipo de moldeo por inyección
En general, se recomiendan para el moldeo por PAI las modernas prensas de moldeo por inyección de tornillo reciprocante con controles de microprocesador capaz de circuito cerrado de control. La prensa debe estar equipada con una baja relación de compresión, tornillo de puesta a punto constante. La relación de compresión debe estar entre 1,1 y 1,5.
Temperaturas de arranque
En general, se recomiendan para el moldeo por PAI las modernas prensas de moldeo por inyección de tornillo reciprocante con controles de microprocesador capaz de circuito cerrado de control. La prensa debe estar equipada con una baja relación de compresión, tornillo de puesta a punto constante. La relación de compresión debe estar entre 1,1 y 1,5.
Temperaturas de arranque
Zona
|
Temp, °F
|
Temp, °C
|
Zona de alimentación
|
580
|
304
|
Zona media
|
620
|
327
|
Zona frontal
|
650
|
343
|
Boquilla
|
700
|
371
|
La temperatura del molde debe estar en el rango de 325°F a 425°F (163°C a 218°C).
Fuentes:
www.makeitfrom.com
www.upv.es
www.proteccion-laboral.com
en.wikipedia.org
Poly(amides-imides) based on amino end-capped polyoligomides, Oriental J. Chem
Engineering plastics handbook, McGraw-Hill
Oficina Española de Patentes y Marcas
Fibras químicas ignífugas y termoresistentes - J. Gacén
U.S. Patent Documents
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