폴리아미드-이미드(PAI) 개요
폴리아미드-이미드는 현존하는 최고 성능의 용융 가공 가능한 폴리머로 인정받고 있습니다. 화학적으로는 이미드 계열의 수지에 속하며 다른 두 가지 고온 방향족 이미드 폴리머인 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리이미드(PI)와 밀접한 관련이 있습니다. 그러나 폴리이미드는 압출 성형 및 사출 성형 부품의 형태로 용융 가공할 수 없는 반면, PAI와 PEI는 가능하다는 점에서 차이가 있습니다.
초고성능 폴리머 중에서도 PAI는 고온에서 하중을 가했을 때 매우 인상적인 강도를 제공합니다. 유리 전이 온도(Tg) 또는 연화점인 537°F(280°C)에 가까워져도 강성을 유지하고 우수한 압축 강도와 크리프 저항성으로 시간이 지나도 정하중에 의한 변형에 견딜 수 있습니다. 폴리아미드-이미드는 내마모성, 광범위한 내화학성 및 높은 에너지 방사능 저항성을 갖추고 있어 가장 혹독한 서비스 환경의 애플리케이션에 이상적인 탁월한 성능 프로파일을 제공합니다.
공급업체, 제품
세계 최고의 PAI 수지 생산업체인 솔베이는 Torlon® PAI라는 브랜드로 다양한 폴리아미드-이미드 제형을 공급하고 있습니다. Torlon®이라는 이름으로 판매되는 상용 형태의 폴리아미드-이미드에는 사출 성형용 펠릿화 제품, 기계 가공 가능한 스톡 형상 생산을 위한 압출 및 압축 성형용 제품 등이 있습니다. 이 폴리머 수지는 고온 접착제, 에폭시, 코팅 및 복합재에 사용하기 위해 분말 형태로도 제공됩니다.
1970년 폴리머가 상업적으로 도입된 이후 수십 년 동안 애플리케이션의 확산과 더 높은 수준의 물리적 특성에 대한 요구로 인해 성능이 향상된 여러 등급의 PAI가 개발되었습니다.
고온에서 강도를 높이기 위해 유리 및 탄소섬유 강화 배합이 개발되어 구조용 부품에 대한 PAI의 적용 가능성이 확대되었습니다. 이러한 고강도 등급은 높은 온도에서 상당한 반복적인 기계적 하중과 응력에도 많은 금속에 필적하는 강성을 나타냅니다.
본질적으로 내마모성이 있지만, 폴리머의 베어링 및 마모 특성을 향상시키고 하중을 받는 이동 및 회전 부품의 기능 수명을 연장하는 첨가제를 사용하여 PAI 제형이 개발되었습니다. 결과적으로 내마모성이 향상되어 많은 경우 동적 부하를 받는 부품이 외부 윤활 없이도 장기간 안정적으로 작동할 수 있습니다. 폴리아미드-이미드 부품이 포함된 장비 및 기계의 장점은 유지보수 및 교체 비용 절감, 생산 가동 시간 연장, 윤활제로 인한 오염 위험 제거 등입니다.
다양한 등급의 폴리아미드-이미드를 압출 및 사출 성형으로 용융 가공할 수 있는 능력 덕분에 초고성능 폴리머의 응용 분야가 무수히 많아졌습니다. 드레이크 플라스틱은 전 세계 가공업체와 유통업체에 비강화, 섬유 강화, 베어링 및 마모 등급의 PAI를 다양한 압출 로드, 플레이트 및 Seamless® 튜브 스톡 크기와 구성으로 공급하고 있습니다. 또한 공정 기술에 대한 투자를 통해 PAI의 적용 범위를 확장하는 독특한 크기와 모양을 개발했습니다. 예를 들어, Drake는 최대 10.125인치(257.275mm) 크기의 세계 최대 PAI 직경 막대와 4.0인치(101.6mm)의 타의 추종을 불허하는 판 두께를 제공합니다. 드레이크는 또한 스톡 형상으로 가공된 정밀 PAI 부품을 제공하며 폴리아미드-이미드 사출 성형 능력으로 널리 인정받고 있습니다.
Torlon® PAI, Drake PAI 및 기타 명칭으로 공급되는 스톡 형상
PAI 재고 형태를 식별하는 상업적 관행은 제한된 수의 전용 제조업체마다 다릅니다. 일부는 모든 PAI 제품에 자체 브랜드 이름을 사용합니다. 용융 가공용 펠릿 형태로 시판되는 Torlon® PAI 등급으로 만든 Drake Plastics의 스톡 형상은 Torlon® 브랜드 이름으로 식별됩니다.
또한 Drake는 고객이 필요로 하는 제품에 상업용 압출 등급을 사용할 수 없는 경우 Drake PAI라는 명칭으로 폴리아미드-이미드 제품을 공급합니다. 이러한 제품이 스톡 형태가 필요한 경우 Drake는 Torlon® PAI 분말을 압출에 필요한 펠릿 형태로 변환하는 기술을 개발했습니다. 이 투자는 압출형 펠릿 형태의 수지가 공급업체에 의해 단종되었을 때 특정 등급의 재고 형상에 대한 지속적인 고객 수요를 충족하기 위한 것이었습니다.
Drake PAI라는 명칭으로 상업적으로 제공되는 폴리아미드-이미드 제품에는 Drake 4200 PAI 스톡 형태가 포함됩니다. 이 제형은 표준 PAI 제형에 사용되는 산화티타늄과 관련된 이온 불순물을 제거하며 반도체 제조에 사용되는 부품에 필요합니다. 다른 예로는 압출용 표준 수지를 사용할 수 없는 구성인 Drake PAI 박판 및 필름이 있습니다.
폴리아미드-이미드의 성능 특성
극한의 온도에서 높은 강도 및 치수 안정성 제공
PAI의 가장 큰 특징 중 하나는 다른 모든 열가소성 소재의 성능을 훨씬 뛰어넘는 고온에서 매우 높은 굴곡률과 인장 강도를 유지한다는 점입니다. 실제로 PAI는 상온에서 대부분의 엔지니어링 플라스틱보다 400°F(205°C)에서 강도와 강성이 더 높습니다. 또한 고온에 장기간 노출된 후에도 그 특성을 매우 잘 유지합니다.
많은 금속에 비해 탄소 또는 유리 섬유로 강화된 폴리아미드-이미드 등급은 훨씬 가벼운 무게로 동등한 강성과 강성을 발휘합니다. 이는 성능과 경제성 모두에서 가벼운 무게와 고온에서의 구조적 강도가 우선시되는 항공우주 및 방위 산업 분야에서 금속을 대체할 수 있는 강력한 이유입니다.
극한 온도에서 PAI는 다른 대부분의 고강도 폴리머가 극도로 부서지기 쉬워 결국 파손되는 극저온에서 더 뛰어난 내충격성과 인성을 발휘합니다.
또한 PAI는 넓은 온도 변화에서도 뛰어난 치수 안정성을 제공합니다. 특히 유리 및 탄소 강화 등급은 항공기 등급 알루미늄에 필적하는 매우 낮은 CLTE(라이너 열팽창 계수)를 나타냅니다.
PAI의 압축 강도 및 내크리프성
폴리아미드-이미드는 매우 높은 압축 강도를 유지하며 고온에서 하중이 가해져도 크리프에 강합니다. 실제로 높은 정하중 하에서 강화되지 않은 등급의 PAI는 유리 또는 탄소 섬유로 강화된 다른 고성능 열가소성 플라스틱의 압축 세팅을 유발할 수 있는 크리프에 저항합니다. 탄성 회복 거동과 압축 특성, 광범위한 온도 범위에서의 인성 덕분에 씰링, 유압 포핏, 브레이크 태핏, 체크 볼, 스러스트 와셔, 컴프레서 플레이트와 같은 다양한 폴리아미드-이미드 소재가 폭넓게 사용되고 있습니다. 강화 및 윤활 처리된 PAI 등급은 더 높은 강도와 내마모성이 필요한 씰링 부품의 성능 수준을 높여줍니다.
PAI 열 전도성
열 차폐막과 같이 열 차단 및 단열이 필요한 애플리케이션은 폴리아미드-이미드의 낮은 열전도율의 이점을 누릴 수 있습니다. PAI 하우징과 패널은 민감한 기기의 정확도에 영향을 줄 수 있는 고온으로부터 중요한 내부 부품을 보호하는 데 자주 사용됩니다.
폴리아미드-이미드의 전기적 특성
대부분의 PAI 등급은 우수한 전기 절연 특성을 제공하며, 특정 등급은 다른 등급보다 더 높은 수준의 성능을 제공합니다. 특히 Torlon 4203L 및 5030 PAI는 뛰어난 유전체 강도와 높은 체적 및 표면 저항률을 제공합니다. 그러나 특정 내마모성 등급에는 흑연이 포함되어 있습니다. 직류를 사용하는 표준 테스트 방법에 따라 높은 저항 특성을 보이지만, 더 높은 전압 및 주파수 수준에서 약간의 전도성을 나타낼 수 있습니다.
탄소 섬유 강화 등급으로 지정된 Torlon 7130 PAI는 실제로 전도성이 있어 전자기 간섭에 대한 차폐가 필요한 애플리케이션에 사용됩니다.
복잡한 구성으로 사출 성형할 수 있고 공차가 좁은 가공 부품에서 치수 안정성이 뛰어나기 때문에 폴리아미드-이미드 등급은 우수한 절연 및 절연 기능이 필요한 정밀 전기 및 전자 부품에 광범위하게 사용되고 있습니다.
폴리아미드-이미드의 내화학성
PAI는 적당한 온도에서 대부분의 산, 지방족 및 방향족 탄화수소, 염소화 및 불소화 탄화수소의 영향을 거의 받지 않습니다. 그러나 폴리머는 포화 증기, 강염기 및 일부 고온 산성 시스템에 의해 공격받을 수 있습니다.
압출 또는 사출 성형으로 용융 가공한 후 경화 후 PAI 형상과 부품은 내화학성과 내마모성을 모두 최적화합니다. 이러한 이유로 드레이크 플라스틱은 모든 압출된 PAI 스톡 형상과 사출 성형 부품을 후경화합니다. 최고 수준의 내화학성이 요구되는 폴리아미드-이미드 응용 분야의 경우, 가공된 부품을 2차 후경화하여 최적의 성능을 보장할 수 있습니다.
감마선 노출에 대한 PAI 내성
PAI만큼 물성 저하를 방지하는 열가소성 플라스틱은 거의 없습니다.
많은 폴리머는103라드의 낮은 방사선 노출 수준에서 기계적 특성이 급격히 저하되는 것으로 나타났습니다. 그러나 PAI는 훨씬 더 높은 수준의 감마선 노출에서도 탁월한 안정성을 보여줍니다. 공인 기관에서 테스트한 최고 수준인109방사선 조사에서 30% 유리 강화 등급의 PAI는 장기 노출 후에도 95%의 기계적 특성을 유지했습니다. 이러한 성능은 미 해군의 핵잠수함에 사용되는 부품을 비롯한 원자력 분야의 소재로서 PAI의 사양에 중요한 요소로 작용했습니다.
폴리아미드-이미드 등급의 가연성 및 연기 생성
전 세계 주요 기관 및 연구소에서 수행한 테스트를 기반으로 한 인증 등급은 전기, 전자, 항공우주 및 가연성이 중요한 요소인 기타 응용 분야에 대한 폴리아미드-이미드의 적합성을 검증합니다. 시중에서 판매되는 대부분의 PAI 등급은 이러한 기관으로부터 인상적인 가연성 등급을 받았습니다. 사출 성형 부품과 가공 가능한 스톡 형태로 제공되는 두 가지 상용 등급인 Torlon 5030 PAI와 Torlon 7130 PAI는 상용 항공기에 사용하기 위한 미국 연방항공청의 가연성, 연기 밀도 및 독성 가스 배출 요건을 능가합니다.
PAI의 일반적인 애플리케이션
폴리머가 도입된 이후 다양한 성능 프로파일을 가진 여러 등급의 PAI가 개발되면서 광범위한 응용 분야에 박차를 가하고 있습니다. 모두 극한의 온도, 높은 정적 및 동적 하중, 공격적인 화학 환경의 다양한 조합에 장기간 노출되는 것을 견뎌야 하는 것이 특징입니다. 또한 많은 애플리케이션에서 폴리아미드-이미드의 전기 및 단열, 절연 특성에 의존하고 있습니다.
이러한 특성으로 인해 PAI 제품군은 다른 엔지니어링 소재가 실패한 베어링 및 마모, 밀봉, 구조, 열 및 전기 부품에서 이러한 초고성능 요구 사항을 충족하는 데 매우 효과적임이 입증되었습니다. 항공기, 우주 왕복선 및 위성용 부품, 자동차 변속기, 금속 가공 및 플라즈마 절단 도구, 시추공 석유 및 가스 탐사, 대체 에너지 및 배터리 저장 애플리케이션, 군사 및 방위 무기 시스템 등 주요 산업에서 사용되는 일부 목록이 있습니다. PAI는 높은 치수 안정성, 내화학성 및 낮은 가스 방출로 인해 반도체 웨이퍼 취급 애플리케이션, 테스트 소켓 및 네스트에 사용됩니다. Drake가 개발한 가공 가능한 스톡 형상 등급은 TiO2를 사용하지 않고 Drake PAI 4200으로지정되어 반도체 공정에서 티타늄 오염에 대한 우려도 해결합니다.
폴리아미드-이미드 가공 과제 및 경화 후 이점
PAI는 업계에서 압출 및 사출 성형이 까다로운 재료로 인정받고 있습니다. PAI의 고유한 특성으로 인해 압출 성형 및 기계 가공 및 성형 부품에서 폴리머의 최적의 특성을 달성하려면 고도의 가공 전문 지식이 필요합니다.
가공 과제 중에는 높은 유리 전이 온도 또는 연화점(Tg), 매우 민감한 전단 속도 및 용융 점도를 제어하기 위한 매개 변수, 600°F(315°C) 이상의 온도에서 좁은 가공 범위 등이 있습니다.
폴리아미드-이미드는 또한 습기에 매우 민감합니다. 사전 건조는 필수적이며, 습기로 인해 분자량과 물리적 특성이 저하되지 않도록 공정 조건을 엄격하게 모니터링하고 유지해야 합니다.
폴리아미드-이미드는 가공 후 최대 500°F(260°C)까지 정밀하게 단계별 온도 사이클에 따라 장시간 열 후 경화해야 합니다. 이 필수 단계가 제대로 구현되면 이미드화 공정이 완료되고 PAI의 분자량이 최적의 특성을 달성하는 수준으로 향상됩니다.
증가하는 PAI 재고 형상 및 부품에 대한 수요를 충족할 수 있는 용량
1970년 폴리아미드-이미드가 상업적으로 도입된 이래, 소수의 전문 업체만이 압출 및 성형 PAI 제품 분야에서 인정받는 전문 업체로 성장했습니다. 특히 드레이크는 제품 및 공정 개발에 지속적으로 투자하고 있으며, 전 세계적으로 폴리아미드-이미드 재고 형상 및 부품을 신속하고 안정적으로 공급하고자 하는 고객의 증가하는 수요를 지원하기 위해 충분한 역량을 유지하고 있습니다.
