聚醚酰亚胺 (PEI) 具有出色的热学、机械和电学特性，已在汽车、航空航天、工业等高性能应用中占据一席之地。

详细探索聚醚酰亚胺及其机械、热学、电气等关键特性，了解是什么使其成为高端工程应用的理想选择。此外，了解其生产工艺和加工这种聚合物材料的条件。我们先从了解PEI的基本特征开始

一、概述

01.用于改善加工性能的聚醚酰亚胺

聚酰亚胺是一种相对较新的特种塑料材料，具有以下特点：

高强度热稳定优异的机械性能耐高温性等等……

聚酰亚胺的特征基团是酰亚胺基团或-C=ONC=O-基团。

已开发出聚醚酰亚胺以克服与聚酰亚胺相关的挑战，即该聚合物系列不易熔融加工，并且成品部件往往相当昂贵。

将适当的醚键结合到聚酰亚胺分子链中提供了足够的柔韧性，以实现良好的熔融加工性能，同时保留了具有优异机械和热性能的芳族酰亚胺特性。

酰亚胺具有高温性能醚基可以进行熔融加工

聚醚酰亚胺最初由通用电气公司（现称为 SABIC）于 1982 年开发，商品名为 ULTEM™ 树脂。

聚醚酰亚胺 (PEI) 的分子结构

今天，PEI 可从多家供应商处获得，例如：SABIC、RTP Company、Lehmann & Voss、Quadrant、PolyOne 等。

聚醚酰亚胺 (PEI) 是一种无定形工程热塑性塑料，具有耐高温性、出色的机械和电气性能。

分子式：[C37H24O6N2]分子量：592.61 g/g-mol

这种高性能聚合物还具有高拉伸强度、良好的阻燃性和低烟雾排放，使其成为汽车、电气、医疗和其他工业应用的理想材料。

聚醚酰亚胺的耐高温性能可与聚酮、聚砜和聚苯硫醚相媲美。

02.聚醚酰亚胺的合成

PEI是通过四羧酸二酐等双酚A二酐（由双酚A与邻苯二甲酸酐反应生成）与间苯二胺等二胺的缩聚反应而生成的。

早期的实验工艺涉及昂贵且困难的合成。进一步的发展带来了许多突破，从而简化了、具有成本效益的生产过程。如上图所示，该方法的最后一步涉及二酸酐与间苯二胺的酰亚胺化。PEI 的 Tg 为 217 °C。

03.PEI的主要特性

已经讨论了聚醚酰亚胺的基本特性。除了它们之外，在为所需的最终用途选择特定的热塑性塑料之前，还需要考虑各种其他特性。

PEI 是一种具有琥珀色透明性的无定形热塑性树脂

该树脂具有高变形温度（200°C，264 psi）、高拉伸强度和弯曲模量（480,000 psi）以及在高温下保持良好的机械性能的特点

它具有高强度、刚性、柔韧性、出色的尺寸强度等独特的组合。

此外，该树脂具有良好的电气性能，在很宽的温度和频率范围内（包括微波）都保持稳定

具有良好的抗紫外线和耐候性

PEI 本身就具有阻燃性，无需使用添加剂

它具有 47 的高极限氧指数，结合 NBS 烟雾室结果，显示出所有未填充热塑性塑料中最低的比光密度

聚醚酰亚胺耐醇、酸和烃类溶剂，但可溶于部分卤化溶剂

PEI 还表现出良好的水解稳定性

大多数 PEI 等级具有 VTM-0 的 UL94 阻燃等级，符合 FDA、欧盟食品接触标准和 ISO10993 标准

聚醚酰亚胺树脂可提供用于通用加工方法的非增强级透明树脂以及标准和定制颜色。

它还可以在：

四种玻璃纤维增强等级（10、20、30 和 40% 玻纤），轴承等级，以及多种高温等级

玻璃纤维增强材料在保持基本 PEI 的许多有用特性的同时提供了更大的刚性和尺寸稳定性。玻璃纤维增强材料产生的产品具有异常的强度重量比和更高的拉伸强度。

聚醚酰亚胺 (PEI) 性能对比砜聚合物 资料来源：SABIC

04.与 PEI 相关的限制

非常高的成本 - 适用于高要求的应用低着色性受到极性氯化溶剂、芳烃、醋酸盐等的侵蚀，导致应力开裂（见下表PEI与砜类聚合物的耐化学性）加工前需要长时间干燥注塑成型时的热模

05.如何加工 PEI？

与大多数其他聚酰亚胺不同，PEI 适用于通过以下方法进行加工：

注塑成型挤出成型热成型压塑成型

由于聚合物主链中存在醚键，聚醚酰亚胺可以熔融加工。然而，它仍然保持与聚酰亚胺相似的高温性能。聚合物在加工前应在 140-150°C 下干燥 4 至 6 小时，最大水分含量为 0.01% 至 0.02%。

加工温度：370～400℃更换材料（PC 或 HDPE 在 370-400°）时需要清洗机筒模具温度 65～180°C适合注塑尺寸公差很小的零件

这种聚合物可以很容易地用传统的金属加工工具进行加工、涂漆、热冲压、印刷或金属化。

PEI薄膜是通过熔融挤出和溶剂浇铸工艺制成的，PEI纤维是通过熔融挤出和纺丝制成的。

PEI 的粘合通常通过以下方式进行：

熔断器接合超声波粘接溶剂粘合粘合剂粘合

此外，PEI 是当今广泛使用的树脂材料，可使用 3D 打印为高强度、FST 级和认证应用创建功能原型和生产部件。

二、PEI的主要应用

01.汽车和航空航天市场

由于其被金属、热固性塑料和块状模塑料 (BMC) 取代，聚醚酰亚胺在汽车中的应用不断增加。电气和照明系统是 PEI 在汽车市场中最大的应用领域，其次是引擎盖下的应用。

聚醚酰亚胺用于需要高耐热性、高强度和模量以及广泛的耐化学性的应用。

聚醚酰亚胺在汽车领域主要的应用包括：

传动部件节流阀体点火组件温控器外壳挡板反光板灯座，和机电系统，例如保险丝、齿轮、轴承、电磁阀体、点火开关和油泵驱动器

聚醚酰亚胺还广泛用于汽车照明应用，例如前照灯反射器、雾灯反射器、挡板和灯泡插座。在这些应用中，PEI 因其高耐热性（高达 200°C）、无需底漆即可进行金属化处理以及与热固性塑料相比具有竞争力的系统成本而被选中。

在航空航天应用中，PEI 因其重量轻且导电性能适合 EMI 屏蔽、高耐热性、出色的机械强度等而被推荐使用。它用于喷气发动机部件和飞机内饰板。

由于其被金属、热固性塑料和块状模塑料 (BMC) 取代，聚醚酰亚胺在汽车中的应用不断增加

02.电子电器市场

电气/电子产品是聚醚酰亚胺的第二大重要市场。在电信市场中，对高耐热材料的需求不断增加，尤其是光纤领域的高端连接器。PEI 树脂为薄壁设计提供高耐热性和良好的流动性。

聚醚酰亚胺的其他应用包括：

电气开关和控制装置电机零件印刷电路板，以及连接器

聚醚酰亚胺也用于所谓的模制互连器件 (MID)。这是因为其独特的电镀能力。PEI 允许将电气功能与注塑成型 3-D 机械部件的优势相结合。

影响聚醚酰亚胺在电气/电子应用中进一步使用的主要趋势是新产品的开发。为了满足电子行业对小型化的持续需求，（增加的填充密度和更轻的载体材料）陶瓷填充聚醚酰亚胺等级已经开发出来。这些牌号具有优异的电气和加工性能，并且还可以很容易地金属化。它们适用于下列应用：

在微波范围内工作的电路板以及内部天线电子芯片，以及电容器

聚醚酰亚胺 (PEI) 是一种工程热塑性塑料，已知具有耐高温性、出色的机械和电气性能。

03.一次性和可重复使用的医疗应用

聚醚酰亚胺在医疗领域有几个重要应用。PEI 树脂适用于一次性和可重复使用的医疗器械以及医疗监视器探头外壳。它们具有良好的特性组合：

它们是可高压灭菌的，具有耐化学性和抗脂性它们有透明和不透明等级可供选择

聚醚酰亚胺还可以承受 180°C 的干热灭菌、环氧乙烷气体和伽马辐射。

由于 PEI 的分离、渗透、血液和组织生物相容性特性，PEI 在膜应用中得到广泛应用。典型应用包括用于生物混合应用的膜。PEI 的其他医疗应用包括手术器械手柄和外壳、非植入假体等。

工业应用和电器的金属替代特性

聚醚酰亚胺经常用作金属替代材料。聚醚酰亚胺的常见工业应用如下所列。

HVAC 设备和流体处理系统制造机构厨具

在家用和家用电器中，PEI 广泛用于：

微波炉炊具蒸汽熨斗和卷发棒符合 FDA 食品包装要求的食品包装用双烤箱托盘

聚醚酰亚胺经常用作金属替代材料

三、性能比较：未填充PEI Vs 30%玻纤增强PEI

事先保存有关热塑性塑料特性的信息总是有益的。这有助于为特定应用选择合适的工程热塑性塑料。它还有助于评估是否会满足最终使用要求。

下表包含未填充 PEI 和 30% 玻璃纤维增强 PEI 的所有相关特性。从物理性能、尺寸稳定性、电气性能到防火和热性能，在这里找到所有可能的属性及其值。

性能

未填充的 PEI

30% 玻纤增强 PEI

电气性能

Arc Resistance, sec

128

85

Dielectric Constant

3.1 - 3.2

3 - 4

Dielectric Strength, kV/mm

28 - 33

25 - 30

Dissipation Factor x 10-4

13 - 25

15 - 53

Volume Resistivity x 1015, Ohm.cm

5 - 18

15 - 16

机械性能

Elongation at Break, %

59 - 60

3

Elongation at Yield, %

6.8 - 7.2

3

Flexural Modulus, Gpa

3 - 3.4

9

Hardness Rockwell M

100 - 110

90 - 125

Hardness Shore D

95 - 99

95 - 99

Strength at Break (Tensile), MPa

90 - 100

150 - 160

Strength at Yield (Tensile), MPa

100 - 110

150 - 160

Toughness at Low Temperature (Notched Izod Impact at Low Temperature), J/m

50 - 60

90 - 100

Young's Modulus, GPa

3

9

物理性能

Density, g/cm3

1.27 - 1.3

1.5 - 1.6

Gamma Radiation Resistance

Good

Good

Glass Transition Temperature, °C

215

215

Shrinkage, %

0.7 - 0.8

0.2 - 0.4

Sterilization Resistance (Repeated)

Good

Good

UV Light Resistance

Fair

Fair

Water Absorption 24 hours, %

0.2 - 0.3

0.1 - 0.2

Service Temperature

HDT @0.46 Mpa (67 psi), °C

195 - 210

205 - 212

HDT @1.8 Mpa (264 psi), °C

190 - 200

200 - 210

Min Continuous Service Temperature, °C

170

170

热性能

Coefficient of Linear Thermal Expansion x 10-5, /°C

5 - 6

2

Fire Resistance (LOI), %

46 - 47

50

Flammability, UL94

V0

V0

Thermal Insulation, W/m.K

0.22 - 0.25

0.23 - 0.26

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