1. Szerkezet
A DuPont cég által gyártott PI (Vespel SP) féltermékek a legismertebbek a mérnöki gyakorlatban, bár létezik más gyártmány is. A poliimidtermékek szintén a nagy hőállóságú anyagcsoportba tartoznak. Az alapmolekula szerkezetét az 1. ábra mutatja.
1. ábra Poliimid (PI)
2. Általános jellemzők
Mivel a makromolekula láncában az aromás és heterociklikus részek közel vannak egymáshoz, az anyag fő jellemzői a következők:
- nagy szilárdság széles hőmérsékleti tartományban (-230°C -tól + 370°C-ig.),
- nagy merevség és keménység,
- jó elektromos szigetelés,
- jó tribológiai viselkedés a kompozitváltozatnál,
- jó ellenállás nagy energiájú sugárzással (gamma és röntgen) szemben,
- lángálló (nehezen ég),
- kiváló vegyszerállóság.
A gépészmérnökök által leginkább használt Vespel PI féltermékeknek különleges tulajdonsága, hogy nincs érzékelhető üvegesedési vagy olvadáspontja egészen a le-bomlást okozó 400°C körüli hőmérséklethatárig.
A szilárdság megközelítőleg lineárisan csökken a hőmérséklet emelkedésével. Példaként a 2. és 3. ábra a húzószilárdság és a hajlító rugalmassági modulus változását mutatja be a hőmérséklet függvényében különböző SP poliimideknél.
2. ábra Vespel SP típusok húzószilárdsága a hőmérséklet függvényében
a: SP-1; b: SP-21; c: SP-22; d: SP-211;
3. ábra Vespel SP típusok hajlító rugalmassági modulusa
a hőmérséklet függvényében
a: SP-1; b: SP-21; c: SP-22; d: SP-211
Az alkalmazás felső hőmérséklethatárát az anyag bomlása határozza meg, és nem a lágyulás, ahol az anyag szilárdsága erősen lecsökken. Ezek a poliimidek tartósan üzemelhetnek 290°C-ig, rövidebb időszakokra akár 480°C-ig is. 400°C-ig a tulajdonságokban bekövetkező változások teljes mértékben az oxidáció hatásának köszönhetők. 315°C-ig semleges környezetben (pl. nitrogénben vagy vákuumban) a tulajdonságok változása az idő függvényében (öregedés) elhanyagolhatóan kicsi.
Meg kell jegyezni, hogy az SP jelölés mellett létezik ST jelölésű poliimid is. Míg az SP jelölésű anyagok kristályossági foka jellemzően 25-50% közötti, addig az ST jelölésű anyagok csak 0-5 %-os kristályossággal rendelkeznek.
Az 1. táblázat bemutatja a PI féltermékek néhány jellemző tulajdonságát
1. táblázat
PI műszaki műanyag féltermékek és kompozitjaik tulajdonságai
3. Fő alkalmazási területek
A poliimidtermékek között is léteznek adalékolt, kompozitváltozatok annak megfelelően, hogy milyen tulajdonságot akarnak javítani. A natúr, töltetlen változat (SP1) rendelkezik a maximális szilárdsággal és alakváltozási képességgel (pl. szakadási nyúlás), a legkisebb rugalmassági modulussal és hővezető képességgel. Elektromos szigetelés szempontjából a legkedvezőbb változat. Ennek megfelelően használatos pl. szelepüléknek, tömítésnek, szigetelőnek, egyéb mechanikai igénybevételnek kitett alkatrésznek magas hőmérsékleten.
Tribológiai szempontok alapján javított siklással és kopásállósággal rendelkezik az SP21 és SP22. Az előbbi 15 tömeg% grafitot, míg az utóbbi 40 tömeg% grafitot tartalmaz. További tribológiai kompozitok és javított mérettartású változatok is léteznek, de Európában nem terjedtek el széles körben. Az SP211, SP3, SP221, SP5 jelű Vespel PI változatok jellemző adalékanyagai a grafit mellett a PTFE, MoS2, szénszál, üvegszál.
4. Megmunkálási technológia
Ragasztás
A PI a ragasztható műanyagok közé sorolható. A ragasztóanyaggyártók által forgalmazott „műanyag ragasztó” kategória termékei használhatók. Emelt hőmérsékle-tű üzemmódban a hőállóságokat egyeztetni kell. Minden esetben fontos a precíz felü-let-előkészítés és az adott ragasztóra érvényes gyártói technológiai leírás betartása.
Forgácsolás (esztergálás, marás, fúrás, fűrészelés)
A PI forgácsolása – főleg a kompozitanyagoké – a PAI-hoz hasonló körültekintést igényel. Javasolt a keményfémlapkás szerszámok használata, de éles kivitelben. A forgácsolási paraméterek hasonlítanak az erősített PEEK és PAI forgácsolásához. A javasolt forgácsolási paraméterek a 2. táblázatban találhatók.
2. táblázat
A PI forgácsolási jellemzői
Dr. habil. Kalácska Gábor, egyetemi docens, Szent István Egyetem, Gödöllő