Polieterimmide (PEI) Panoramica
La polieterimmide (PEI) è un membro della famiglia dei materiali poliimmidici ad alte prestazioni che comprende anche la poliammide imide (PAI). Termoplastico amorfo, la struttura polimerica del PEI comprende legami eterei (E) alla struttura molecolare della poliimmide (PI). Questa modifica consente al PEI di essere lavorato per fusione mediante stampaggio a iniezione ed estrusione, una limitazione dei materiali poliimmidici tradizionali come il Vespel® PI.
Nella sua forma di base, la polieterimmide è di colore ambrato trasparente. Le sue prestazioni sono caratterizzate da un elevato rapporto resistenza/peso con mantenimento della resistenza fino a 390°F (200°C), resistenza a lungo termine all’ossidazione termica, buone proprietà elettriche e resistenza intrinseca agli agenti chimici e alla fiamma. Il PEI è riconosciuto anche per il mantenimento delle proprietà dopo un’esposizione prolungata al vapore e all’acqua calda, un vantaggio per le apparecchiature di lavorazione degli alimenti e per le applicazioni mediche che richiedono una pulizia o una sterilizzazione aggressiva.
La proliferazione di gradi di PEI dalla sua introduzione comprende diversi livelli di rinforzo in fibra di vetro che aumentano la resistenza strutturale del termoplastico ad alte prestazioni.
La Divisione Plastica della General Electric Company ha sviluppato e commercializzato la polieterimmide nel 1982 con il marchio UltemTM PEI. Il settore delle materie plastiche, con il suo ampio elenco di polimeri tra cui Ultem PEI, un materiale esclusivo di GE, è stato successivamente acquisito da SABIC Plastics.
Gradi di resina PEI, fornitori
SABIC rimane l’unico produttore di resine Ultem PEI e rifornisce il mercato globale dagli stabilimenti negli Stati Uniti e in Spagna.
Dalla forma iniziale trasparente del materiale, la linea di prodotti Ultem PEI si è espansa rapidamente per soddisfare i requisiti di un elenco crescente di applicazioni in diversi settori. È stata aggiunta un’ampia gamma di colori standard e personalizzati per servire le applicazioni aeronautiche, mediche e alimentari. Le diverse forme di Ultem PEI includono pellet modellabili ed estrudibili e polveri di rivestimento per soddisfare i metodi di produzione e le applicazioni più comuni per il materiale. Molti dei gradi pellettizzati per stampaggio ed estrusione contengono anche additivi per migliorare la lavorabilità.
Tra i gradi modificati per le prestazioni, le formulazioni rinforzate con vetro sono particolarmente diffuse per le applicazioni strutturali in ambienti severi, dove la resistenza intrinseca del PEI alle alte temperature, al vapore pressurizzato e a molti prodotti chimici aggressivi risulta vantaggiosa.
Forme a stock di PEI; Ultem 2300 PEI Seamless Tube® di Drake
Diversi gradi non caricati e modificati di Ultem PEI sono prontamente disponibili nell’industria delle forme a stock come barre e lastre lavorabili. Drake offre anche questi prodotti su richiesta.
Uno dei gradi di PEI rinforzato con fibre ad altissime prestazioni più utilizzati è il PEI Ultem 2300 rinforzato con il 30% di vetro. È anche il principale materiale PEI di Drake Plastics, con prodotti disponibili sotto forma di Seamless Tube® e di parti lavorate e stampate a iniezione. Altre forme e gradi di Ultem PEI sono disponibili su richiesta, in genere con minimi modesti.
Un’esclusiva configurazione lavorabile sviluppata da Drake, il tubo senza saldatura Ultem 2300 raggiunge un livello di prestazioni superiore a quello dei pezzi lavorati da barre e lamiere. La sua configurazione senza saldature elimina i problemi associati alle linee di saldatura comuni nei tubi termoplastici estrusi a parete pesante. Offre inoltre un’economia convincente per i componenti le cui configurazioni si prestano alla lavorazione da tubo piuttosto che da barra.
Caratteristiche prestazionali di Ultem 2300 PEI
L’aggiunta del 30% di fibre di vetro fresate conferisce a Ultem 2300 PEI un aumento sostanziale della rigidità e della stabilità dimensionale alle temperature estreme rispetto ai gradi non caricati, pur mantenendo i vantaggi prestazionali intrinseci del polimero.
Le proprietà termiche di Ultem 2300 PEI sotto carico gli valgono una posizione adeguata all’interno della famiglia relativamente ristretta dei materiali ad altissime prestazioni. Ha una temperatura di transizione vetrosa (Tg) di 419°F (215°C). Il 30% di rinforzo in fibra di vetro aumenta la temperatura di deformazione termica a 410°F (210°C), circa il 10% in più rispetto al grado non rinforzato. Per quanto riguarda la stabilità dimensionale in presenza di forti variazioni di temperatura, il suo coefficiente di espansione termica lineare (CLTE) di 1,1 E-5/°F (1,98 E-5/°C) rivaleggia con l’alluminio per aerei.
Resistenza e stabilità strutturale
I gradi non rinforzati di Ultem PEI offrono rigidità intrinseca e stabilità alle alte temperature sotto carico. L’aggiunta del 30% di rinforzo in fibra di vetro consente a Ultem 2300 di compiere un importante passo avanti nel comportamento strutturale. Il suo modulo di flessione di 1.300.000 psi (8.960 MPa) è oltre due volte e mezzo superiore a quello dell’Ultem PEI non rinforzato, e fa sì che il grado 2300 sia spesso indicato per applicazioni di manipolazione di sostanze chimiche che comportano carichi fisici elevati in prossimità della sua temperatura di transizione vetrosa.
Stabilità idrolitica
Come tutti i gradi Ultem PEI, Ultem 2300 PEI resiste al degrado delle proprietà fisiche se sottoposto a vapore e all’esposizione all’acqua per periodi prolungati. Il suo basso assorbimento di umidità (0,90% in peso a saturazione) e la conseguente stabilità dimensionale lo rendono un buon candidato per i componenti di pompe e connettori elettrici che richiedono resistenza alla temperatura e agli agenti chimici e un’elevata forza, oltre al mantenimento di dimensioni precise in condizioni di umidità.
Elevata rigidità dielettrica
Le proprietà elettriche intrinseche del polimero Ultem PEI si applicano anche all’Ultem 2300 rinforzato con vetro. Misurando 770 V/mil in olio e 630 V/mil in aria, la rigidità dielettrica di Ultem 2300 si traduce in frequenti specifiche per il termoplastico ad alte prestazioni nell’isolamento elettrico e nei componenti di isolamento. Le applicazioni tipiche includono connettori elettrici, alloggiamenti e corpi di dispositivi, bobine e morsettiere. La resina di base di Ultem PEI offre la più alta rigidità dielettrica di qualsiasi altro materiale termoplastico disponibile sul mercato (indipendentemente dal fatto che si tratti di un polimero semicristallino o amorfo).
Resistenza alle cricche da stress ambientale
Ultem PEI supera molti altri materiali termoplastici amorfi in termini di resistenza chimica grazie alla sua struttura polimerica a base di poliimmide. La termoplastica ad alte prestazioni resiste all’esposizione alla maggior parte dei fluidi per autoveicoli e aerei, agli idrocarburi alifatici, agli alcoli, agli acidi e alle soluzioni acquose deboli. A causa della variabilità delle concentrazioni chimiche, delle temperature e dei carichi fisici, tutte le applicazioni di Ultem PEI e di qualsiasi altro materiale devono essere testate in condizioni reali per determinarne l’idoneità all’uso.
Infiammabilità e generazione di fumo
Ultem 2300 PEI, come la maggior parte dei gradi di PEI, presenta una resistenza intrinseca alla fiamma senza la necessità di additivi ignifughi. Ha un indice di limitazione dell’ossigeno (LOI) del 50% ed è classificato UL94 V-0 e 94 V5A in spessori specifici testati UL. Il PEI rinforzato con il 30% di vetro genera anche una bassa emissione di fumi, il che lo rende un candidato per alcuni componenti strutturali ed elettrici degli aerei.
Vantaggi in termini di prestazioni e costi: Ultem 2300 PEI Seamless Tube® di Drake
Drake Plastics ha sviluppato la tecnologia di processo Seamless Tube® per superare i problemi di prestazione associati all’integrità della linea di saldatura nei tubi estrusi a parete pesante. Questa configurazione unica della forma del grezzo offre numerosi altri vantaggi sia in termini di prestazioni che di costi per i pezzi e i componenti lavorati.
Maggiore resistenza
Il tubo senza saldatura Ultem 2300 PEI di Drake presenta una resistenza a cerchio molto più elevata rispetto alle configurazioni tubolari ricavate da barre. Test di scoppio indipendenti dimostrano che il tubo senza saldatura offre una resistenza doppia alla rottura, un fattore importante per i componenti sottoposti a pressioni e carichi interni o esterni elevati.
Poiché il tubo senza saldatura è prodotto con un flusso uniforme in tutta la sezione trasversale, elimina le linee di “saldatura” deboli e resiste a carichi radiali interni o esterni molto più elevati.
Stabilità dimensionale migliorata
Il tubo senza saldatura Ultem 2300 PEI di Drake ha un coefficiente di espansione termica lineare (CLTE) sia per il diametro esterno che per il diametro interno che corrisponde perfettamente ai valori di flusso della scheda tecnica della resina del fornitore. Questa coerenza deriva dall’esperienza di Drake Plastics nella produzione di tubi senza saldatura con orientamento uniforme delle fibre lungo l’intera circonferenza.
Maggiore controllo della tolleranza nella lavorazione
I clienti che lavorano Drake riferiscono di un migliore controllo delle tolleranze, soprattutto per quanto riguarda la rotondità e la concentricità, con i tubi senza saldatura rispetto alle barre e alle lamiere.
Quando i pezzi cilindrici sono lavorati da barra, il loro diametro esterno può ridursi quando il materiale viene estratto per ottenere una configurazione circolare. Questo perché durante l’estrusione per fusione di una barra termoplastica, la massa di materiale al centro della barra si raffredda tipicamente a una velocità lenta, producendo un livello di stress interno diverso rispetto alla porzione esterna che si raffredda più rapidamente. L’anima “lega” anche l’area esterna dell’asta. Quando viene lavorata, la differenza di sollecitazione interna dell’anima rispetto al perimetro dell’asta può causare la distorsione della parte lavorata, che assume una forma ovale.
Il tubo senza saldatura in PEI Ultem 2300 di Drake elimina il materiale d’anima e dimostra un comportamento costante su tutta la sezione trasversale quando viene lavorato.
Riduzione della perdita di materiale e dei tempi di lavorazione
Con il tubo senza saldatura Ultem 2300 PEI, la foratura è eliminata e le dimensioni e la tolleranza dell’ID possono essere lavorate in modo rapido e preciso. Ciò riduce significativamente la perdita di materiale associata alla lavorazione di configurazioni circolari mediante carotaggio dell’asta. Inoltre, riduce le ore di foratura e l’usura degli utensili, che possono essere significative con materiali abrasivi rinforzati con fibre come Ultem 2300 PEI.
Combinazioni OD/ID con tempi di consegna rapidi
Il tubo senza saldatura Ultem 2300 PEI serve molte operazioni di manutenzione e riparazione nel settore petrolifero e del gas e in altri settori in cui la rapidità di esecuzione è fondamentale per il mantenimento delle operazioni. Drake produce una vasta gamma di combinazioni OD/ID del tubo senza saldatura Ultem 2300 PEI per un rapido turn-around. La gamma di dimensioni consente inoltre di ottimizzare i materiali e la lavorazione, vantaggi che si allineano esattamente alla filosofia di produzione snella di Drake.
Applicazioni tipiche del tubo senza saldatura in PEI Ultem 2300
- Componenti strutturali, anelli, guarnizioni nelle apparecchiature per il trattamento del petrolio e del gas e delle sostanze chimiche.
- Isolatori termici; isolatori elettrici e isolatori.
- Componenti strutturali per aerei, connettori elettrici, alloggiamenti per componenti e luci.
- Blocchi di connettori elettrici, corpi e bobine.
