专利名称：基于共聚物的聚酰亚胺制品以及它们在高温应用中的用途的制作方法
技术领域：
塑性材料具有广泛的工业应用，包括某些高温应用。聚酰亚胺可用于某些高温应用，但是可能仍需要具有某些其它物理特性。本文所公开的是基于共聚物的聚酰亚胺制品， 所述制品适用于高温应用，并且仍具有增强的渗透性、耐久性、氧化稳定性、适宜的磨损期限、以及热暴露时的抗缺陷性。
背景技术：
高温操作条件和工业制造需要使用耐受所述条件的材料。一如既往，当前已使用金属、陶瓷、石墨、石棉和其它材料用于高温应用中。塑料已经可用于替代这些材料中的一部分以用于高温应用中。然而，某些应用还需要具有附加特性的材料，例如耐磨性、耐化学品性、低摩擦性、降低磨损性、以及对其应用提供相容性的其它特性。一些应用需要能够很好的耐受高于400摄氏度温度的适宜材料。例如，在约 1400°C至1600°C下实施玻璃生产操作。其它系统如内燃机需要使用能够经受高温并且不因这些高温而快速失效或损耗的材料。可制得适用于高温的用于制造制品或机械部件的材料。然而，随着机械部件的横截面增加，被捕获的受热水分和气体不易到达所述部件的表面区域，从而限制了它们的释放。在此情况下，由于快速热循环的热暴露，机械部件易于产生缺陷如起泡。反复进行的水分暴露和热暴露的循环，也可能发生部件机械特性的逐渐降低，由所测得的塑料玻璃化转变温度(tg)的降低(有时还称为“湿态Tg降低”)证实。石墨已被用于高温应用中，但是易碎，因此缺乏耐久性，不能经受某些应用中所施加的负载，并且达不到许多应用所期望的磨损期限。已使用由塑性材料制得的其它材料，如热固性材料。然而，许多这些材料不适用于高温应用，缺乏强度、耐久性和所需的机械特性，导致比石墨更快损耗。还已使用了一些聚酰亚胺材料，但是许多材料因具体应用的温度范围，或因聚酰亚胺部件无法具有与热暴露时释放受热水分和气体的部件表面区域相比显著的或更大的横截面而具有限制，使得其不适用于高温应用中。本发明的目的是提供制备制品的方法，所述制品由聚酰亚胺组合物制得，其中所述制品适用于高温应用，具有刚性、氧化稳定性、对受热水分和气体的渗透性，以避免因快速热循环或热暴露造成的缺陷。此外，由本发明方法制得的聚酰亚胺部件不易于积累降解的油残留物，而用于相同或类似应用中的基于石墨的材料却是如此。附图简述
图1是根据本公开制得的包含基于共聚物的聚酰亚胺的制品的拉伸强度对压实压力的图示。图2是根据本公开制得的包含基于共聚物的聚酰亚胺的制品的伸长率对压实压力的图示。发明概述
本文公开了制备适用于高温系统的制品的方法，所述系统由仪表和设备组成，所述制品包含基于共聚物的聚酰亚胺组合物，其中所述组合物包含a)芳族四甲酸二酐组分；和b) 二胺组分，所述二胺组分还包含(i)大于60摩尔％至约85摩尔％的对苯二胺，和(ii) 15摩尔％至小于40摩尔％的间苯二胺；其中a)和b)以1 1的比率存在；并且所述方法包括采用压缩形成预定形状的部件；其中用于压缩的压力值为约20，OOOpsi至约 50, OOOpsi以获得多孔制品，所述制品具有水分可渗透性，并且对由热暴露造成的缺陷具有抗性。本文还公开了适用于高温系统的制品，所述系统由仪表和设备组成，所述制品包含基于共聚物的聚酰亚胺组合物，其中所述组合物包含a)芳族四甲酸二酐组分；和b) 二胺组分，所述二胺组分还包含i)大于60摩尔％至约85摩尔％的对苯二胺，和ii) 15摩尔％至小于40摩尔％的间苯二胺；其中a)和b)以1 1的比率存在；并且所述制品是多孔的，并且具有水分可渗透性，并且对由热暴露造成的缺陷具有抗性。发明详述聚酰亚胺材料易于吸收大气中的水分。根据环境，平衡点可大于1重量％。当聚酰亚胺材料被加热时，该水分将释放。然而，如果材料以比该水分逸出速率更快的速率加热时，可能发生起泡。本发明提供了制备适用于高温系统的制品的方法，所述系统由仪表和设备组成。 根据本发明方法制得的制品是这样的制品，其中所述制品是耐用的，在高温应用中随时间的推移是耐磨的，是刚性的，是氧化稳定的，并且对由快速热循环造成的缺陷具有抗性。在本发明方法中，所述制品包含基于共聚物的聚酰亚胺组合物，其中所述组合物包含a)芳族四甲酸二酐组分；和b) 二胺组分，所述二胺组分还包含i)大于60摩尔％至约85摩尔％的对苯二胺，和ii) 15摩尔％至小于40摩尔％的间苯二胺；其中a)和b)以1 1的比率存在；并且所述方法包括采用压缩形成预定形状的部件；其中用于压缩的压力值为约20，OOOpsi至约 50, OOOpsi以获得多孔制品，所述制品具有水分可渗透性，并且对由热暴露造成的缺陷具有抗性。在本发明的一个实施方案中，压缩压力可预定，以制得具有一定所期望密度的制品。在本发明方法的一个实施方案中，所述制品可具有与制品表面区域相比更大的横截面区域，并且所述制品能够通过制品表面区域释放出存在于制品横截面区域中的水分和气体。在本文所公开方法的另一个实施方案中，聚酰亚胺组合物可包含至少一种填料。 用于本发明中的填料是碳质填料，所述碳质填料选自天然石墨、人造石墨和碳纤维；含氟聚合物，包括但不限于聚四氟乙烯；和无机填料，所述无机填料选自高岭石、海泡石；以及它们的混合物。本发明可用于多种高温系统，所述系统由仪表和设备组成。根据本文公开制得的制品可用于替代用于高温的常规材料。例如，根据本文公开制得的制品可用于替代主要由石墨、金属、陶瓷或石棉构成的机械元件、部件。使用本发明的制品，作为对流烘箱、科学仪器中的部件如用于隔离衍射室，用于机动车系统，包括作为排放系统部件、内燃机部件、套管、轴承、垫圈、密封环、垫磨片和滑块。 本文公开部件的其它应用选自再循环系统；离合器系统；泵；涡轮增压器；推力反向器；机舱、襟翼系统；注塑机；传送装置；和拉幅机框。本发明提供了由聚酰亚胺组合物制备成型部件的方法，其中所述部件具有改善的氧化稳定性和优异的拉伸特性。此类成型部件可用于高温应用中，或用于400 V或更高温度下操作的应用中。由本发明方法制得的制品的其它应用包括科学仪器、对流烘箱、受热的传送装置、机动车应用以及航空航天发动机。采用本发明方法制得的部件和其它制品也可用于下列中机动车发动机；其它车辆子系统如尾气再循环系统和离合器系统；泵；非飞机用喷气发动机；涡轮增压器；材料加工设备如注塑机；材料处理设备如传送装置、压带机和拉幅机框；以及薄膜、密封件、垫圈、轴承、套管、垫片、垫磨片、密封环、滑块和按销、以及其中期望低磨损的其它应用。在一些应用中，当装配并且正常使用其中存在根据本文公开方法制得的部件或其它制品的设备时，使根据本文公开方法制得的部件或其它制品与金属接触至少一段时间。术语“刚性聚酰亚胺”是指聚酰亚胺单元中不存在柔性连接基。用于制备本发明共聚物聚酰亚胺的芳族四甲酸二酐组分包括均苯四甲酸二酐 (PMDA)、3，3’ 4，4’ -联苯四甲酸二酐(BPDA)、以及任何其它刚性芳族二酸酐。当使用BPDA 作为二酸酐组分时，获得最佳结果。就本发明优选实施方案而言，采用溶液亚胺化方法来提供具有下列重复单元的刚性芳族聚酰亚胺组合物
权利要求
1.制备适用于高温系统的制品的方法，所述系统由仪表和设备组成，所述制品包含基于共聚物的聚酰亚胺组合物，其中所述组合物包含a)芳族四甲酸二酐组分；和b)二胺组分，所述二胺组分还包含(i)大于60摩尔％至约85摩尔％的对苯二胺，和(ii)15摩尔％至小于40摩尔％的间苯二胺；其中a)和b)以1 1的比率存在；并且所述方法包括采用压缩形成预定形状的部件；其中用于压缩的压力值为约20，OOOpsi至约 50, OOOpsi以获得多孔制品，所述制品具有水分可渗透性，并且对由热暴露造成的缺陷具有抗性。
2.权利要求1的方法，其中所述压缩压力为约35，OOOpsi至约45，OOOpsi。
3.权利要求1的方法，其中所述压缩压力为约40，000psi。
4.权利要求1的方法，其中所述制品具有与所述制品表面区域相比更大的横截面区域，并且所述制品能够通过所述制品表面区域来释放出存在于所述制品横截面区域中的水分和气体。
5.权利要求1的方法，其中所述聚酰亚胺组合物包含至少一种填料或添加剂。
6.权利要求5的方法，其中所述填料为碳质填料，所述碳质填料选自天然石墨、人造石墨和碳纤维。
7.权利要求6的方法，其中所述填料为含氟聚合物，并且所述含氟聚合物选自聚四氟乙火布ο
8.权利要求5的方法，其中所述填料选自高岭石、海泡石以及它们的混合物。
9.由权利要求1的方法制得的制品。
10.根据权利要求9的制品，其中所述制品适用于科学分析仪器以隔离衍射室。
11.根据权利要求9的制品，其中所述制品适用于对流烘箱或加热的传送装置。
12.根据权利要求9的制品，其中所述制品适用于机动车发动机或机动车子系统。
13.根据权利要求12的制品，其中所述机动车子系统选自尾气再循环系统、离合器系统、泵、和涡轮增压器。
14.根据权利要求12的制品，其中所述制品为密封件、垫圈、轴承、套管、垫片和密封环。
15.适用于高温系统的制造制品，所述系统由仪表和设备组成，所述制品包含基于共聚物的聚酰亚胺组合物，其中所述组合物包含a)芳族四甲酸二酐组分；和b)二胺组分，所述二胺组分还包含i)大于60摩尔％至约85摩尔％的对苯二胺，和ii)15摩尔％至小于40摩尔％的间苯二胺； 其中a)和b)以1 1的比率存在；并且所述制品是多孔的，并且具有水分可渗透性，并且对由热暴露造成的缺陷具有抗性。
全文摘要
本文公开了制备适用于高温应用的聚酰亚胺制品的方法。本文所公开的制品是刚性的，氧化稳定的，耐磨的，以及受热水分和气体可渗透的，并且包含基于共聚物的聚酰亚胺和至少一种添加剂或填料，并且使用20,000至50,000psi的压缩压力制得。
文档编号F02M25/00GK102356115SQ201080012382
公开日2012年2月15日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年3月17日
发明者J·L·卢丁, J·P·坎宁安 申请人:纳幕尔杜邦公司