PDF《Torlon》

SPECIALTY POLYMERS Torlon? PAI 设计指南 Torlon ? 目录 i 目录 引言.

1 Torlon? 聚酰胺-酰亚胺树脂(PAI).

1 高性能的 Torlon 聚合物.2 物理特性.2 性能特性.5 机械特性.5 极限温度下的拉伸强度和挠曲强度?.

5 超高温.5 根据美国材料试验协会(ASTM)的试验方法 D638 得到的拉伸特性.

6 超低温.6 挠曲模量?C 高温下的刚度.

6 应力―应变关系.7 压缩特性.8 耐循环应力性.9 疲劳强度.9 耐冲击性.10 断裂韧度.11 热稳定性.12 热重分析.12 长时间受热的影响.12 UL 相对热指数.

12 热老化后的特性保持.12 比热.13 导热率.13 线性热膨胀系数(CLTE).

14 线性热膨胀系数(CLTE)测试方法.

14 影响线性热膨胀系数(CLTE)的因素.

14 部件厚度.14 温度范围和相变化.14 加工参数.14 增强.14 部件的几何形状.14 抗蠕变性.15 可燃性.17 氧指数.17 NBS 烟气密度.

17 毒气排放试验.17 点燃特性.17 UL

94 可燃性标准.

18 水平燃烧试验.18

20 MM 垂直燃烧试验.

18 联邦航空管理局(FAA)可燃性.

19 UL

57 电气照明器材.

19 各种环境中的性能.20 耐化学性.20 耐航空和汽车工作液的能力.21 汽车润滑液.21 飞机液压液(Skydrol? 500B).

21 飞机汽轮机油,有应力和无应力作用.22 应力下的耐化学性.22 水的影响.22 吸收速度.22 恒定湿度下的平衡吸收.23 尺寸变化.23 尺寸和特性的恢复.23 机械特性和电特性的变化.23 骤然高温暴露的约束条件.24 日晒色牢度(Weather-Ometer? )试验.25 抗伽马辐射性.25 电特性.26 用于绝缘的 Torlon 聚合物.26 在需要耐磨损场合的应用.27 Torlon PAI 耐磨损牌号的介绍.27 轴承设计方案.27 磨损率的关系式.27 计算压力和速度.27 轴承.27 止推垫圈.28 PV 极限值概念.

28 测量耐磨损性.29 Torlon 耐磨损牌号.29 接触面对磨损率的影响.31 有润滑的耐磨损性.31 耐磨损性与后固化处理.32 轴承设计.33 ii 行业和机构认证.34 ASTM D5204 聚酰胺-酰亚胺树脂(PAI) 注塑和挤塑成型材料的标准分类体系.34 联邦航空管理局.34 MIL-P-46179A 军用规范.

34 美国航空和航天管理局.34 汽车工程师协会的航空航天材料规范.34 保险商实验所.34 垂直可燃性.34 连续使用.34 结构设计.35 材料效率―比强度和比模量.35 几何形状和载荷考虑.36 应力和挠曲公式的应用实例.36 例1:短期载荷.36 例2:稳定载荷.36 例3:循环载荷.37 应力集中.37 Torlon 树脂的最大工作应力.38 采用 Torlon 树脂的设计.

39 加工方式.39 注塑.39 挤塑.39 压塑成型.39 Torlon 部件的后固化处理.40 Torlon 部件的设计原则.40 壁部.40 壁厚的转变.40 脱模角度.40 模芯.41 加强筋结构.41 凸台.41 咬边.41 模塑嵌入件.41 螺纹.41 孔.41 二次加工.42 接合.42 机械接合技术.42 拉扣配合:既经济又简单.42 螺纹扣固件.42 自动攻丝螺钉.42 模塑嵌入件.42 螺纹机械嵌入件.42 模塑螺纹.42 Torlon 树脂制成的螺栓强度.

42 螺钉咬合强度.43 过盈配合.43 超声嵌入件.43 其它的机械接合技术.43 用粘合剂粘合.43 粘合剂的选择.43 各种 Torlon PAI 牌号的粘合.

44 表面的准备.44 粘合剂的应用.44 固化处理步骤.44 各种粘合剂的粘合强度.44 Torlon 部件与金属的粘合.

44 Torlon 树脂部件的机加工原则.46 应对机加工部件进行再固化.46 索引.47 目录 iii 表表1:Torlon 工程聚合物.1 表2:牌号和说明.2 表3:典型特性?C 国际制单位.

3 表4:典型特性?C 美制单位.

4 表5: 按照 ASTM D1708 方法得到的拉伸特性.......

6 表6: Torlon 模塑树脂在 -196°C 下的特性.6 表7:按照 ASTM D695 方法得到的压缩特性.8 表8: 3.2?mm 试棒的耐伊佐德(Izod)冲击.

10 表9: 聚酰胺-酰亚胺兼顾了断裂韧度和高的 玻璃转化温度.11 表10:Torlon 树脂的相对热指数.12 表11: Torlon 4203L 热老化后的特性保持.

13 表12:Torlon 聚合物的比热.13 表13:Torlon 树脂的导热率.13 表14: Torlon 树脂和部分金属的线性热膨胀系 数(CLTE).

14 表15:根据 ASTM D2863 得到的氧指数.17 表16:NBS 烟气密度.

17 表17:联邦航空管理局(FAA)毒气排放试验. .......

17 表18:Torlon 4203L 的点燃特性.

18 表19: UL 对材料分类的标准.

18 表20: 由保险商实验所制定的垂直可燃性标准 (UL 94).

19 表21:联邦航空管理局(FAA)垂直可燃性.

19 表22: 电气照明器材的可燃性要求(UL 57). .......

19 表23: Torlon 4203L 在93°C 的温度下,

24 小时后的耐化学性.20 表24: 在149°C 的汽车润滑液中浸渍后的特性 保持率.21 表25: 在150°C 的福特自动变速器油中 1,500 小时后的影响.21 表26: 在飞机液压液中浸渍后的拉伸强度?.

21 表27: 吸水量为 2% 时Torlon 4203L 的特性变化...

23 表28:重要的电指标.26 表29:Torlon 树脂的电特性.26 表30: 磨损系数和摩擦系数,干燥环境.30 表31: 采用不同金属接触面时 Torlon

4301 的 磨损特征.31 表32:Torlon

4301 有润滑的耐磨损性.31 表33: 磨损系数和摩擦系数,有润滑环境.31 表34: Torlon 聚合物及部分金属的比强度和比 模量.35 表35: 注塑成型 Torlon 树脂的最大工作应力.38 表36: 壁厚与嵌入件外径(OD)之间的关系.

41 表37:HeliCoil 嵌入件的强度.

42 表38:Torlon 螺栓的强度.43 表39: Torlon PAI 螺纹的螺钉咬合强度?.

43 表40: Torlon PAI 与Torlon PAI 之间粘合的剪 切强度.45 表41:Torlon PAI 与金属之间粘合的剪切强度.......

45 表42: Torlon 树脂部件的机加工原则.46 iv 图图1:聚酰胺-酰亚胺的结构.1 图2: Torlon 树脂具有出色的拉伸强度?.

5 图3: Torlon 树脂在宽广的温度范围内具有高的 挠曲强度.5 图4: 在204°C,增强 Torlon 树脂的拉伸强度 超过其它竞争对手的增强塑料.5 图5: 在204°C,增强 Torlon 树脂的挠曲强度 超过竞争对手的增强塑料.5 图6:Torlon 聚合物的挠曲模量.6 图7: 在204°C,增强 Torlon 的挠曲模量超过 其它竞争对手的增强塑料.7 图8: 在23°C 受张力的应力-应变曲线,采用 ASTM D638 Type

1 试样.

7 图9: 图8在23°C 的局部应力-应变曲线.7 图10: 各种 Torlon 树脂在 200°C 时受张力的 应力-应变曲线.7 图11: Torlon 4203LF 在各种温度时受张力的 应力-应变曲线.

7 图12: Torlon 树脂在 30?Hz 下的挠曲疲劳强度.......

9 图13: Torlon

7130 和4230L 在30?Hz 下的拉 伸/拉伸疲劳强度,A?比值为:?0.90.9 图14: Torlon

7130 在2?Hz 下的拉伸/拉伸低循 环疲劳强度,A?比值为:?0.90.

10 图15: Torlon 树脂在 177°C,30?Hz 下的高温 挠曲疲劳强度.10 图16: Torlon 树脂与竞争对手的材料的耐伊佐 德(Izod)冲击比较.

10 图17: 紧凑拉伸试样.11 图18: Torlon?4203L 的热重分析.12 图19: Torlon 树脂在 250°C 下热老化后仍保持 强度.13 图20: Torlon 4203L 在23°C 下的应变与时间 的关系.15 图21: Torlon

4275 在23°C 下的应变与时间的 关系.15 图22: Torlon

4301 在23°C 下的应变与时间的 关系.15 图23: Torlon

5030 在23°C 下的应变与时间的 关系.15 图24: Torlon

7130 在23°C 下的应变与时间的 关系.15 图25: Torlon 4203L 在204°C 下的应变与时间 的关系.16 图26: Torlon

4275 在204°C 下的应变与时间 的关系.16 图27: Torlon

4301 在204°C 下的应变与时间 的关系.16 图28: Torlon

5030 在204°C 下的应变与时间 的关系.16 图29: Torlon

7130 在204°C 下的应变与时间 的关系.16 图30: Torlon 聚合物在 23°C,50% 相对湿度 时的吸水性.22 图31: Torlon 聚合物在 43°C,90% 相对湿度 时的吸水性.22 图32: 平衡水分吸收与相对湿度的关系?.

23 图33: Torlon 聚合物在 23°C,50% 相对湿度 时的尺寸变化.23 图34: Torlon 聚合物在 43°C,90% 相对湿度 时的尺寸变化.23 图35: Torlon 4203L 的热骤变温度与水分含量 的关系.24 图36: Torlon 4203L 的热骤变温度与暴露时间 的关系.24 图37: 暴露于模拟气候环境下,Torlon 4203L 的伸长率基本恒定?.

25 图38: 暴露于模拟气候环境下,Torlon 4203L 的拉伸强度变化.25 图39: 由于伽马辐射导致的?Torlon 4203L 特性 变化.25 图40: 计算轴承的投影面积.27 图41: 止推垫圈的计算实例.28 图42: 材料的磨损率是压力速度乘积(PV)的 函数.29 图43: 止推垫圈试样.29 图44: 在260°C 下长时间固化可改善耐磨损性......

32 图45: 基本轴间隙.33 图46: 高环境温度下的间隙系数?.

33 图47: 压配干涉.33 图48: Torlon 树脂与金属之比强度的对比?.

35 图49: 实例中所用的梁.36 图50: 圆形应力集中源的应力集中因子 (弹性应力,轴向拉伸)37 图51: 不同壁厚之间的逐渐过渡?.

40 图52: 需要考虑的脱模因素.40 引言

1 引言 Torlon? 聚酰胺-酰亚胺树脂 (PAI) 欲在极高温度和应力条件下获得可靠的性能,请采用 Torlon 聚合物.由Torlon 工程聚合物制成的部件超乎一 般热可塑塑料所能考虑的使用状况.这正是为什么航天飞 机的零部件、汽车变速器以及许多其它关键部件都是采用 Torlon 聚合物注塑成型的.经过许多行业的考验,如电气 和电子工业、商用设备、航空航天、交通运输、加工制程 以及重工业等,Torlon 部件都能面对设计的挑战. 或许其它的一些工程塑料可以在 260°C 的条件下工作, 但Torlon 聚合物在这样的严苛温度下仍能保持其优异的 强度.在高温塑料中,Torlon 聚合物具有可注塑成型的优 势.这意味着精确的复制功能和低单位成本,使Torlon 聚 合物能低成本地解决困难设计问题. 本手册将向读者介绍 Torlon 聚合物产品系列.通过大量的 图形和列表,展现了 Torlon 聚合物的物理特性和承载能 力.设计原则的研讨和二次加工的说明主要集中在高性能 Torlon 部件的实际制作方面.通过使用本手册,设计者可 以将这些优异性能的塑料应用于各自的特定需求中. Solvay Specialty Polymers 的Torlon 高性能聚合物是一种 聚酰胺-酰亚胺树脂,其一般结构为: 图1:聚酰胺-酰亚胺的结构 O O N N H Ar O 多变化的应用对材料的耐高温、高强度以及具有经济性的 注塑成型的要求不同,因此需要多种 Torlon 商品级产品, 其可分为两大类:高强度牌号和耐磨损牌号. 高强度牌号在高温下,甚至在相当大的应力下,具有和金 属差不多的性能.这类牌号适用于制造需要反复使用的精 密机械和承载部件. 耐磨损牌号中的添加剂,使Torlon 聚酰胺-酰亚胺树脂的 内在润滑性得到了进一步的提高.无论是在有润滑还是无 润滑的环境中,由Torlon 聚合物制成的运动部件都能可靠 地工作. 表1:Torlon 工程聚合物 高强度 耐磨损(1) 4203L(2)

4301 5030

4275 7130

4630 4435

4645 (1) 产品按耐磨损性增大的顺序列出 (2)

4203 具有与 4203L 相同的特性 只有 Torlon 工程聚合物才能提供下列综合性能: ? 从低温到 260°C 都能正常工作 ? 出色的机械强度 ? 易加工 ? 低可燃性和低生烟性 ? 疲劳强度 ? 冲击强度 ? 抗蠕变性 ? 耐磨损性 ? 低膨胀系数 ? 优异的热稳定性 ? 耐航空和汽车工作液的能力

2 高性能的 Torlon 聚合物 Torlon 聚酰胺-酰亚胺树脂是一类能真正提供优异性能, 并可注塑成型的热可塑性材料.由于产品的最终用途各种 各样,因而开发了多种不同牌号的产品,每个牌号都有各 自的最佳特性. 如果您的应用需要一种特殊的改性牌号,我们可以调配生 产出符合您要求的 Torlon 聚合物. 本页描述了 Torlon 产品系列并列出了其建议的通常的应用 领........