專利名稱：基于共聚物的聚酰亞胺制品以及它們在飛行器中的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
塑性材料具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用，包括某些高溫應(yīng)用。聚酰亞胺可用于某些高溫應(yīng)用，但是可能仍需要具有某些其它物理特性。本文所公開的是基于共聚物的聚酰亞胺制品， 所述制品適用于高溫應(yīng)用，并且仍具有增強(qiáng)的滲透性、耐久性、氧化穩(wěn)定性、理想的磨損期限、以及暴露于熱時(shí)的抗缺陷性。
背景技術(shù)：
高溫操作條件和工業(yè)制造需要使用耐受所述條件的材料。一如既往，當(dāng)前已使用金屬、陶瓷、石墨、石棉和其它材料用于高溫應(yīng)用中。塑料已經(jīng)可用于替代這些材料中的一部分以用于高溫應(yīng)用中。然而，某些應(yīng)用還需要具有附加特性的材料，例如耐磨性、耐化學(xué)品性、低摩擦性、降低的磨損性、以及對其應(yīng)用提供相容性的其它特性。一些應(yīng)用需要能夠耐受顯著高于400攝氏度溫度的適宜材料。例如，玻璃生產(chǎn)操作是在約1400°C至1600°C下實(shí)施的。其它系統(tǒng)如內(nèi)燃機(jī)需要使用能夠經(jīng)受高溫并且不因這些高溫而快速失效或損耗的材料?？芍频眠m用于高溫的用于制造制品或機(jī)械部件的材料。然而，隨著機(jī)械部件的橫截面增加，被捕獲的受熱水分和氣體不易到達(dá)所述部件的表面區(qū)域，從而限制了它們的釋放。在此情況下，由于快速熱循環(huán)的暴露于熱，機(jī)械部件易于產(chǎn)生缺陷如起泡。反復(fù)進(jìn)行的暴露于水分和暴露于熱的循環(huán)也可能發(fā)生部件機(jī)械特性的逐漸降低，所測得的塑料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的降低(有時(shí)還稱為“濕態(tài)Tg降低”)可證實(shí)這一點(diǎn)。石墨已被用于高溫應(yīng)用中，但是其易碎，因此缺乏耐久性，不能經(jīng)受某些應(yīng)用中所施加的負(fù)載，并且達(dá)不到許多應(yīng)用所期望的磨損期限。已使用由塑性材料制得的其它材料，如熱固性材料。然而，許多這些材料不適用于高溫應(yīng)用，缺乏強(qiáng)度、耐久性和期望的機(jī)械特性，導(dǎo)致比石墨劣化得更快。還已使用了一些聚酰亞胺材料，但是許多材料因具體應(yīng)用的溫度范圍，或因聚酰亞胺部件無法具有與暴露于熱時(shí)釋放受熱水分和氣體的部件表面區(qū)域相比顯著的或更大的橫截面而具有限制，使得其不適用于高溫應(yīng)用中。本發(fā)明的目的是提供制備制品的方法，所述制品由聚酰亞胺組合物制得，其中所述制品適用于高溫應(yīng)用，具有剛性、氧化穩(wěn)定性、對受熱水分和氣體的滲透性，以避免因快速熱循環(huán)或暴露于熱造成的缺陷。此外，由本發(fā)明方法制得的聚酰亞胺部件不易于積累降解的油殘留物，而用于相同或類似應(yīng)用中的基于石墨的材料卻是如此。附圖簡述

圖1為根據(jù)本公開制得的包含基于共聚物的聚酰亞胺的制品的拉伸強(qiáng)度對壓實(shí)壓力的圖示。圖2為根據(jù)本公開制得的包含基于共聚物的聚酰亞胺的制品的伸長率對壓實(shí)壓力的圖示。發(fā)明概述
本文公開了制備適用于飛行器的制品的方法，所述制品包含基于共聚物的聚酰亞胺組合物，其中所述組合物包含a)芳族四甲酸二酐組分；和b) 二胺組分，所述二胺組分進(jìn)一步包含(i)大于60摩爾％至約85摩爾％的對苯二胺，和(ii) 15摩爾％至小于40摩爾％的間苯二胺；其中a)和b)以1 1的比率存在；并且所述方法包括采用壓縮形成預(yù)定形狀的部件；其中用于壓縮的壓力值為約20，OOOpsi至約 50, OOOpsi以獲得多孔制品，所述制品具有水分可滲透性，并且對由熱暴露造成的缺陷具有抗性。本文還公開了用于飛行器中的制造制品，所述制品包含基于共聚物的聚酰亞胺組合物，其中所述組合物包含a)芳族四甲酸二酐組分；和b) 二胺組分，所述二胺組分進(jìn)一步包含i)大于60摩爾％至約85摩爾％的對苯二胺，和ii) 15摩爾％至小于40摩爾％的間苯二胺；其中a)和b)以1 1的比率存在；并且所述制品是多孔的，并且具有水分可滲透性，并且對由熱暴露造成的缺陷具有抗性。發(fā)明詳述聚酰亞胺材料易于吸收大氣中的水分。根據(jù)環(huán)境，平衡點(diǎn)可大于1重量％。當(dāng)聚酰亞胺材料被加熱時(shí)，該水分將釋放。然而，如果材料以比該水分逸出速率更快的速率加熱時(shí)，可能發(fā)生起泡。本發(fā)明提供了制備適用于高溫飛行器應(yīng)用的制品的方法。根據(jù)本發(fā)明方法制得的制品是這樣的制品，其中所述制品是耐用的，在高溫應(yīng)用中隨時(shí)間的推移是耐磨的，是剛性的，是氧化穩(wěn)定的，并且對由快速熱循環(huán)造成的缺陷具有抗性。在本發(fā)明方法中，所述制品包含基于共聚物的聚酰亞胺組合物，其中所述組合物包含a)芳族四甲酸二酐組分；和b) 二胺組分，所述二胺組分進(jìn)一步包含i)大于60摩爾％至約85摩爾％的對苯二胺，和ii) 15摩爾％至小于40摩爾％的間苯二胺；其中a)和b)以1 1的比率存在；并且所述方法包括采用壓縮形成預(yù)定形狀的部件；其中用于壓縮的壓力值為約20，OOOpsi至約 50, OOOpsi以獲得多孔制品，所述制品具有水分可滲透性，并且對由熱暴露造成的缺陷具有抗性。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，壓縮壓力可預(yù)定以制得具有一定所期望密度的制
品在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案中，所述制品可具有與制品的表面區(qū)域相比更大的橫截面區(qū)域，并且所述制品能夠通過制品的表面區(qū)域釋放出存在于制品橫截面中的水分和氣體。在本文所公開方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，聚酰亞胺組合物可包含至少一種填料。 用于本發(fā)明中的填料是碳質(zhì)填料，所述碳質(zhì)填料選自天然石墨、人造石墨和碳纖維；含氟聚合物，包括但不限于聚四氟乙烯；和無機(jī)填料，所述無機(jī)填料選自高嶺石、海泡石；以及它們的混合物。本發(fā)明是多種高溫應(yīng)用。根據(jù)本文公開制得的制品可用于替代用于高溫的常規(guī)材料。例如，根據(jù)本文公開制得的制品可用于替代主要由石墨、金屬、陶瓷或石棉構(gòu)成的機(jī)械元件、部件。使用本發(fā)明的制品，作為對流烘箱、科學(xué)儀器中的部件如用于分離轉(zhuǎn)移室，用于機(jī)動(dòng)車系統(tǒng)中，包括作為排放系統(tǒng)部件、內(nèi)燃機(jī)部件、套管、軸承、墊圈、密封環(huán)、墊磨片和滑塊。本文公開部件的其它應(yīng)用選自再循環(huán)系統(tǒng)；離合器系統(tǒng)；泵；渦輪增壓器；推力反向器； 機(jī)艙、襟翼系統(tǒng)；注塑機(jī)；傳送裝置；和拉幅機(jī)框。本發(fā)明提供了由聚酰亞胺組合物制備成型部件的方法，其中所述部件具有改善的氧化穩(wěn)定性和優(yōu)異的拉伸特性。此類成型部件可用于高溫應(yīng)用中，或用于400 V或更高溫度下操作的應(yīng)用中。除了玻璃容器制造以外，由本發(fā)明方法制得的制品的其它應(yīng)用包括科學(xué)儀器、對流烘箱、熱傳送裝置、機(jī)動(dòng)車應(yīng)用以及航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)。更具體地講，采用本發(fā)明方法制得的部件和其它制品包括但不限于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件如套管、軸承、墊圈、密封環(huán)、墊圈、 墊磨片和滑塊。這些部件可用于所有類型的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，如往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。采用本發(fā)明方法制得的部件和其它制品還可用于下列中機(jī)動(dòng)車和其它類型的內(nèi)燃機(jī)；其它車輛子系統(tǒng)如尾氣再循環(huán)系統(tǒng)和離合器系統(tǒng)；泵；非飛機(jī)用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)；禍輪增壓器；飛機(jī)子系統(tǒng)如推力反向器、機(jī)艙、襟翼系統(tǒng)和閥門；物料加工設(shè)備如注塑機(jī)；物料處理設(shè)備如傳送裝置、壓帶機(jī)、和拉幅機(jī)框；以及膜、密封件、墊片、軸承、襯套、墊圈、墊磨片、密封環(huán)、滑塊和按銷和其中期望低磨損的其它應(yīng)用。在一些應(yīng)用中，當(dāng)裝配并且正常使用其中存在根據(jù)本文公開方法制得的部件或其它制品的設(shè)備時(shí)，使根據(jù)本文公開方法制得的部件或其它制品與金屬接觸至少一段時(shí)間。術(shù)語“剛性聚酰亞胺”是指聚酰亞胺單元中不存在柔性連接基。用于制備本發(fā)明共聚物聚酰亞胺的芳族四甲酸二酐組分包括均苯四甲酸二酐 (PMDA)、3，3' 4,4'-聯(lián)苯四甲酸二酐(BPDA)、以及任何其它剛性芳族二酸酐。當(dāng)使用BPDA 作為二酸酐組分時(shí)，獲得最佳結(jié)果。就本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案而言，采用溶液亞胺化方法來提供具有下列重復(fù)單元的剛性芳族聚酰亞胺組合物
權(quán)利要求
1.制備適用于飛行器的制品的方法，所述制品包含基于共聚物的聚酰亞胺組合物，其中所述組合物包含a)芳族四甲酸二酐組分；和b)二胺組分，所述二胺組分進(jìn)一步包含(i)大于60摩爾％至約85摩爾％的對苯二胺，和(ii)15摩爾％至小于40摩爾％的間苯二胺；其中a)和b)以1 1的比率存在；并且所述方法包括 采用壓縮形成預(yù)定形狀的部件；其中用于壓縮的壓力值為約20，OOOpsi至約50，OOOpsi以獲得多孔制品，所述制品具有水分可滲透性，并且對由熱暴露造成的缺陷具有抗性。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述壓縮壓力為約35，OOOpsi至約45，OOOpsi。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述壓縮壓力為約40，000psi。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述制品具有相對于所述制品的表面區(qū)域更大的橫截面區(qū)域，并且所述制品能夠通過所述制品的表面區(qū)域來釋放出存在于所述制品橫截面區(qū)域中的水分和氣體。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚酰亞胺組合物包含至少一種填料或添加劑。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述填料為碳質(zhì)填料，所述碳質(zhì)填料選自天然石墨、人造石墨和碳纖維。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述填料為含氟聚合物，并且所述含氟聚合物選自聚四氟乙火布ο
8.權(quán)利要求5的方法，其中所述填料選自高嶺石、海泡石以及它們的混合物。
9.由權(quán)利要求1的方法制得的制品。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的制品，其中所述制品為飛行器部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的制品，其中所述制品是內(nèi)燃機(jī)中的組件。
12.權(quán)利要求9的制品，其中所述制品選自密封件、墊圈、軸承、套管、墊圈、墊磨片、密封環(huán)、墊磨片和滑塊。
13.權(quán)利要求10的制品，其中所述制品為飛行器子系統(tǒng)中的組件，所述子系統(tǒng)選自推力反向器、機(jī)艙、和襟翼系統(tǒng)。
14.用于飛行器中的制造制品，所述制品包含基于共聚物的聚酰亞胺組合物， 其中所述組合物包含a)芳族四甲酸二酐組分；和b)二胺組分，所述二胺組分進(jìn)一步包含i)大于60摩爾％至約85摩爾％的對苯二胺，和ii)15摩爾％至小于40摩爾％的間苯二胺； 其中a)和b)以1 1的比率存在；并且所述制品是多孔的，并且具有水分可滲透性，并且對由熱暴露造成的缺陷具有抗性。
全文摘要
本文公開了制備適用于飛行器的聚酰亞胺制品的方法。本文所公開的制品是剛性的、氧化穩(wěn)定的、耐磨的，并且是受熱水分和氣體可滲透的，并且包含基于共聚物的聚酰亞胺和至少一種添加劑或填料，并且是使用20,000至50,000psi的壓縮壓力制得的。
文檔編號C08K3/00GK102356116SQ201080012383
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者J·L·羅丁, J·P·坎寧安 申請人:納幕爾杜邦公司