Proprietà, stampaggio, modifica e applicazione del poliarilato (PAR)

Proprietà del poliarilato PAR

Il poliarilato (PAR), noto anche come poliestere aromatico, è una speciale plastica termoplastica ingegneristica con anelli aromatici e legami estere sulla catena principale della molecola. È stato industrializzato dalla società giapponese Unitika nel 1973 e il suo nome commerciale è polimero U. È una plastica resistente alle alte temperature con eccellenti prestazioni complessive.

Il poliarilato si ottiene per policondensazione di fenolo diidrato e acido dicarbossilico. Utilizzando diversi fenoli diidrati e acidi dicarbossilici come materie prime, si possono ottenere diverse varietà di poliarilato. I poliarilati a cui si fa solitamente riferimento sono policondensati a partire da una miscela di bisfenolo A e acido tereftalico e isoftalico come materie prime.

Il PAR ha una struttura amorfa lineare e la catena principale della molecola è composta da fenile, etere, carbonile e isopropile. I diversi gruppi hanno effetti diversi sulle proprietà del polimero, ma l'effetto combinato di ciascun gruppo conferisce alla catena principale del PAR maggiore rigidità, una certa polarità, non cristallinità e una certa flessibilità.

I poliarilati presentano un'eccellente resistenza al creep, all'impatto, al recupero di deformazione, all'usura, nonché un'elevata resistenza meccanica e rigidità. I poliarilati mostrano un'elevata resistenza alla trazione in un ampio intervallo di temperature. Rispetto al policarbonato, il valore assoluto della resistenza all'impatto del poliarilato è leggermente inferiore, ma la sua dipendenza dallo spessore del campione è inferiore a quella del policarbonato. Quando lo spessore è superiore a 6,4 mm, la sua resistenza all'impatto è superiore a quella del policarbonato. Pertanto, i poliarilati possono mostrare una maggiore superiorità nella preparazione di prodotti spessi di grandi dimensioni.

Per i materiali polimerici, ad eccezione dei corpi completamente elastici, si genera una deformazione permanente sotto l'azione di forze esterne. Tuttavia, i poliarilati mostrano un eccellente recupero della deformazione e una ridotta perdita per isteresi. Anche in condizioni di elevata velocità di deformazione, la perdita per isteresi dei poliarilati è molto inferiore a quella del policarbonato e del poliossimetilene. Anche a temperature più elevate, il poliarilato può mantenere queste eccellenti prestazioni senza generare un'eccessiva deformazione residua.

Il poliarilato presenta anelli benzenici più densi nella sua catena molecolare principale, il che gli conferisce un'eccellente resistenza al calore. Sotto un carico di 1,82 MPa, la temperatura di deformazione termica del poliarilato (U-100) raggiunge i 175 °C. Utilizzando il metodo termico differenziale, la temperatura alla quale inizia a perdere peso è di 400 °C, la temperatura di decomposizione è di 443 °C e la temperatura di transizione vetrosa del poliarilato (metodo DSC) è di 193 °C, circa 50 °C superiore a quella del policarbonato e 3-4 °C superiore a quella del polisolfone. Pertanto, le diverse proprietà del poliarilato sono meno influenzate dalla temperatura rispetto al policarbonato e al polisolfone, e il coefficiente di dilatazione lineare è basso e la stabilità dimensionale è migliore.

Il poliarilato è una plastica autoestinguente e non infiammabile. Senza ritardanti di fiamma, il campione con spessore di 1,6 mm può raggiungere il livello UL94V-0. L'indice di ossigeno del poliarilato è 36,8. È superiore a quello di altre materie plastiche (incluse quelle contenenti ritardanti di fiamma), ma è inferiore a quello del polivinilcloruro, del polivinilidencloruro, del politetrafluoroetilene, del polifenilensolfuro, ecc. contenenti alogeni.

Le proprietà elettriche del poliarilato sono simili a quelle del poliossimetilene, del policarbonato e della poliammide, e la sua resistenza alla tensione è particolarmente buona. Poiché il poliarilato ha una bassa igroscopicità, le sue proprietà elettriche sono anche molto stabili in ambienti umidi. Inoltre, le proprietà elettriche del poliarilato sono meno influenzate dalla temperatura. La resistività di volume del poliarilato può comunque mantenere un livello superiore a 1014 Ω·cm anche a temperature elevate di 160 °C.

Il poliarilato ha una buona resistenza agli acidi e agli oli, ma la sua resistenza agli alcali, alla rottura da stress e agli idrocarburi aromatici e ai chetoni non è ottimale. La resistenza chimica del poliarilato non è ottimale. Il poliarilato della serie AX modificato con fibra di carbonio ha migliorato significativamente la resistenza chimica e la resistenza ai solventi organici, e le sue prestazioni di lavorazione sono state notevolmente migliorate. La Tabella 1-2 elenca le proprietà del poliarilato della serie AX.

Il poliarilato ha un'eccellente trasparenza, con un indice di rifrazione di 1,61, superiore a quello del policarbonato e del polimetacrilato, e la sua trasmittanza luminosa è dell'87% a uno spessore di 2 mm, pressoché identica a quella del policarbonato. Il poliarilato ha un'eccellente resistenza ai raggi ultravioletti. Un poliarilato con uno spessore di 0,1 mm può bloccare completamente la luce con una lunghezza d'onda inferiore a 350 nm. Il poliarilato è uno dei materiali plastici ingegneristici con un'eccellente resistenza agli agenti atmosferici, significativamente migliore di quella del policarbonato.

Il punto di fusione del poliarilato è molto diverso dalla temperatura di decomposizione termica e può essere stampato e lavorato mediante metodi di riscaldamento e fusione come iniezione, estrusione e soffiaggio. La viscosità del fuso del poliarilato è relativamente elevata, circa 10 volte superiore a quella del policarbonato alla stessa temperatura, il che richiede una temperatura di stampaggio più elevata per ottenere una migliore fluidità. La fluidità del poliarilato è anche correlata allo spessore dei suoi prodotti. Generalmente, quando lo spessore è inferiore a 2 mm, la fluidità diminuisce rapidamente. Pertanto, quando il poliarilato viene utilizzato per stampare prodotti a pareti sottili, è necessario applicare una temperatura e una pressione più elevate. Tracce d'acqua causano la decomposizione del poliarilato durante lo stampaggio, quindi è molto importante pre-essiccare il poliarilato prima dello stampaggio. Il contenuto d'acqua dovrebbe essere generalmente mantenuto al di sotto dello 0,02% (frazione in massa). Le condizioni di essiccazione sono generalmente 110-140 °C, 6 ore.

1. Stampaggio a iniezione
Il poliarilato può essere stampato a iniezione con una comune macchina per stampaggio a iniezione, ma la sua viscosità del fuso è relativamente elevata e la temperatura di stampaggio richiesta è altrettanto elevata. Per evitare la sinterizzazione e la carbonizzazione del materiale, si consiglia generalmente di evitare l'utilizzo di macchine per stampaggio a iniezione dotate di valvola a spillo. Il ritiro di stampaggio del poliarilato è simile a quello del policarbonato, entrambi pari a circa lo 0,05%. Di solito, lo stampo per lo stampaggio a iniezione del policarbonato può essere utilizzato anche per lo stampaggio a iniezione del poliarilato. Tuttavia, per prodotti con forme più complesse, al fine di compensare la scarsa fluidità del poliarilato, l'ingresso dello stampo, il canale di colata, ecc. devono essere leggermente più grandi.

La temperatura dello stampo per il poliarilato durante lo stampaggio a iniezione è generalmente elevata. Se la temperatura dello stampo è troppo bassa, la deformazione residua del prodotto dopo lo stampaggio a iniezione è elevata e alcuni prodotti possono persino rompersi senza l'intervento di forze esterne. Per prodotti con spessore irregolare e con più pieghe, la deformazione residua è ancora maggiore.

Rispetto allo stampaggio a iniezione, la temperatura di estrusione del poliarilato è generalmente inferiore di 10-20 °C. La viscosità del fuso del poliarilato è relativamente elevata. Per migliorare l'effetto plastificante, si consiglia generalmente di utilizzare un estrusore con rapporto d'aspetto, coppia e potenza maggiori. Inoltre, per evitare sinterizzazione e carbonizzazione causate dal riscaldamento per taglio, la velocità della vite non dovrebbe essere troppo elevata e la struttura della vite e della filiera dovrebbe ridurre al minimo le parti soggette a ritenzione di materiale.

Il PAR può essere rinforzato con fibra di vetro, fibra di carbonio, fibra di poliarilammide, fibra ceramica, ecc., e può anche essere rinforzato con fibre miste e superfibre polimeriche (come la fibra di polietilene ad altissimo peso molecolare). La fibra di vetro è la fibra di rinforzo più comunemente utilizzata. Quando si rinforza il PAR con fibra di vetro, è necessario utilizzare l'agente di accoppiamento KH-550 per il trattamento e aggiungere una quantità adeguata di stabilizzante. Il suo processo produttivo è sostanzialmente lo stesso del PC rinforzato con fibra di vetro.

Il poliarilato forma principalmente una lega miscelata con PET, PBT, PC, PA, fluoroplastiche, ecc., tra i quali è un sistema compatibile con PET, PBT, PC, ecc., e un sistema incompatibile con PA, fluoroplastiche, ecc.

PAR migliora le prestazioni del prodotto attraverso la lega. Le leghe plastiche della serie PAR/PET presentano elevata rigidità, elevata precisione dimensionale, bassa anisotropia e superficie liscia. Sono utilizzate principalmente per componenti automobilistici e alcuni componenti di precisione; PAR/PTFE può essere utilizzato per materiali resistenti all'usura lubrificati senza olio, come i cuscinetti; le leghe PAR/PA sono utilizzate per componenti automobilistici resistenti al calore e agli urti, come componenti interni ed esterni come cofani motore e pannelli esterni, nonché parti scorrevoli, parti di interruttori, boccole, ecc.

Il PAR altamente trasparente trova nuovi utilizzi nel campo della tecnologia optoelettronica. Il film PAR ha un valore di birifrangenza inferiore a 10M e può essere utilizzato per realizzare film di ritardo per eliminare la distorsione cromatica dei display a cristalli liquidi. Questo film viene utilizzato nella produzione di display a cristalli liquidi (LCD) e può sostituire il vetro necessario per gli LCD. Essendo un materiale resistente alle alte temperature ed estremamente trasparente, il PAR può soddisfare i requisiti della tecnologia di produzione degli LCD.