Poliamida-Imida (PAI)

Solvay, primer productor mundial de resinas PAI, suministra una gama de formulaciones de poliamida-imida bajo la marca Torlon® PAI. Las formas comerciales de poliamida-imida que se venden bajo el nombre de Torlon® incluyen grados granulados para el moldeo por inyección y para el moldeo por extrusión y compresión para la producción de formas de stock mecanizables.
La resina polimérica también está disponible en forma de polvo para su uso en adhesivos de alta temperatura, epoxis, revestimientos y compuestos.

La proliferación de aplicaciones y el deseo de obtener mayores niveles de propiedades físicas condujeron al desarrollo de varios grados de PAI de mayor rendimiento en las décadas posteriores a la introducción comercial del polímero en 1970.

Se desarrollaron formulaciones reforzadas con vidrio y fibra de carbono para aumentar la resistencia a temperaturas elevadas, ampliando las posibilidades de aplicación de la PAI para componentes estructurales. Estos grados de mayor resistencia presentan una rigidez comparable a la de muchos metales, incluso bajo considerables cargas y tensiones mecánicas repetitivas a temperaturas elevadas.

Aunque es intrínsecamente resistente al desgaste, se han desarrollado formulaciones de PAI con aditivos que mejoran las propiedades de rodamiento y desgaste del polímero y prolongan la vida funcional de los componentes móviles y giratorios sometidos a carga. En muchos casos, la mejora resultante en la resistencia al desgaste permite que las piezas sometidas a cargas dinámicas funcionen de forma fiable a largo plazo sin necesidad de lubricación externa. Las ventajas de los equipos y la maquinaria que incorporan componentes de poliamida-imida son, entre otras, la reducción de los costes de mantenimiento y sustitución, la prolongación de la producción y la eliminación del riesgo de contaminación por lubricantes.

La capacidad de procesar por fusión los diversos grados de poliamida-imida mediante extrusión y moldeo por inyección ha dado lugar a innumerables aplicaciones para este polímero de ultra alto rendimiento. Drake Plastics suministra a las empresas de mecanizado y a los distribuidores de todo el mundo grados de PAI no reforzados, reforzados con fibra y para cojinetes y desgaste en una gama inigualable de formas y configuraciones de varillas extruidas, placas y tubos sin costura. Las inversiones de la empresa en tecnología de procesos también han llevado al desarrollo de tamaños y formas únicos que amplían la gama de aplicaciones de la PAI. Como ejemplos, Drake ofrece la barra de diámetro PAI más grande del mundo con tamaños de hasta 10,125 pulgadas (257,275 mm), y espesores de placa inigualables de hasta 4,0 pulgadas (101,6 mm). Drake también proporciona componentes de precisión de PAI mecanizados a partir de sus formas en stock y es ampliamente reconocida por sus capacidades de moldeo por inyección de poliamida-imida.

Alta resistencia y estabilidad dimensional a temperaturas extremas

Una de las características más notables de la PAI es que mantiene un módulo de flexión y una resistencia a la tracción muy altos a temperaturas elevadas, muy por encima de las capacidades de todos los demás materiales termoplásticos. De hecho, la PAI tiene mayor resistencia y rigidez a 205°C (400°F) que la mayoría de los plásticos de ingeniería a temperatura ambiente. También conserva muy bien sus propiedades tras una exposición prolongada a altas temperaturas.

En comparación con muchos metales, los grados de poliamida-imida reforzados con fibras de carbono o de vidrio demuestran una rigidez y una rigidez equivalentes con un peso sustancialmente menor. Esta es una razón de peso para su uso como sustituto de los metales en aplicaciones aeroespaciales y de defensa, por ejemplo, donde la ligereza y la resistencia estructural a altas temperaturas son prioritarias tanto para el rendimiento como para la economía.

En el extremo opuesto de la temperatura, la PAI presenta una mayor resistencia al impacto y tenacidad a temperaturas criogénicas, donde la mayoría de los demás polímeros de alta resistencia se vuelven extremadamente frágiles y acaban fallando.

La PAI también ofrece una excelente estabilidad dimensional en caso de grandes oscilaciones de temperatura. Los grados reforzados con vidrio y carbono, en particular, presentan un CLTE (coeficiente de expansión térmica del revestimiento) muy bajo, comparable al del aluminio de calidad aeronáutica.

Resistencia a la compresión y a la fluencia de la PAI

La poliamida-imida mantiene su resistencia a la compresión excepcionalmente alta y resiste la fluencia bajo carga a temperaturas elevadas. De hecho, bajo una alta carga estática, los grados no reforzados de PAI resisten la fluencia que puede causar la compresión en otros termoplásticos de alto rendimiento reforzados con fibras de vidrio o de carbono. Su comportamiento de recuperación elástica y sus propiedades de compresión, combinadas con su tenacidad en un amplio intervalo de temperaturas, han dado lugar a un amplio uso de diversos grados de poliamida-imida en aplicaciones como anillos de sellado, paletas hidráulicas, taqués de freno, bolas de retención, arandelas de empuje y placas de compresores. Las calidades reforzadas y lubricadas de PAI elevan el nivel de rendimiento de los componentes de estanquidad que requieren una mayor solidez y resistencia al desgaste.

Conductividad térmica PAI

Las aplicaciones que requieren aislamiento térmico, como los escudos térmicos, se benefician de la baja conductividad térmica de la poliamida-imida. Las carcasas y paneles de PAI se utilizan a menudo para proteger los componentes internos críticos de las altas temperaturas que pueden afectar a la precisión de los instrumentos sensibles.

Propiedades eléctricas de la poliamida-imida

La mayoría de los grados de PAI ofrecen excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, y algunos grados específicos ofrecen mayores niveles de rendimiento que otros. Los grados ofrecidos comercialmente como Torlon 4203L y 5030 PAI, en particular, ofrecen una resistencia dieléctrica excepcional y una alta resistividad de volumen y de superficie. Sin embargo, algunas calidades resistentes al desgaste contienen grafito. Aunque muestran propiedades de alta resistividad según los métodos de prueba estándar que utilizan corriente continua, pueden mostrar cierta conductividad a niveles de tensión y frecuencia más altos.

Uno de los grados reforzados con fibra de carbono, denominado Torlon 7130 PAI, es de hecho conductor, lo que supone una ventaja para su uso en aplicaciones que requieren blindaje contra las interferencias electromagnéticas.

Dado que pueden moldearse por inyección en configuraciones intrincadas y son dimensionalmente estables en piezas mecanizadas con tolerancias estrechas, varios grados de poliamida-imida se utilizan ampliamente para componentes eléctricos y electrónicos de precisión que requieren una capacidad de aislamiento superior.

Resistencia química de la poliamida-imida

La PAI prácticamente no se ve afectada por la mayoría de los ácidos, los hidrocarburos alifáticos y aromáticos y los hidrocarburos clorados y fluorados a temperaturas moderadas. Sin embargo, el polímero puede ser atacado por el vapor saturado, las bases fuertes y algunos sistemas ácidos de alta temperatura.

El postcurado de las formas y piezas de PAI tras el procesamiento de la masa fundida por extrusión o moldeo por inyección optimiza tanto su resistencia química como su resistencia al desgaste. Por esta razón, Drake Plastics postcura todas sus formas de stock de PAI extruido y piezas moldeadas por inyección. Para las aplicaciones de poliamida-imida que requieren el máximo nivel de resistencia química, las piezas mecanizadas pueden poscurarse una segunda vez para garantizar un rendimiento óptimo.

Resistencia de la PAI a la exposición a la radiación gamma

Pocos termoplásticos ofrecen la resistencia a la degradación de las propiedades físicas que ofrece la PAI.

Muchos polímeros muestran una fuerte caída de sus propiedades mecánicas a niveles de exposición tan bajos como¹⁰³ rads. Sin embargo, la PAI demuestra una estabilidad excepcional bajo la radiación gamma a niveles de exposición mucho más altos. En las pruebas certificadas por la agencia a¹⁰⁹ rads, el nivel más alto probado, un grado de PAI reforzado con un 30% de vidrio conservó el 95% de sus propiedades mecánicas tras una exposición prolongada. Su rendimiento fue un factor importante en las especificaciones de la PAI como material para aplicaciones en el campo de la energía nuclear, incluidos los componentes utilizados en los submarinos nucleares de la Marina estadounidense.

Inflamabilidad y generación de humo de los grados de poliamida-imida

Las clasificaciones certificadas basadas en las pruebas realizadas por las principales agencias y laboratorios de todo el mundo validan la idoneidad de la poliamida-imida para aplicaciones eléctricas, electrónicas, aeroespaciales y otras en las que la inflamabilidad es un factor importante. La mayoría de los grados de PAI disponibles en el mercado cuentan con impresionantes clasificaciones de inflamabilidad de estas agencias. Dos grados comerciales disponibles en forma de piezas moldeadas por inyección y formas de stock mecanizables como Torlon 5030 PAI y Torlon 7130 PAI superan los requisitos de inflamabilidad, densidad de humo y emisión de gases tóxicos de la FAA para su uso en aviones comerciales.

La PAI está reconocida en toda la industria como un material difícil de extrudir y moldear por inyección. Las características inherentes de la PAI requieren un alto grado de experiencia en el procesamiento para lograr las propiedades óptimas del polímero en formas extruidas y piezas mecanizadas y moldeadas.

Entre los retos de procesamiento están su alta temperatura de transición del vidrio o punto de ablandamiento (Tg), su alta sensibilidad a la tasa de cizallamiento y los parámetros para controlar la viscosidad de la fusión, y un estrecho rango de procesamiento a temperaturas superiores a 600oF (315oC).

La poliamida-imida también es muy sensible a la humedad. El presecado es esencial, y las condiciones del proceso deben controlarse y mantenerse rigurosamente para evitar que la humedad degrade su peso molecular y sus propiedades físicas.

Después de su procesamiento, la poliamida-imida requiere un postcurado térmico prolongado a lo largo de un ciclo de temperatura exactamente escalonado de hasta 500oF (260oC). Cuando se aplica correctamente, este paso esencial completa el proceso de imidización y hace avanzar el peso molecular de la PAI hasta un nivel que alcanza sus propiedades óptimas.