聚酰亞胺作為高溫玻璃夾具材料的可行性研究

龔軍

（順益體系（集團），廣東 珠海 519020）

聚酰亞胺作為高溫玻璃夾具材料的可行性研究

龔軍

（順益體系（集團），廣東 珠海 519020）

本文對聚酰亞胺有機高分子材料作為玻璃夾具的可行性進行研究。通過對聚酰亞胺特性分析，結(jié)合實際應用案例闡述杜邦VESPEL SP在夾具上的應用可行性。

聚酰亞胺；高溫玻璃夾具；VESPEL SP；

玻璃瓶作為我國傳統(tǒng)的包裝容器，與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P，其無毒、無味、透明、美觀、阻隔性好、不透氣、價格低且可多次周轉(zhuǎn)使用的特點深受大眾接受和喜愛；同時重量大、運輸存儲成本高、不耐沖擊也限制了它的發(fā)展。尤其是在食品行業(yè)和飲料行業(yè)中，在塑料工業(yè)每年近20%的高速發(fā)展沖擊下，玻璃瓶制造業(yè)面臨銷售減速，利潤降低，產(chǎn)能過剩；這就迫使企業(yè)急需轉(zhuǎn)變思維，加強管理，注入新理念、新技術(shù)。

1 玻璃夾具材料分析

1.1 玻璃夾具材料現(xiàn)狀

目前，玻璃制造業(yè)所用的夾具和支撐多為金屬材料和石墨等。如制瓶機鉗瓶夾、底風板部位，其制瓶機出瓶溫度約350℃左右，現(xiàn)用鑄鐵、銅材料因為導熱快、吸油率高易造成爆瓶和裂紋；石墨材質(zhì)抗沖擊性差，使用周期短，需要常更換；特氟龍材質(zhì)高溫軟化，易變形。

1.2 玻璃夾具材料滿足的條件

（1）耐熱性能和熱穩(wěn)定性。由于玻璃夾具及支撐都需要在高溫環(huán)境下使用，所以必須能耐高溫及好的熱穩(wěn)定性。（2）材質(zhì)穩(wěn)定，易加工性能。只有材質(zhì)緊密度高，方便加工才能制成各種尺寸的夾具。（3）良好的摩擦磨損性能。玻璃夾具有好的摩擦磨損性，意味著使用周期的延長，降低生產(chǎn)成本。（4）材質(zhì)的環(huán)境特性：包括耐化學性，無毒性等。（5）導熱性。導熱低不會引起瓶的破裂。（6）物理性能：包括應力、蠕變和疲勞等。

2 聚酰亞胺

2.1 聚酰亞胺簡介

聚酰亞胺（PI）是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)（-CONH-CO-）的一類聚合物，其作為一種特種工程材料，已廣泛應用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領域。其反應通式如下：

常規(guī)特性：

（1）阻燃性：PI為自身阻燃的聚合物，高溫下不燃燒。（2）機械性能優(yōu)異。沖擊強度和拉伸強度高；高抗蠕變；低熱膨脹系數(shù)、高尺寸穩(wěn)定。（3）耐磨性（VS45#鋼）：1 000轉(zhuǎn)時的磨耗量僅為0.04 g（可填充F4、二硫化鉬后進一步改善）。（4）具自潤性。

（5）耐高溫耐低溫同時具備：長期使用溫度～426℃（第三代）；（6）突出的電性能：a.介電常數(shù)：通過設計可以降至2.4以下（超耐高溫塑料中綜合性能優(yōu)良的超低介電常數(shù)材料）。b.介質(zhì)損耗因數(shù)：10；c.耐電弧性：128～180 s；（7）耐化學腐蝕。

1961年，杜邦公司采用芳香族二胺和芳香族二配的縮合反應，用二步法工藝合成了聚均苯四甲酰亞胺薄膜（KAPTON），并于1961年正式實現(xiàn)PI的工業(yè)化。1964年開發(fā)生產(chǎn)出聚均苯四甲酰亞胺模塑料（VESPEL），其下VESPEL SP的棒材、板材和管材等加工用型材是關注重點。

2.2 VESPEL SP特性

2.2.1 適用級別

2.2.2 導熱性（圖1）

圖1

杜邦TM Vespel SP-22及SCP-5050零件的轉(zhuǎn)熱系數(shù)比傳統(tǒng)石墨碳部件低約50至100倍，這樣可將玻璃容器的爆瓶和裂紋減至最少或消除，降低不合格率。

2.2.3 沖擊性（圖2）

圖2

高溫315℃ (600℉) 下老化100 h后，杜邦TM Vespel SP-22及SCP-5050零件的抗沖擊性比石墨碳零件高70%～100%。這樣就顯著降低零件在裝備、搬運和運行工程中發(fā)生的損壞，從而延長了夾持的壽命，降低成本。

2.2.4 磨損（圖3）

圖3

試驗結(jié)果表明在315°C (600°F) 擺動運動下，磨損量比石墨碳低三倍。

2.2.5 總體對比（表1）

表1

3 現(xiàn)場應用

3.1 瓶夾（圖4、5）

圖4

圖5

使用壽命4～5個月，改善了爆瓶現(xiàn)象，對瓶口無夾傷、夾痕，提高品質(zhì)和效率。

3.2 底風板（圖6）

圖6

改善了爆瓶和裂紋現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

從應用的實例來看，聚酰亞胺的特性決定其在夾具方面有獨特優(yōu)勢，值得進一步推廣和應用。

[1]丁孟賢，聚酰亞胺-化學結(jié)構(gòu)與性能的關系及材料，2012，09（2）.

[2]DUPONT VESPEL 玻璃夾持技術(shù)

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1671-0711（2016）10（上）-0135-02