聚酰亚胺作为高温玻璃夹具材料的可行性研究

龚军

（顺益体系（集团），广东 珠海 519020）

聚酰亚胺作为高温玻璃夹具材料的可行性研究

龚军

（顺益体系（集团），广东 珠海 519020）

本文对聚酰亚胺有机高分子材料作为玻璃夹具的可行性进行研究。通过对聚酰亚胺特性分析，结合实际应用案例阐述杜邦VESPEL SP在夹具上的应用可行性。

聚酰亚胺；高温玻璃夹具；VESPEL SP；

玻璃瓶作为我国传统的包装容器，与我们日常生活息息相关，其无毒、无味、透明、美观、阻隔性好、不透气、价格低且可多次周转使用的特点深受大众接受和喜爱；同时重量大、运输存储成本高、不耐冲击也限制了它的发展。尤其是在食品行业和饮料行业中，在塑料工业每年近20%的高速发展冲击下，玻璃瓶制造业面临销售减速，利润降低，产能过剩；这就迫使企业急需转变思维，加强管理，注入新理念、新技术。

1 玻璃夹具材料分析

1.1 玻璃夹具材料现状

目前，玻璃制造业所用的夹具和支撑多为金属材料和石墨等。如制瓶机钳瓶夹、底风板部位，其制瓶机出瓶温度约350℃左右，现用铸铁、铜材料因为导热快、吸油率高易造成爆瓶和裂纹；石墨材质抗冲击性差，使用周期短，需要常更换；特氟龙材质高温软化，易变形。

1.2 玻璃夹具材料满足的条件

（1）耐热性能和热稳定性。由于玻璃夹具及支撑都需要在高温环境下使用，所以必须能耐高温及好的热稳定性。（2）材质稳定，易加工性能。只有材质紧密度高，方便加工才能制成各种尺寸的夹具。（3）良好的摩擦磨损性能。玻璃夹具有好的摩擦磨损性，意味着使用周期的延长，降低生产成本。（4）材质的环境特性：包括耐化学性，无毒性等。（5）导热性。导热低不会引起瓶的破裂。（6）物理性能：包括应力、蠕变和疲劳等。

2 聚酰亚胺

2.1 聚酰亚胺简介

聚酰亚胺（PI）是指主链上含有酰亚胺环（-CONH-CO-）的一类聚合物，其作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。其反应通式如下：

常规特性：

（1）阻燃性：PI为自身阻燃的聚合物，高温下不燃烧。（2）机械性能优异。冲击强度和拉伸强度高；高抗蠕变；低热膨胀系数、高尺寸稳定。（3）耐磨性（VS45#钢）：1 000转时的磨耗量仅为0.04 g（可填充F4、二硫化钼后进一步改善）。（4）具自润性。

（5）耐高温耐低温同时具备：长期使用温度～426℃（第三代）；（6）突出的电性能：a.介电常数：通过设计可以降至2.4以下（超耐高温塑料中综合性能优良的超低介电常数材料）。b.介质损耗因数：10；c.耐电弧性：128～180 s；（7）耐化学腐蚀。

1961年，杜邦公司采用芳香族二胺和芳香族二配的缩合反应，用二步法工艺合成了聚均苯四甲酰亚胺薄膜（KAPTON），并于1961年正式实现PI的工业化。1964年开发生产出聚均苯四甲酰亚胺模塑料（VESPEL），其下VESPEL SP的棒材、板材和管材等加工用型材是关注重点。

2.2 VESPEL SP特性

2.2.1 适用级别

2.2.2 导热性（图1）

图1

杜邦TM Vespel SP-22及SCP-5050零件的转热系数比传统石墨碳部件低约50至100倍，这样可将玻璃容器的爆瓶和裂纹减至最少或消除，降低不合格率。

2.2.3 冲击性（图2）

图2

高温315℃ (600℉) 下老化100 h后，杜邦TM Vespel SP-22及SCP-5050零件的抗冲击性比石墨碳零件高70%～100%。这样就显著降低零件在装备、搬运和运行工程中发生的损坏，从而延长了夹持的寿命，降低成本。

2.2.4 磨损（图3）

图3

试验结果表明在315°C (600°F) 摆动运动下，磨损量比石墨碳低三倍。

2.2.5 总体对比（表1）

表1

3 现场应用

3.1 瓶夹（图4、5）

图4

图5

使用寿命4～5个月，改善了爆瓶现象，对瓶口无夹伤、夹痕，提高品质和效率。

3.2 底风板（图6）

图6

改善了爆瓶和裂纹现象。

4 结束语

从应用的实例来看，聚酰亚胺的特性决定其在夹具方面有独特优势，值得进一步推广和应用。

[1]丁孟贤，聚酰亚胺-化学结构与性能的关系及材料，2012，09（2）.

[2]DUPONT VESPEL 玻璃夹持技术

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1671-0711（2016）10（上）-0135-02