Polyarylat (PAR), auch aromatischer Polyester genannt, ist ein thermoplastischer spezieller technischer Kunststoff mit aromatischen Ringen und Esterbindungen an der Hauptkette des Moleküls.
Eigenschaften von Polyarylat PAR
Polyarylat (PAR), auch aromatischer Polyester genannt, ist ein thermoplastischer Spezialkunststoff mit aromatischen Ringen und Esterbindungen in der Hauptkette des Moleküls. Es wurde 1973 von der japanischen Unitika Company industriell hergestellt und trägt den Handelsnamen U-Polymer. Es handelt sich um einen hochtemperaturbeständigen Kunststoff mit hervorragender Gesamtleistung.
Polyarylat wird durch Polykondensation von zweiwertigem Phenol und Dicarbonsäure hergestellt. Aus verschiedenen zweiwertigen Phenolen und Dicarbonsäuren lassen sich zahlreiche verschiedene Polyarylatarten gewinnen. Die üblicherweise genannten Polyarylate werden aus einer Mischung von Bisphenol A sowie Terephthalsäure und Isophthalsäure als Rohstoffe polykondensiert.
PAR hat eine lineare amorphe Struktur, und die Hauptkette des Moleküls besteht aus Phenyl, Ether, Carbonyl und Isopropyl. Verschiedene Gruppen wirken sich unterschiedlich auf die Eigenschaften des Polymers aus, aber die kombinierte Wirkung jeder Gruppe verleiht der Hauptkette von PAR eine höhere Steifigkeit, eine gewisse Polarität, ist nicht kristallin und weist eine gewisse Flexibilität auf.
1. Leistungsdaten verschiedener Polyarylate
| Leistung |
U-100
(Hitzebeständige Qualität) |
U-1060
(Allgemeine Note） |
U-4015
(Hochfließfähig) |
U-8000
(Blasformqualität） |
| Dichte/(g/cm³) |
1.21 |
1.21 |
1,24 |
1,26 |
| Rockwellhärte (R) |
125 |
125 |
124 |
125 |
Wasseraufnahme
(20℃, 24h,%) |
0,26 |
0,25 |
0,20 |
0,15 |
| Feuchtigkeitsaufnahmerate (65 % relative Luftfeuchtigkeit, 24 h, %) |
0,07 |
0,07 |
0,05 |
0,03 |
| Zugfestigkeit/MPa |
71,5 |
75,0 |
83,0 |
72,5 |
| Verlängerung(%) |
50 |
62 |
62 |
95 |
| Biegefestigkeit/MPa |
97,0 |
95,0 |
115,0 |
113,0 |
| Biegemodul/GPa |
1.9 |
1.9 |
2.0 |
1.9 |
| Druckfestigkeit/MPa |
96,0 |
96,0 |
98,0 |
98,0 |
| Izod-Kerbschlagzähigkeit/(J/m) |
150~250 |
250~350 |
250~350 |
80~150 |
| Volumenwiderstand/Ω·cm |
2*10＾16 |
2*10＾16 |
2*10＾16 |
2*10＾16 |
| Lichtbogenfestigkeit/s |
129 |
129 |
120 |
123 |
| Dielektrizitätskonstante (10⁶Hz) |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
| Dielektrischer Verlustfaktor (10 ⁶ Hz) |
0,015 |
0,015 |
0,015 |
0,015 |
2. Mechanische Eigenschaften
Polyarylate zeichnen sich durch hervorragende Kriechfestigkeit, Schlagzähigkeit, Dehnungsrückgewinnung und Verschleißfestigkeit sowie hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit aus. Sie weisen eine hohe Zugfestigkeit in einem weiten Temperaturbereich auf. Im Vergleich zu Polycarbonat ist die absolute Schlagzähigkeit von Polyarylat etwas geringer, ihre Abhängigkeit von der Probendicke ist jedoch geringer. Ab einer Dicke von 6,4 mm ist die Schlagzähigkeit höher als die von Polycarbonat. Daher eignen sich Polyarylate besonders gut für die Herstellung großformatiger, dicker Produkte.
Polyarylate weisen gute Zugkriecheigenschaften auf und ihr Kriechgrad ist selbst unter einer so hohen Belastung von 21 MPa sehr gering.
Bei Polymermaterialien, mit Ausnahme vollständig elastischer Körper, entsteht unter Einwirkung äußerer Kräfte eine permanente Dehnung. Polyarylate weisen jedoch eine ausgezeichnete Dehnungsrückgewinnung und einen geringen Hystereseverlust auf. Selbst bei hohen Dehnungsraten ist der Hystereseverlust von Polyarylaten deutlich geringer als bei Polycarbonat und Polyoxymethylen. Selbst bei höheren Temperaturen behält Polyarylat diese hervorragende Leistung, ohne übermäßige Restspannung zu erzeugen.
3. Thermische Eigenschaften
Polyarylat weist eine höhere Dichte an Benzolringen in seiner Molekülhauptkette auf und ist daher sehr hitzebeständig. Unter einer Belastung von 1,82 MPa erreicht die Wärmeverformungstemperatur von Polyarylat (U-100) 175 °C. Mittels Differenzialthermoanalyse (DSC) wird die Temperatur, bei der es anfängt, an Gewicht zu verlieren, bei 400 °C, die Zersetzungstemperatur bei 443 °C und die Glasübergangstemperatur von Polyarylat bei 193 °C ermittelt. Damit liegt es etwa 50 °C höher als bei Polycarbonat und 3–4 °C höher als bei Polysulfon. Daher werden die verschiedenen Eigenschaften von Polyarylat weniger temperaturabhängig beeinflusst als bei Polycarbonat und Polysulfon. Der lineare Ausdehnungskoeffizient ist geringer und die Dimensionsstabilität besser.
Im Vergleich zu einigen anderen technischen Kunststoffen weist Polyarylat außerdem eine ausgezeichnete Lötbeständigkeit und eine sehr geringe Wärmeschrumpfung auf.
4. Flammhemmung
Polyarylat ist ein selbstverlöschender Kunststoff und nicht entflammbar. Ohne Flammschutzmittel kann die 1,6 mm dicke Probe die UL94V-0-Norm erreichen. Der Sauerstoffindex von Polyarylat beträgt 36,8. Er ist höher als der Sauerstoffindex anderer Kunststoffe (einschließlich solcher mit Flammschutzmittel), jedoch niedriger als der von halogenhaltigem Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polytetrafluorethylen, Polyphenylensulfid usw.
5. Elektrische Eigenschaften
Die elektrischen Eigenschaften von Polyarylat ähneln denen von Polyoxymethylen, Polycarbonat und Polyamid, und seine Spannungsfestigkeit ist besonders gut. Da Polyarylat eine geringe Hygroskopizität aufweist, bleiben seine elektrischen Eigenschaften auch in feuchter Umgebung sehr stabil. Darüber hinaus werden die elektrischen Eigenschaften von Polyarylat weniger temperaturabhängig beeinflusst. Der Volumenwiderstand von Polyarylat kann selbst bei hohen Temperaturen von 160 °C über 1014 Ω·cm gehalten werden.
6. Chemische Eigenschaften
Polyarylat weist eine gute Säure- und Ölbeständigkeit auf, ist jedoch nicht optimal in Bezug auf Alkalibeständigkeit, Spannungsrissbeständigkeit, aromatische Kohlenwasserstoff- und Ketonbeständigkeit. Auch die chemische Beständigkeit von Polyarylat ist nicht optimal. Das mit Kohlenstofffasern modifizierte Polyarylat der AX-Serie weist eine deutlich verbesserte chemische Beständigkeit und Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel auf und ist zudem deutlich verarbeitungsfähiger. Tabelle 1-2 listet die Eigenschaften des Polyarylats der AX-Serie auf.
7. Andere Eigenschaften
Polyarylat weist eine hervorragende Transparenz auf und hat einen Brechungsindex von 1,61, der höher ist als der von Polycarbonat und Polymethacrylat. Die Lichtdurchlässigkeit beträgt bei einer Dicke von 2 mm 87 %, was in etwa der von Polycarbonat entspricht. Polyarylat ist hervorragend beständig gegen ultraviolette Strahlung. Polyarylat mit einer Dicke von 0,1 mm kann Licht mit einer Wellenlänge unter 350 nm vollständig blockieren. Polyarylat ist ein technischer Kunststoff mit hervorragender Witterungsbeständigkeit und übertrifft die von Polycarbonat deutlich.
Formgebung und Verarbeitung von Polyarylat PAR
Der Schmelzpunkt von Polyarylat unterscheidet sich deutlich von der thermischen Zersetzungstemperatur und es kann durch Heiz- und Schmelzverfahren wie Spritzgießen, Extrusion und Blasformen geformt und verarbeitet werden. Die Schmelzviskosität von Polyarylat ist relativ hoch, etwa zehnmal so hoch wie die von Polycarbonat bei gleicher Temperatur, weshalb für eine bessere Fließfähigkeit eine höhere Formtemperatur erforderlich ist. Die Fließfähigkeit von Polyarylat hängt auch von der Dicke der Produkte ab. Normalerweise nimmt die Fließfähigkeit schnell ab, wenn die Dicke weniger als 2 mm beträgt. Daher müssen beim Formen von dünnwandigen Produkten aus Polyarylat höhere Temperaturen und Drücke angewendet werden. Schon geringe Mengen Wasser zersetzen Polyarylat während des Formens. Deshalb ist es sehr wichtig, Polyarylat vor dem Formen vorzutrocknen. Der Wassergehalt sollte normalerweise unter 0,02 % (Massenanteil) gehalten werden. Die Trocknungsbedingungen liegen in der Regel bei 110–140 °C und 6 Stunden.
1. Spritzguss
Polyarylat kann mit herkömmlichen Spritzgussmaschinen spritzgegossen werden, hat jedoch eine relativ hohe Schmelzviskosität und erfordert eine hohe Formtemperatur. Um ein Sintern und Verkohlen des Materials zu verhindern, sollten Spritzgussmaschinen mit Nadelventilen grundsätzlich vermieden werden. Die Formschwindung von Polyarylat ähnelt der von Polycarbonat und beträgt jeweils etwa 0,05 %. Normalerweise können Polycarbonat-Spritzgussformen auch für Polyarylat-Spritzguss verwendet werden. Bei komplexeren Formen sollten jedoch Angussöffnungen, Angusskanäle usw. etwas größer gewählt werden, um die schlechte Fließfähigkeit von Polyarylat auszugleichen.
Die Formtemperatur von Polyarylat ist beim Spritzgießen im Allgemeinen hoch. Ist sie zu niedrig, ist die Restspannung des Produkts nach dem Spritzgießen groß, und manche Produkte reißen sogar ohne äußere Krafteinwirkung. Bei Produkten mit ungleichmäßiger Dicke und vielen Biegungen ist die Restspannung sogar noch größer.
2. Extrusionsformen
Im Vergleich zum Spritzgießen ist die Temperatur beim Extrusionsformen von Polyarylat in der Regel um 10 bis 20 °C niedriger. Die Schmelzviskosität von Polyarylat ist relativ hoch. Um die Plastifizierungswirkung zu verbessern, sollte in der Regel ein Extruder mit größerem Längenverhältnis, Drehmoment und Leistung verwendet werden. Um Sinterung und Karbonisierung durch Schererwärmung zu vermeiden, sollte die Schneckendrehzahl nicht zu hoch sein und die Schnecken- und Matrizenstruktur sollte die Teile, die zu Materialrückständen neigen, minimieren.
Modifikation und Anwendung von Polyarylat PAR
PAR kann mit Glasfasern, Kohlefasern, Polyarylamidfasern, Keramikfasern usw. verstärkt werden. Auch Mischfasern und Polymer-Superfasern (z. B. ultrahochmolekulare Polyethylenfasern) sind möglich. Glasfasern sind die am häufigsten verwendeten Verstärkungsfasern. Bei der Verstärkung von PAR mit Glasfasern ist die Verwendung des Haftvermittlers KH-550 und die Zugabe einer entsprechenden Menge Stabilisator erforderlich. Der Herstellungsprozess entspricht im Wesentlichen dem von glasfaserverstärktem PC.
Polyarylat bildet hauptsächlich eine Mischlegierung mit PET, PBT, PC, PA, Fluorkunststoffen usw., darunter ein kompatibles System mit PET, PBT, PC usw. und ein inkompatibles System mit PA, Fluorkunststoffen usw.
PAR verbessert die Leistung des Produkts durch Legierung. Kunststofflegierungen der PAR/PET-Serie zeichnen sich durch hohe Steifigkeit, hohe Maßgenauigkeit, geringe Anisotropie und glatte Oberflächen aus. Sie werden hauptsächlich für Automobilteile und bestimmte Präzisionsteile verwendet. PAR/PTFE kann für ölfrei geschmierte, verschleißfeste Materialien wie Lager verwendet werden. PAR/PA-Legierungen werden für hitzebeständige und schlagfeste Teile in Automobilen verwendet, beispielsweise für Innen- und Außenteile wie Motorhauben und Außenverkleidungen sowie für Gleitteile, Bremsteile, Buchsen usw.
Hochtransparentes PAR bietet neue Anwendungsmöglichkeiten in der Optoelektronik. PAR-Folie hat einen Doppelbrechungswert von weniger als 10M und eignet sich zur Herstellung von Verzögerungsfolien zur Vermeidung von Farbverzerrungen in Flüssigkristallanzeigen. Diese Folie wird bei der Herstellung von Flüssigkristallanzeigen (LCDs) verwendet und kann das für LCDs benötigte Glas ersetzen. Als hochtemperaturbeständiges und extrem transparentes Material erfüllt PAR die Anforderungen der LCD-Herstellungstechnologie.
