Vespel 是杜邦公司生产的一系列耐用高性能聚酰亚胺基塑料的商标。

特点和应用
Vespel 主要用于航空航天、半导体和运输技术。它结合了耐热性、润滑性、尺寸稳定性、耐化学性和抗蠕变性,可用于恶劣和 的环境条件。
与大多数塑料不同,即使在高温下也不会产生明显的释气,这使得它可用于轻质隔热罩和坩埚支撑。它在真空应用中也表现良好,低至极低的低温。然而,Vespel 往往会吸收少量的水,从而导致放置在真空中的泵时间更长。

尽管在这些特性中,有些聚合物都超过了聚酰亚胺,但它们的结合是 Vespel 的主要优势。

热物理性质
Vespel 通常用作测试热绝缘体的导热性参考材料,因为它具有高再现性和热物理性能的一致性。例如,它可以承受高达 300 °C 的反复加热,而不会改变其热性能和机械性能。已经发布了大量测量的热扩散率、比热容和推导密度的表格,这些表格都是温度的函数。
磁性
Vespel 用于 NMR 波谱的高分辨率探针,因为它的体积磁化率(Vespel SP-1 在 21.8 °C 时为 -9.02 ± 0.25×10?6[5])接近室温下的水(20 °C 时为 -9.03×10?6 [6]) 负值表示两种物质都是抗磁性的.将NMR样品周围材料的体积磁化率与溶剂的体积磁化率相匹配,可以减少磁共振线的磁化率展宽。
制造应用加工
Vespel 可以通过直接成型 (DF) 和等静压成型(基本形状 - 板材、棒材和管材)进行加工。对于原型数量,通常使用基本形状以提高成本效益,因为 DF 零件的工具成本相当高。对于大规模的CNC生产,DF零件通常用于降低每个零件的成本,而牺牲的材料性能不如等静压生产的基本形状。
类型
对于不同的应用,特殊配方被混合/复合。形状由三个标准过程生成:
压缩成型(用于板材和环);
等静压成型(棒材用);和
直接成型(用于大批量生产的小尺寸零件)。
与从压缩成型或等静压形状加工而成的零件相比,直接成型零件的性能特征较低。等静压形状具有各向同性的物理性质,而直接成型和压缩成型的形状表现出各向异性的物理性质。

标准聚酰亚胺化合物的一些例子是:

SP-1原生聚酰亚胺提供从低温到 300 °C (570 °F) 的工作温度、高等离子体电阻以及 UL 等级,可实现最小的导电性和导热性。这是未填充的基质聚酰亚胺树脂。它还提供高物理强度和 伸长率,以及 的电气和热绝缘值。示例:Vespel SP-1。15%石墨(按重量计),SP-21添加到基础树脂中,可提高耐磨性并减少摩擦,适用于滑动轴承、止推垫圈、密封环、滑块和其他磨损应用。这种化合物具有石墨填充等级中 的机械性能,但低于原始等级。示例:Vespel SP-21。40%石墨(按重量计),SP-22增强耐磨性、降低摩擦、提高尺寸稳定性(低热膨胀系数)和抗氧化稳定性。示例:Vespel SP-22。10%聚四氟乙烯和15%石墨(按重量计),SP-211添加到基础树脂中,可在各种操作条件下实现 的摩擦系数。它还具有出色的耐磨性, 可达 149 °C (300 °F)。典型应用包括滑动轴承或直线轴承,以及上面列出的许多磨损和摩擦用途。示例:Vespel SP-211。15%填充钼(二硫化钼固体润滑剂),SP-3在真空和其他无湿环境中,石墨实际上会变得具有磨蚀性,具有耐磨性和耐摩擦性。典型应用包括密封件、滑动轴承、齿轮和外太空中的其他磨损表面、超高真空或干燥气体应用。示例:Vespel SP-3。
材料属性数据
Vespel的材料特性(通过等静压成型和机械加工生产)
财产 单位 测试
条件 SP-1
(未填充) SP-21
(15%石墨) SP-22
(40%石墨) SP-211
(10%聚四氟乙烯,
15%石墨) SP-3
(15%钼
2)
比重 无量 纲 1.43 1.51 1.65 1.55 1.60
热膨胀
系数 10?6/K 211–296 千米 45 34 27 [9]
296–573 千米 54 49 38 54 52
导热 W/mK 在 313 K 0.35 0.87 1.73 0.76 0.47
体积电阻率 Ω·米 在 296 K 1014-10 15 1012-10 13
介电常数 无量 纲 在 100 Hz 时 3.62 13.53
在 10 kHz 时 3.64 13.28
在 1 MHz 时 3.55 13.41


Vespel is the trademark of a range of durable high-performance polyimide-based plastics made by DuPont.[1][2]

Characteristics and applications
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Vespel is mostly used in aerospace, semiconductor, and transportation technology. It combines heat resistance, lubricity, dimensional stability, chemical resistance, and creep resistance, and can be used in hostile and extreme environmental conditions.

Unlike most plastics,[3] it does not produce significant outgassing even at high temperatures, which makes it useful for lightweight heat shields and crucible support. It also performs well in vacuum applications,[4] down to extremely low cryogenic temperatures. However, Vespel tends to absorb a small amount of water, resulting in longer pump time while placed in a vacuum.

Although there are polymers surpassing polyimide in each of these properties, the combination of them is the main advantage of Vespel.

Thermophysical properties
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Vespel is commonly used as a thermal conductivity reference material for testing thermal insulators, because of high reproducibility and consistency of its thermophysical properties. For example, it can withstand repeated heating up to 300 °C without altering its thermal and mechanical properties.[citation needed] Extensive tables of measured thermal diffusivity, specific heat capacity, and derived density, all as functions of temperature, have been published.[citation needed]

Magnetic properties
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Vespel is used in high-resolution probes for NMR spectroscopy because its volume magnetic susceptibility (?9.02 ± 0.25×10?6 for Vespel SP-1 at 21.8 °C[5]) is close to that of water at room temperature (?9.03×10?6 at 20 °C [6]) Negative values indicate that both substances are diamagnetic. Matching volume magnetic susceptibilities of materials surrounding NMR sample to that of the solvent can reduce susceptibility broadening of magnetic resonance lines.

Processing for manufacturing applications
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Vespel can be processed by direct forming (DF) and isostatic molding (basic shapes – plates, rods and tubes). For prototype quantities, basic shapes are typically used for cost efficiency since tooling is quite expensive for DF parts. For large scale CNC production, DF parts are often used to reduce per part costs, at the expense of material properties which are inferior to those of isostatically produced basic shapes.[7]

Types
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For different applications, special formulations are blended/compounded. Shapes are produced by three standard processes:

compression molding (for plates and rings);
isostatic molding (for rods); and
direct forming (for small size parts produced in large volumes).
Direct-formed parts have lower performance characteristics than parts that have been machined from compression-molded or isostatic shapes. Isostatic shapes have isotropic physical properties, whereas direct formed and compression molded shapes exhibit anisotropic physical properties.

Some examples of standard polyimide compounds are:

SP-1 virgin polyimideprovides operating temperatures from cryogenic to 300 °C (570 °F), high plasma resistance, as well as a UL rating for minimal electrical and thermal conductivity. This is the unfilled base polyimide resin. It also provides high physical strength and maximal elongation, and the best electrical and thermal insulation values. Example: Vespel SP-1.15% graphite by weight, SP-21added to the base resin for increased wear resistance and reduced friction in applications such as plain bearings, thrust washers, seal rings, slide blocks and other wear applications. This compound has the best mechanical properties of the graphite-filled grades, but lower than the virgin grade. Example: Vespel SP-21.40% graphite by weight, SP-22for enhanced wear resistance, lower friction, improved dimensional stability (low coefficient of thermal expansion), and stability against oxidation. Example: Vespel SP-22.10% PTFE and 15% graphite by weight, SP-211added to the base resin for the lowest coefficient of friction over a wide range of operating conditions. It also has excellent wear resistance up to 149 °C (300 °F). Typical applications include sliding or linear bearings as well as many wear and friction uses listed above. Example: Vespel SP-211.15% moly-filled (molybdenum disulfide solid lubricant), SP-3for wear and friction resistance in vacuum and other moisture-free environments where graphite actually becomes abrasive. Typical applications include seals, plain bearings, gears, and other wear surfaces in outer space, ultra-high vacuum or dry gas applications. Example: Vespel SP-3.
Material properties data
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Material properties of Vespel[8] (produced by isostatic molding and machining)
Property Units Test
condition SP-1
(unfilled) SP-21
(15% graphite) SP-22
(40% graphite) SP-211
(10% PTFE,
15% graphite) SP-3
(15% MoS
2)
Specific gravity dimensionless 1.43 1.51 1.65 1.55 1.60
Thermal expansion
coefficient 10?6/K 211–296 K 45 34 27 [9]
296–573 K 54 49 38 54 52
Thermal conductivity W/mK at 313 K 0.35 0.87 1.73 0.76 0.47
Volume resistivity Ω·m at 296 K 1014–1015 1012–1013
Dielectric constant dimensionless at 100 Hz 3.62 13.53
at 10 kHz 3.64 13.28
at 1 MHz 3.55 13.101




性能优势

飞机发动机外件
杜邦™ Vespel® 可以帮助解决飞机发动机外部部件的严苛密封、磨损、摩擦、振动和耐热性挑战。

Vespel® 飞机发动机风扇叶片材料
杜邦™ Vespel® 为飞机风扇叶片耐磨条和叶片垫片提供经过验证的强度、耐磨性和低摩擦。

发动机部件
杜邦™ Vespel® 零件在高温下具有持久的性能,摩擦和磨损小,是衬套、垫圈和密封圈的理想选择。

涡轮增压器
杜邦™ Vespel® 部件有助于减少排放,同时具有耐热性和隔热性,是涡轮增压器和 EGR 系统的理想选择。

Vespel® SCP-5050 减轻重量并延长裹尸布寿命

个案研究

由耐高温的 VespelSCP-5050 复合材料制成的喷气发动机护罩具有经过验证的抗冲击性，并可能显着减轻重量（与铝相比减少 40%，与不锈钢和钛相比减少 75%）。使用 VespelSCP-5050 制成的护罩还具有更长的部件寿命，这要归功于减少了磨损界面、整个护罩使用了轴承材料以及消除了衬套寿命问题。® ®

复合护罩提供低摩擦、耐磨的表面，可防止损坏昂贵的金属叶片杆。此外，VespelSCP-5050 可以简化设计和组装，使用这种材料实现的重量减轻有助于提高飞机的燃油效率、航程和有效载荷能力。®

应用

护罩是一个分段环，其孔径向向外钻孔，用于喷气发动机压缩机内部使用的可变叶片杆。有些是分裂的。
凹槽被切成护罩以接受金属连接环，通常带有可磨损的密封。
护罩通常是铝、不锈钢或钛。
护罩利用衬套来增强磨损并减少可变叶片杆的摩擦。
内罩通常漂浮在发动机轴线上。
挑战

如果衬套过早磨损，昂贵的金属部件（如叶片）可能会损坏。
组件需要在预期的发动机使用寿命内承受热偏移。
护罩需要承受冲击、负载并保持叶片的相对位置。
护罩的设计需要允许与多个叶片同时组装。
更强的耐热磨损性


杜邦 Vespel 在高温下的耐磨性图表

溶液

设计护罩采用轻质、耐高温、耐磨的 VespelSCP-5050 复合材料代替金属。®

特点和优势

在超过 600F/315C 的应用环境中具有耐高温材料的能力。°°
由于减少了磨损界面，整个护罩使用轴承材料，并消除了衬套寿命问题，因此延长了部件寿命。
久经考验的抗冲击性。
由于复合材料的密度较低，与铝相比，重量可能减轻 40%，与不锈钢和钛相比，重量可能减轻 75%。
通过消除衬套，减少需要库存和组装的零件。
通过部件整合降低系统成本。
提供尽可能大的子组件。
与动态系数为 .2 或更低的金属相比，摩擦力更低。
复合材料与金属的减振性能。