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 13.122




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。

半导体制造后端
尺寸稳定的杜邦™ Vespel® 部件是晶圆处理和芯片测试的理想选择 - 它们磨损低,不会损坏金属或陶瓷等晶圆。

飞机发动机短舱设计
杜邦™ Vespel® 具有久经考验的剪切强度、抗冲击性和减轻重量,可提高飞机发动机短舱的性能。

Vespel® 发动机机油系统密封件
杜邦™ Kalrez® O 形圈、垫圈和定制密封件可承受喷气燃料、发动机润滑油、液压油、火箭推进剂和氧化剂的侵蚀。

动力运动车辆
杜邦™ Vespel® 离合器组件具有韧性、高摩擦下的低磨损和抗冲击性,使其成为全地形车、摩托车等的理想选择。

飞机发动机短舱设计
杜邦™ Vespel® 具有久经考验的剪切强度、抗冲击性、轻量化和高耐热性,可提高飞机发动机短舱性能。

传动系统组件

高性能 Vespel® 传动系统组件有助于控制摩擦、限制磨损并降低卡死风险

电机的平稳运行始于正确的部件

由小型电动机和由杜邦™ Vespel® 零件制成的执行器驱动的汽车系统运行平稳可靠。



的汽车制造商都依赖采用杜邦专有成型技术制造的推力塞。Vespel® 推力塞施加恰到好处的摩擦力，以实现平稳打开和关闭，并在部分打开时将窗户保持在原位。

Vespel® 止推塞和止推板有助于提高以下设备的使用寿命：

小型减速电机
冷却风扇电机
用于调整转向和座椅位置
的齿轮箱 窗户升降电机
天窗、天窗和全景天窗电机
门滑动电机
雨刮器电机
执行器衬套

为可持续交通提供动力

品
 
更轻的动力总成系统有助于提高燃油效率

汽车动力总成系统提供了一个减轻车辆重量和提高燃油效率的机会，同时降低了系统的总成本。

用更轻的塑料代替金属部件，可以改变动力总成系统的设计和生产方式。这在一定程度上是可能的，因为杜邦™ Zytel® PLUS 尼龙系列产品具有出色的性能。Zytel® PLUS 产品在高温、恶劣的化学环境中非常耐用，这些环境存在于过去仅由金属制成的引擎盖下应用中。

为创新提供原材料

仅使用金属材料生产动力总成系统组件并不是实现可持续出行的长期解决方案。金属受到其质量、制造工艺和物理特性的限制，这些都会增加重量并限制设计灵活性。

除了减轻车辆重量外，与金属相比，高性能聚合物还为动力总成系统提供了更多的设计和工具灵活性，还延长了工具寿命并降低了系统总成本。例如，典型的注塑成型聚合物零件的刀具寿命超过 100 万个单位，而压铸铝和镁零件的模具寿命通常短得多，约为 70,000 至 100,000 个单位。

做出持久的改变

此外，聚合物的特性可以帮助用户集成多个部件和功能，从而实现更轻、更简单、更具成本效益的动力总成系统。提高燃油效率的机会是显而易见的——汽车重量仅减轻 50 公斤（110 磅），每公里可减少多达 5 克二氧化碳，并将燃油经济性提高多达 2%。

使零件和流程变得更好

随着汽车制造商制造更小的发动机，涡轮增压等动力增压技术正被用于提供满足购车消费者需求所需的性能。涡轮增压系统会引入更高的温度和压力，以及更多的废气再循环 （EGR），从而导致暴露于更具腐蚀性的化学品混合物中。

杜邦为涡轮增压器和排放系统提供多种材料，可以承受这些新条件：除了典型的 Zytel® 产品外，杜邦™ Zytel® PLUS 尼龙和杜邦™ Zytel® HTN92 系列 PPA 树脂还为这些要求苛刻的应用提供高性能。这些树脂基于我们的 SHIELD 技术，在热氧化性方面实现了飞跃，可以支持长期的热老化性能。

表现出色的产品组合

Zytel® PLUS 产品组合包括一系列牌号，在耐热性和耐化学性方面均优于传统尼龙。对于动力总成系统而言，与标准的热稳定尼龙相比，这些特性可以支持将某些发动机部件的使用寿命延长一倍的机会。这为在塑料材料以前无法处理的应用中替代金属部件创造了机会。

更多选择和更多使用方式

通过与原始设备制造商和供应链的各个层面合作，我们的材料科学和应用开发资源可帮助评估设计、操作条件和制造工艺，从而帮助汽车制造商指定正确等级的 Zytel® PLUS 或我们的其他材料之一。杜邦与这些动力总成系统工程师、设计师和制造商合作，帮助预测车辆生命周期内的预期部件性能。通过亚洲、欧洲和美洲的区域开发中心，我们可以建模、分析并帮助优化组件设计和性能。杜邦与原始设备制造商和供应商合作，从概念到商业发布和生产。

示例 1：管理热气体

为了满足更高的温度要求、高 EGR（废气再循环）率和模块化设计方法，涡轮增压器风管系统正在摆脱更重、更昂贵的铝、不锈钢和镀锌钢。

如今的解决方案是高温半芳香族聚酰亚胺 （PPA），例如杜邦™ Zytel®HTN 高性能聚酰胺树脂。这些高性能塑料支持风管系统中的先进设计和集成。零件的集成可以消除对夹具、支架和硅胶套的需求，使组装更简单、更高效。

例如，位于日内瓦的杜邦 吹塑技术中心生产 3D 吸塑吹塑和共挤管材，可以将涡轮增压器增压空气冷却器与发动机的进气歧管相结合。“热侧”风管正在开发中，使用我们的耐高温尼龙HSLX树脂，耐温高达210°C。

示例 2：减少摩擦

通过减少摩擦和磨损来提高动力总成效率有助于降低油耗和耐用性。通过定义一组在高温下影响磨损的关键材料特性，杜邦科学家已经证明，与现有材料相比，使用 Vespel® SCP 树脂等材料可改善 60-70% 的磨损。

例如，在旋转表面之间带有润滑剂的盘式系统上的板通常用于传动系统应用，例如止推垫圈和密封环。通过仔细优化材料选择和设计指南，同时考虑系统的热需求，我们已经能够证明测量的摩擦减少了 45% 到 55%，这对于几个旋转传动系统组件来说是一个显着的收益。

汽车制造商在评估了 Vespel® SCP 材料在暴露于高浓度烟尘和焦炭颗粒的排放阀应用中的性能后，发现 EGR 阀的性能有所提高。这些颗粒会导致磨损问题和驱动速度问题，主要是由于摩擦性能随时间的变化。


电机的平稳运行始于正确的部件

由小型电动机和由杜邦™ Vespel® 零件制成的执行器驱动的汽车系统运行平稳可靠。