一, Wprowadzenie do poliimidu
Poliimid (PI) to struktura molekularna zawierająca ogniwa łańcuchowe na bazie imidu- aromatycznych heterocyklicznych związków polimerowych. Jest obecnie jedną z najlepszych odmian tworzyw konstrukcyjnych zapewniających odporność na ciepło, szeroko stosowaną w lotnictwie, kosmonautyce, mikroelektronice, nano, ciekłych kryształach, laserach i innych dziedzinach.
Ostatnio wszystkie kraje włączają badania, rozwój i zastosowanie PI w XXI wieku, co jest jednym z głównych celów rozwoju nowych materiałów chemicznych. Poliimid, ze względu na swoje wyjątkowe właściwości w zakresie wydajności i syntezy, ma ogromne perspektywy zastosowania, zarówno jako materiał konstrukcyjny, jak i materiał funkcjonalny.
Poliimid jest znany jako szczyt piramidy materiałów polimerowych, znany również jako „rozwiązujący problemy”, a nawet niektórzy znawcy branży uważają, że „żaden poliimid nie będzie miał dzisiejszej technologii mikroelektroniki”.
2, Klasyfikacja i zastosowanie poliimidu
Poliimidy można stosować w szerokim zakresie zastosowań ze względu na ich doskonałe właściwości i można je podzielić na różne typy, w tym tworzywa sztuczne konstrukcyjne, włókna, poliimidy światłoczułe, pianki, powłoki, kleje, folie, aerożele, kompozyty i inne.
Spośród wielu polimerów poliimid jako jedyny ma szerokie zastosowanie i w każdym z nich wykazuje znakomite właściwości użytkowe. Poniżej omówię główne zastosowania każdej odmiany poliimidu.
1. Inżynieria tworzyw sztucznych
Poliimidowe tworzywo konstrukcyjne ma właściwości termoutwardzalne i termoplastyczne, które można podzielić na politetrametylenotetrakarbimid (PMMI), polieteroimid (PEI), poliamid i imid (PAI) itp., które mają swoje własne zastosowania w różnych dziedzinach.
PMMI przy obciążeniu 1,8 MPa, temperatura odkształcenia cieplnego wynosząca 360 stopni, doskonałe właściwości elektryczne, można stosować do specjalnych warunków części precyzyjnych, wysokotemperaturowych samosmarujących się łożysk, uszczelek, wirników dmuchaw itp., można również stosować w kontakcie z częściami zaworów ciekłego amoniaku, częściami układu zasilania paliwem silników odrzutowych.
PEI ma doskonałe właściwości mechaniczne, właściwości izolacji elektrycznej, odporność na promieniowanie, odporność na wysoką temperaturę i odporność na ścieranie, dobrą płynność stopu, stopień skurczu przy formowaniu od 0,5% do 0,7%, jest dostępny do formowania wtryskowego i wytłaczania,-obróbka końcowa jest stosunkowo łatwa, może być również stosowany do metod spawania i innych materiałów łączonych w elektronice i urządzeniach elektrycznych, lotnictwie, samochodach, sprzęcie medycznym i innych gałęziach przemysłu.
Wytrzymałość PAI jest najwyższa wśród obecnych-tworzyw sztucznych niewzmocnionych, wytrzymałość na rozciąganie wynosi 190 MPa, wytrzymałość na zginanie wynosi 250 MPa, a temperatura odkształcenia cieplnego sięga aż 274 stopni pod obciążeniem 1,8 MPa. PAI ma dobrą odporność na ablację i elektromagnetyzm w wysokiej temperaturze i wysokiej częstotliwości oraz ma dobre właściwości adhezyjne do metali i innych materiałów, stosowanych głównie do przekładni, łożysk i łap separujących kserokopiarek itp. Może być również stosowany do. Stosowany jest głównie do przekładni, łożysk i łap separujących kserokopiarek itp. Może być również stosowany do materiałów ablacyjnych, materiałów magnetycznie przepuszczalnych i materiałów konstrukcyjnych samolotów.
2. Włókno poliimidowe
Włókno poliimidowe jest ważnym włóknem-o wysokiej wydajności. Jego wysokotemperaturowe włókno poliimidowe ma obecnie jedną z najwyższych temperatur wśród organicznych włókien syntetycznych i może być stosowane w temperaturze 250–350 stopni. Jeśli chodzi o odporność na światło, absorpcję wody, odporność na ciepło i inne aspekty włókien aramidowych i siarczku polifenylenu, są one lepsze w porównaniu z-wysokosprawnymi włóknami poliimidowymi. Wytrzymałość aramidu jest około raz większa niż obecne właściwości mechaniczne jednego z najlepszych organicznych włókien syntetycznych. Jest to jedno z najlepszych organicznych włókien syntetycznych pod względem właściwości mechanicznych.
Wraz z ciągłym rozwojem-dziedzin zaawansowanych technologii właściwości fizyczne i chemiczne produktów PI stają się coraz bardziej wymagające. Tradycyjne materiały PI w mechanice, cieplnej i optycznej, elektrycznej, magnetycznej i innych aspektach wydajności nie były w stanie sprostać nowoczesnym dziedzinom naukowym i technologicznym w zakresie specjalnych wymagań materiału. Włókna PI o-wysokiej wydajności, charakteryzujące się doskonałymi właściwościami mechanicznymi, stabilnością cieplną, promieniowaniem i innymi właściwościami, staną się następną generacją typowych-włókien o wysokiej wydajności.
Obecnie krajowy przemysł włókien PI zajmuje się głównie Asxc, Hipolyking, Aieplastics, Jsshino i tak dalej. Wśród nich Hipolyking stał się ważną bazą dla badań, rozwoju i produkcji poliimidów w Chinach. Jsshino,-wysokowydajne włókno organiczne, posiadające całkowicie niezależne prawa własności intelektualnej, przeszło ocenę osiągnięć naukowych i technologicznych w 2016 r., a jednocześnie objęło wiodącą rolę w ukończeniu prac nad opracowaniem krajowej normy „filament poliimidowy o wysokiej-wytrzymałości i wysokim-module sprężystości” w 2020 r.
3.Światłoczuły poliimid (PSPI)
Światłoczuły poliimid (PSPI) to klasa łańcuchów polimerowych zarówno w pierścieniu imidowym, jak i w genach światłoczułych, charakteryzująca się doskonałą stabilnością termiczną, dobrymi właściwościami mechanicznymi, chemicznymi i fotograficznymi materiałów organicznych.
PSPI w dziedzinie elektroniki, głównie fotomaski i opakowań elektronicznych pełni dwie główne role, w światłoczułym poliimidzie dodawanym do sensybilizatora, stabilizatora itp. można uzyskać „fotomaskę poliimidową”. W porównaniu z tradycyjnym fotorezystem, ponieważ sam poliimid ma dobre właściwości dielektryczne, więc stosowany bez konieczności powlekania roli czynnika roboczego bariery świetlnej, może znacznie skrócić proces i poprawić wydajność produkcji.
Technologia produkcji PSPI jest kontrolowana głównie przez firmy amerykańskie i japońskie, z których Toray jest jednym z przedsiębiorstw odnoszących największe sukcesy na świecie na rynku pozytywnych produktów PSPI, a jej pozytywne produkty są wykorzystywane w opakowaniach mikroelektroniki, hermetyzacji optoelektroniki i innych dziedzinach.
Ograniczony zacofaniem technologii produkcji chiński przemysł poliimidów nadal musi produkować folie i inne produkty-z niższej półki w celu stabilizacji, produkcja światłoczułego poliimidu jest mniejsza, a popyt rynkowy zależy od importu. W ramach ekspresowego wsparcia polityki „Made in China 2025” chiński przemysł, mechanika, elektronika i inne dziedziny wkraczają w fazę krajowej substytucji, krajowe przedsiębiorstwa zajmujące się PSPI nadal się pogłębiają, niektóre firmy opanowały technologię produkcji.
Obecnie w układzie badawczo-rozwojowym PSPI, produkcji lokalnych przedsiębiorstw Rayitek, MINSEOA Advanced Materials, Guofeng New Materials, Dragon-chen itp. wyznaczają przyszłość w dziedzinie krajowego zastępowania przestrzeni.
4. Pianka poliimidowa
Pianka poliimidowa to rodzaj materiału poliimidowego, opracowanego po raz pierwszy w latach 70. XX wieku przez NASA Langley Research Center we współpracy z Unitika America, stosowanego w promach kosmicznych, a obecnie szeroko stosowanego w samolotach, statkach, pociągach, samochodach i innych dziedzinach. Ma wewnętrzne właściwości zmniejszające palność,-odporne na ciepło, lekkie i przyjazne dla środowiska,-nietoksyczne i może być używane przez długi czas w bardzo-wysokiej i bardzo-niskiej temperaturze, przy wysokiej mgle solnej, silnym hałasie, silnej korozji, silnym promieniowaniu i innych ekstremalnych warunkach pracy.
Piankę poliimidową można podzielić na trzy kategorie:
Podobnie jak ogólnie poliimidy, materiały piankowe z midem jako głównym łańcuchem, o temperaturze roboczej 300 stopni lub wyższej (pianka PI).
Materiały piankowe, w których pierścień środkowy występuje jako grupa boczna (pianka PMI).
Materiały nano-piankowe otrzymywane przez wprowadzenie niestabilnych termicznie segmentów łańcucha tłuszczowego do poliimidu i pękanie ich w wysokich temperaturach.
Materiał piankowy poliimidowy należy do zaawansowanych materiałów funkcjonalnych i jest coraz częściej stosowany w przemyśle lotniczym, transporcie oceanicznym, obronie narodowej i mikroelektronice oraz w innych-dziedzinach zaawansowanych technologii w izolacji cieplnej, redukcji wibracji i hałasu oraz izolacji i innych kluczowych materiałach.
Najważniejszym zastosowaniem pianki PI jest materiał do izolacji cieplnej i redukcji hałasu statków. Szybko rośnie popularność pianki PI jako pierwszego wyboru materiału do izolacji cieplnej i redukcji hałasu w nowych okrętach wojennych.
Pianka PMI to nowy rodzaj materiału piankowego o wysokiej strukturze molekularnej o najlepszych wszechstronnych właściwościach.-Jest to wysokowydajny kompozytowy rdzeń piankowy o wysokiej wytrzymałości właściwej, wysokim module właściwym, wysokim współczynniku zamykania i wysokiej odporności na ciepło, charakteryzujący się lekkością, dużą wytrzymałością oraz odpornością na wysokie i niskie temperatury. Ponadto, jako najdoskonalszy materiał rdzenia z pianki strukturalnej, pianka PMI jest szeroko stosowana w łopatkach wentylatorów, łopatkach helikopterów, przemyśle lotniczym i innych dziedzinach, a trend jej zastępowania pianki PET jest wyraźny i obejmuje szeroką przestrzeń rynkową.
Pianka PI jest-odporna na ciepło,-ognioodporna, nie wytwarza szkodliwych gazów, łatwa w montażu, jest szeroko stosowana w materiałach termoizolacyjnych i redukujących hałas. Obecnie Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych wykorzystuje piankę PI jako materiał do izolacji termicznej i akustycznej wszystkich okrętów nawodnych i podwodnych, a pianka SOLIMIDE produkowana przez INSPEC została wykorzystana w ponad 15 krajach do opracowania systemu izolacji termicznej i akustycznej dla okrętów wojennych. Ponadto pianka PI jest również szeroko stosowana na statkach cywilnych, takich jak luksusowe statki wycieczkowe, łodzie motorowe i statki na skroplony gaz ziemny.
Podobnie jak w przypadku pianki PI, zastosowanie pianki PMI jest również bardzo szerokie. Typowe zastosowania pianki PMI obejmują:
(1) Materiał rdzenia z pianki strukturalnej: doskonała odporność na-kompresję w wysokiej temperaturze, dzięki czemu jest szeroko stosowany jako materiał rdzenia do łopatek wentylatorów, lotnictwa, przestrzeni kosmicznej, statków, sprzętu sportowego, sprzętu medycznego i innych dziedzin;
(2) Materiały przezroczyste- dla fal szerokopasmowych: niska stała dielektryczna i straty sprawiają, że są one szeroko stosowane w radarach, antenach i innych dziedzinach;
(3) materiały izolujące ciepło i dźwięk:-szybkie lokomotywy, opony, sprzęt audio i tak dalej.
Od XXI wieku liczba jednostek zajmujących się badaniami pianki poliimidowej w Chinach znacznie wzrosła, a przemysł dokonał znaczących przełomów technologicznych. Obecnie głównymi krajowymi producentami pianki poliimidowej są Qingdao Ouc, Shkdchem i Tschina, Zgzts i AMMT. Wśród nich Ningbo Institute of Materials Tachnology ＆ Engineeing, CAS zbudował pilotażowy sprzęt do cząstek mikropianki poliimidowej, a produkty poliimidowe Qingdao Ouc i Shkdchem przeszły test wojskowy.
5. Poliimidcowies
Zastosowanie poliimidu do wytwarzania powłok jest jednym z jego najwcześniejszych zastosowań, a tego typu substancja stosowana jest głównie jako powłoka izolacyjna dla drutów emaliowanych w powłokach. Emaliowane powłoki izolacyjne z drutu to głównie drut-powlekany zanurzeniowo, drut okrągły, drut płaski i inne rodzaje gołego drutu miedzianego o średnicy drutu, drutu stopowego i zewnętrznej warstwy drutu owiniętego drutem szklanym, które poprawiają i stabilizują zewnętrzną warstwę emaliowanego drutu.
Jednym z ważnych wskaźników powłok izolacyjnych jest stopień-odporności na ciepło. Według Międzynarodowego Stowarzyszenia Elektrotechnicznego ICE-85 z 1954 r. dotyczącego materiałów izolacyjnych i elektrycznych, stosując standardy klasyfikacji stabilności termicznej, materiały izolacyjne dzieli się na siedem klas odporności na ciepło.
Aby sprostać wymaganiom technologii przemysłowej, rozwój materiałów izolacyjnych charakteryzuje się tym, że system izolacyjny powinien być w stanie wytrzymać temperatury od 180-200 stopni do wyższych w przypadku długotrwałej pracy-, ale bez znaczącej utraty masy i zmniejszenia wytrzymałości elektrycznej, a także zachować dobrą elastyczność, odporność na wilgoć, ozon, łuk elektryczny i inne właściwości. Materiały poliimidowe mogą bardzo dobrze spełniać wymagania tego zastosowania, do przygotowania powłoki izolacyjnej klasy F-i wyższej-odpornej na ciepło. Poliimid można stosować jako lakier izolacyjny drutu elektromagnetycznego lub jako stosowane powłoki wysokotemperaturowe.