一,Úvod do polyimidu
Polyimid (PI) je molekulární struktura obsahující imidové-řetězcové články aromatických heterocyklických polymerních sloučenin, v současnosti je jednou z nejlepších variant technických plastů s tepelnou odolností, široce používaná v letectví, kosmonautice, mikroelektronice, nanotechnologiích, tekutých krystalech, laserech a dalších oborech.
V poslední době všechny země zahrnují výzkum, vývoj a použití PI v 21. století, což je jedno z ohnisek vývoje nových chemických materiálů. Polyimid má díky svým vynikajícím vlastnostem ve výkonu a syntéze skvělé vyhlídky na použití, ať už jako konstrukční materiál nebo jako funkční materiál.
Polyimid je známý jako vrchol pyramidy polymerních materiálů, známý také jako „řešitel problémů“, a dokonce i někteří zasvěcenci v oboru věří, že „žádný polyimid nebude mít dnešní mikroelektronickou technologii“.
2, Polyimid klasifikace a aplikace
Polyimidy lze díky svým vynikajícím vlastnostem použít v široké škále aplikací a lze je rozdělit do různých typů, včetně technických plastů, vláken, fotosenzitivních polyimidů, pěn, povlaků, lepidel, fólií, aerogelů, kompozitů a dalších.
Mezi mnoha polymery je polyimid jediný, který má širokou škálu aplikací a v každém z nich vykazuje vynikající vlastnosti. Níže vás provedu hlavními způsoby použití jednotlivých druhů polyimidů.
1.Technický plast
Polyimidový technický plast má termoset a termoplast, které lze rozdělit na polytetramethylentetrakarbimid (PMMI), polyetherimid (PEI), polyamid a imid (PAI) atd., mají své vlastní použití v různých oblastech.
PMMI v zátěži 1,8 MPa teplota tepelné deformace 360 stupňů, vynikající elektrické vlastnosti, lze použít pro speciální podmínky přesných dílů, vysokoteplotní samomazná-ložiska, těsnění, oběžná kola dmychadel atd., lze také použít v kontaktu s díly ventilů s kapalným čpavkem, díly systému přívodu paliva proudového motoru.
PEI má vynikající mechanické vlastnosti, elektroizolační vlastnosti, odolnost proti ozáření, odolnost proti vysokým teplotám a otěru, dobrou tekutost taveniny, míru smrštění výlisku 0,5 % až 0,7 %, dostupný pro vstřikování a vytlačování, post-zpracování je relativně snadné, lze jej také použít pro metodu svařování a další materiály kombinované v elektronickém a elektrotechnickém průmyslu, v automobilovém průmyslu, ve zdravotnictví, jsou široce používány.
Pevnost PAI je nejvyšší mezi současnými -vyztuženými plasty, pevnost v tahu je 190 MPa, pevnost v ohybu je 250 MPa a teplota tepelné deformace je až 274 stupňů při zatížení 1,8 MPa. PAI má dobrou odolnost vůči ablaci a elektromagnetismu při vysoké teplotě a vysoké frekvenci a má dobré adhezivní vlastnosti ke kovům a jiným materiálům, používá se hlavně na ozubená kola, ložiska a dělicí čelisti kopírek atd. a lze ji použít také na převodovky, ložiska a oddělovací čelisti kopírek atd. Lze ji použít i na propustné materiály letadel a konstrukční materiály.
2.Polyimidové vlákno
Polyimidové vlákno je důležité vysoce{0}}výkonné vlákno, jeho vysokoteplotní polyimidové vlákno je v současnosti jednou z nejvyšších teplot organických syntetických vláken, lze jej použít při 250~350 stupních . Odolnost vůči světlu, absorpce vody, tepelná odolnost a další aspekty aramidových a polyfenylensulfidových vláken jsou lepší ve srovnání s vysoce-výkonnými polyimidovými vlákny, než je pevnost aramidových vláken asi jednou vyšší než současný mechanický výkon jednoho z nejlepších organických syntetických vláken. Je to jedno z nejlepších organických syntetických vláken z hlediska mechanických vlastností.
S neustálým vývojem v oblasti špičkových{0}}technologií jsou fyzikální a chemické vlastnosti produktů PI stále náročnější. Tradiční PI materiály v mechanice, tepelném a optickém, elektrickém, magnetickém a dalších aspektech výkonu nebyly schopny splnit moderní vědecké a technologické oblasti speciálních požadavků na materiál. PI vysoce výkonná vlákna se svými vynikajícími mechanickými vlastnostmi, tepelnou stabilitou, ozařováním a dalšími vlastnostmi se stanou typickým představitelem další generace vysoce výkonných vláken.
V současné době se domácí průmysl PI vláken zabývá především Asxc, Hipolyking, Aieplastics, Jsshino a tak dále. Mezi nimi se Hipolyking stal důležitou základnou pro výzkum, vývoj a výrobu polyimidů v Číně. Jsshino, vysoce-výkonné organické vlákno se zcela nezávislými právy duševního vlastnictví, prošlo v roce 2016 hodnocením vědeckých a technologických úspěchů a zároveň se v roce 2020 postavilo do čela formulování národního standardu „vysoko{4}}pevnostního a vysokomodulového polyimidového vlákna“.
3. Fotosenzitivní polyimid (PSPI)
Fotosenzitivní polyimid (PSPI) je třída polymerního řetězce jak v imidovém kruhu, tak v genech fotosenzitivních, soubor vynikající tepelné stability, dobrých mechanických vlastností, chemických a fotografických vlastností organických materiálů.
PSPI v oblasti elektroniky, zejména fotorezistu a elektronického balení dvě hlavní role, ve fotosenzitivním polyimidu přidaném do senzibilizátoru, stabilizátoru atd. lze získat "polyimidový fotorezist". Ve srovnání s tradičním fotorezistem, protože samotný polyimid má dobré dielektrické vlastnosti, takže při použití bez nutnosti potahovat roli pracovního média činidla světelné bariéry může značně zkrátit proces a zlepšit efektivitu výroby.
Výrobní technologii PSPI ovládají především americké a japonské společnosti, z nichž Toray je jednou z nejúspěšnějších světových společností na trhu pozitivních produktů PSPI a její pozitivní produkty se používají v mikroelektronických obalech, zapouzdření optoelektroniky a dalších oborech.
Čínský polyimidový průmysl, omezovaný zaostalostí výrobní technologie, se stále musí filmovat a stabilizovat další-produkty nižší třídy, výroba fotosenzitivních polyimidů je nižší, poptávka na trhu závisí na dovozu. V 《Made in China 2025 expresní politické podpory, čínské průmyslové, mechanické, elektronické a další obory vstupují do domácí substituční fáze, domácí podniky pro PSPI se nadále prohlubují, některé společnosti zvládly výrobní technologii.
V současné době je rozložení PSPI R&D, produkce místních podniků Rayitek, MINSEOA Advanced Material, Guofeng New Materials, Dragon{0}}chen atd., budoucnost v oblasti domácí substituce vesmíru.
4. Polyimidová pěna
Polyimidová pěna je typ polyimidového materiálu, který byl poprvé vyvinut v 70. letech 20. století výzkumným střediskem NASA Langley Research Center ve spolupráci s Unitika America, používaný na raketoplánu a nyní je široce používán v letadlech, lodích, vlacích, automobilech a dalších oborech. Má vnitřní nehořlavou, tepelně-odolnou, lehkou a ekologicky nezávadnou-toxickou vlastnost a lze ji používat po dlouhou dobu při ultra-vysoké teplotě, ultra-nízké teplotě, vysoké solné mlze, silném hluku, silné korozi, silném záření a dalších extrémních provozních podmínkách.
Polyimidovou pěnu lze rozdělit do tří kategorií:
Stejně jako obecně polyimid, pěnové materiály se středem jako hlavním řetězcem, s provozní teplotou 300 stupňů nebo více (PI pěna).
Pěnové materiály, ve kterých středový kroužek existuje jako postranní skupina (PMI pěna).
Nano{0}}pěnové materiály získané vnesením tepelně nestabilních segmentů mastných řetězců do polyimidu a jejich rozbitím při vysokých teplotách.
Polyimidová pěna patří k pokročilým funkčním materiálům, stále častěji se používá v letectví, námořní dopravě, národní obraně a mikroelektronice a dalších špičkových{0}}tech oblastech v oblasti tepelné izolace, snížení vibrací a hluku a izolace a dalších klíčových materiálů.
Nejdůležitější aplikací PI pěny je tepelná izolace a materiál snižující hluk pro lodě. PI pěna jako první volba tepelné izolace a materiálu pro snížení hluku v nových válečných lodích rychle roste.
PMI pěna je nový typ pěnového materiálu s vysokou molekulární strukturou s nejlepším komplexním výkonem, což je vysoce{0}}výkonný kompozitní pěnový materiál jádra s vysokou měrnou pevností, vysokým specifickým modulem, vysokou rychlostí uzavírání a vysokou tepelnou odolností a má vlastnosti nízké hmotnosti, vysoké pevnosti a odolnosti vůči vysokým/nízkým teplotám. Kromě toho, jako nejlepší strukturální pěnový materiál jádra, je PMI pěna široce používána v lopatkách ventilátorů, lopatkách vrtulníků, letectví a dalších oblastech a její trend nahrazování PET pěny je jasný a má široký prostor na trhu.
PI pěna je tepelně-odolná, zpomaluje hoření-, neprodukuje škodlivé plyny, snadno se instaluje a je široce používána v tepelně izolačních a protihlukových materiálech. V současné době americké námořnictvo používá PI pěnu jako tepelný a akustický izolační materiál pro všechny povrchové lodě a ponorky a pěnu SOLIMIDE vyráběnou INSPEC používá více než 15 zemí k vývoji tepelného a akustického izolačního systému pro námořní plavidla. Kromě toho je PI pěna také široce používána v civilních lodích, jako jsou luxusní výletní lodě, motorové čluny a lodě na zkapalněný zemní plyn.
Podobně jako u PI pěny je použití PMI pěny také velmi široké. Mezi typické aplikace PMI pěny patří:
(1) Strukturální pěnový materiál jádra: vynikající odolnost proti vysoko-teplotní kompresi, takže je široce používán jako základní materiál pro lopatky ventilátorů, letectví, kosmonautiku, lodě, sportovní vybavení, lékařské vybavení a další obory;
(2) Širokopásmové vlnové-průhledné materiály: díky nízké dielektrické konstantě a ztrátám jsou široce používány v radarech, anténách a dalších oblastech;
(3) tepelně a zvukově izolační materiály: vysokorychlostní-lokomotivy, pneumatiky, audio a tak dále.
Od 21. století počet jednotek zapojených do výzkumu polyimidové pěny v Číně výrazně vzrostl a průmysl dosáhl významných technologických průlomů. V současnosti jsou hlavními tuzemskými výrobci polyimidové pěny Qingdao Ouc, Shkdchem a Tschina, Zgzts a AMMT. Mezi nimi Ningbo Institute of Materials Tachnology ＆ Engineeing, CAS postavil pilotní zařízení na bázi polyimidových mikropěnových částic. Polyimidové produkty Qingdao Ouc a Shkdchem prošly vojenským testem.
5. Polyimidcoves
Použití polyimidu při přípravě povlaků je jednou z jeho prvních aplikací a tento typ látky se používá hlavně jako izolační povlak pro smaltované dráty v povlakech. Izolační povlaky na smaltované dráty jsou převážně kulatý drát potažený ponorem, plochý drát a další typy drátu o průměru holý měděný drát, slitinový drát a vnější vrstva drátu omotaného skleněným drátem, zlepšují a stabilizují vnější vrstvu smaltovaného drátu.
Jedním z důležitých ukazatelů izolačních povlaků je tepelně -odolný stupeň, podle Mezinárodní elektrotechnické asociace ICE z roku 1954 ICE-85 se izolační materiály dělí na sedm tepelně odolných materiálů při použití norem pro tepelnou stabilitu.
Pro splnění požadavků průmyslové technologie se vývoj izolačních materiálů vyznačuje tím, že izolační systém by měl být schopen pracovat o 180-200 stupních až po vyšší teploty pro dlouhodobou-práci, ale bez výrazného úbytku hmotnosti a elektrické pevnosti, a zachovat si dobrou elasticitu, vlhkost, ozón, odolnost proti oblouku a další vlastnosti. Polyimidové materiály mohou být velmi dobré pro splnění požadavků tohoto použití, k přípravě izolačního povlaku třídy F- a vyššího tepelně-odolného stupně, lze polyimid použít jako izolační lak na elektromagnetický drát nebo jako vysokoteplotní povlaky.