Poliimid: a polimer piramis teteje!

1. A poliimid bevezetése

A poliimid (PI) aromás heterociklikus polimer vegyület, amelynek molekuláris szerkezete imid láncegységeket tartalmaz. Ez az egyik legjobb hőálló fajta a mérnöki műanyagok területén. Széles körben használják a légi közlekedésben, a repülésben, a mikroelektronikában, a nanoban, a folyékony kristályban, a lézerben és más területeken.

A közelmúltban minden ország felsorolta a PI kutatását, fejlesztését és hasznosítását az új vegyi anyagok fejlesztési prioritásainak egyike a 21. században. A poliimid kiemelkedő teljesítmény- és szintézisjellemzői miatt nagy alkalmazási kilátásokkal rendelkezik, akár szerkezeti anyagként, akár funkcionális anyagként.

A poliimid a polimer anyagok piramisának legfelső anyagaként ismert, és "problémamegoldó szakértőként" is ismert, és még néhány ember az iparban úgy gondolja, hogy "poliimid nélkül ma nem lenne mikroelektronikai technológia.

2. A poliimid osztályozása és alkalmazása

Kiváló tulajdonságainak köszönhetően a poliimid különböző területeken használható, és különböző típusokra is osztható, beleértve a mérnöki műanyagokat, szálakat, fényérzékeny poliimidokat, habokat, bevonatokat, ragasztókat, filmeket, aerogéleket, kompozit anyagokat stb.

A sok polimer közül a poliimid az egyetlen olyan polimer, amely széles körű alkalmazási lehetőséggel rendelkezik, és kiemelkedő teljesítményt mutat minden alkalmazásban. Az alábbiakban a szerkesztő elviszi Önt, hogy megértse a különböző típusú poliimid fő felhasználásait.

1. Mérnöki műanyagok

A poliimid mérnöki műanyagok mind hőkeményítő, mind hőre lágyuló műanyagokra oszthatók, amelyek politiromellitis tetrakarboximidra (PMMI), polieterimidra (PEI), poliamid-imidra (PAI), stb. Saját felhasználási lehetőségekkel rendelkeznek különböző területeken.

A PMMI hődeformációs hőmérséklete 360 ° C 1,8 MPa terhelés alatt, és kiváló elektromos tulajdonságokkal rendelkezik. Speciális körülmények között precíziós alkatrészekhez, magas hőmérsékletű önkenő csapágyakhoz, tömítőgyűrűkhöz, fúvójárókerékhez stb. Folyékony ammóniával érintkező szelepekhez is használható. sugárhajtómű üzemanyag-ellátó rendszer alkatrészei.

A PEI kiváló mechanikai tulajdonságokkal, elektromos szigetelési tulajdonságokkal, sugárzásállósággal, magas hőmérsékletállósággal és kopásállósággal, jó olvadékfolyamossággal és 0,5% -tól 0,7% -ig terjedő öntési zsugorodási aránnyal rendelkezik.

A PAI szilárdsága a jelenlegi nem erősített műanyagok közül a legnagyobb, 190 MPa szakítószilárdsággal, 250 MPa hajlítószilárdsággal és 274 °C hődeformációs hőmérséklettel 1,8 MPa terhelés mellett. A PAI jó ablációs ellenállással és elektromágneses tulajdonságokkal rendelkezik magas hőmérsékleten és magas frekvencián, és jó tapadással rendelkezik a fémekhez és más anyagokhoz. Elsősorban fogaskerekekhez, csapágyakhoz és fénymásoló leválasztó karmokhoz használják, stb. Használható repülőgép anyagok, mágneses áteresztő anyagok és szerkezeti anyagok ablációjára is.

2. Poliimid rost

A poliimid szál fontos nagy teljesítményű szál, és magas hőmérsékletálló poliimid szála jelenleg a legmagasabb hőmérsékletű szerves szintetikus szálak egyike. Az aramid rostokkal és a polifenilén-szulfidszálakkal összehasonlítva a termikus tulajdonságok és egyéb szempontok kiválóak. A nagy teljesítményű poliimid szál szilárdsága körülbelül 1-szer nagyobb, mint az aramid szál, és ez az egyik szerves szintetikus szál, amely jelenleg a legjobb mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik.

A csúcstechnológiai terület folyamatos fejlődésével a PI termékek fizikai és kémiai tulajdonságaira vonatkozó követelmények egyre magasabbak. A hagyományos PI anyagok mechanikai, termikus, optikai, elektromos, mágneses és egyéb tulajdonságai már nem felelnek meg a modern tudományos és technológiai területen az anyagok speciális követelményeinek. Szükséges, hogy a PI nagy teljesítményű szálak tipikus képviselője legyen a nagy teljesítményű szálak következő generációjának, kiváló mechanikai tulajdonságainak, termikus stabilitásuknak és sugárzási ellenállásuknak köszönhetően.

Jelenleg a PI száliparban foglalkozó fő hazai vállalatok Jiangsu Aoshen, Changchun Gaoqi, Keju új anyagok, Jiangsu Xiannuo stb. Közülük Changchun Gaoqi fontos alapja lett a poliimid kutatásának, fejlesztésének és gyártásának hazámban. Jiangsu Xiannuo, egy teljesen független szellemi tulajdonjogokkal rendelkező nagy teljesítményű szerves rost, 2016-ban átadta a tudományos és technológiai eredmények értékelését, és 2020-ban vezető szerepet vállalt. Befejezte a nemzeti szabvány megfogalmazását "Nagy szilárdságú és nagy modulusú poliimid szál".

3. Fényérzékeny poliimid (PSPI)

A fényérzékeny poliimid (PSPI) egyfajta szerves anyag imin gyűrűvel és fényérzékeny génnel a polimer láncban, amely ötvözi a kiváló hőstabilitást, a jó mechanikai tulajdonságokat, a kémiai és fényérzékeny tulajdonságokat.

A fényérzékeny poliimid két fő funkcióval rendelkezik az elektronika területén: photoresist és elektronikus csomagolás. A "poliimid fotoreziszt" fényérzékeny poliimidhoz szenzibilizálók és stabilizátorok hozzáadásával érhető el. A hagyományos fotoreziszttel összehasonlítva, mivel maga a poliimid jó dielektromos tulajdonságokkal rendelkezik, nincs szükség olyan fotoreziszt alkalmazására, amely munkaközegként működik a használat során, ami nagymértékben lerövidítheti a folyamatot és javíthatja a termelési hatékonyságot.

A fényérzékeny poliimid (PSPI) gyártási technológiáját elsősorban amerikai és japán vállalatok irányítják. Közülük a Toray az egyik legsikeresebb vállalat a semleges PSPI termékek piacorizálásában a világon. Pozitív termékeit mikroelektronikus csomagolásban használják. optoelektronikus csomagolás és egyéb területek.

A visszamaradt gyártási technológia által korlátozott országom poliimid iparága még mindig stabil az alacsony minőségű termékekkel, például a filmekkel, a fényérzékeny poliimid termelése viszonylag kis, és a piaci kereslet az importtól függ. A "Made in China 2025" politika támogatásával hazám ipara, gépek, elektronika és más területek beléptek a hazai helyettesítés szakaszába. A hazai vállalkozások továbbra is elmélyítik a PSPI megértését, és néhány vállalkozás elsajátította a termelési technológiát.

Jelenleg a helyi vállalatok, amelyek PSPI kutatást és fejlesztést és gyártást alkalmaznak, köztük a Ruihuatai, a Mingshi új anyagok, a Guofeng műanyagipar, a Dinglong technológia stb. A jövőben nagy hely van a hazai alternatívák számára ezen a területen.

4. Poliimid hab

A poliimid hab egy fajta poliimid anyag. Először a NASA Langley Kutatóközpontja fejlesztette ki az Unitika America-val együttműködésben az 1970-es években. Űrsiklókban használják, és ma széles körben használják repülőgépekben és hajókban. , A vonatok, autók és más területek jellemzőivel rendelkeznek, belső égésgátló, erős hőállóság, könnyű súly, környezetvédelem és nem toxicitás jellemzőivel, és olyan szélsőséges körülmények között használható, mint például ultra-magas hőmérséklet, ultra-alacsony hőmérséklet, magas sópermet, erős zaj, erős korrózió és erős sugárzás.

A poliimid hab három kategóriára osztható:

(1) Ugyanaz, mint az általános poliimid, az imid használata, mint a habanyag fő lánca, a használati hőmérséklet 300 ° C felett van (PI hab)

(2) Habanyag (PMI hab), amelyben imid gyűrűk léteznek oldalcsoportok formájában

(3) Nanohab anyagok, amelyeket termikusan instabil alifás szegmensek poliimidba történő bevezetésével és magas hőmérsékleten történő repedéssel nyernek.

A poliimid habanyagok fejlett funkcionális anyagok, és egyre inkább használják olyan kulcsfontosságú anyagokban, mint a hőszigetelés, az ütéscsillapítás és a zajcsökkentés, valamint a szigetelés olyan csúcstechnológiájú területeken, mint a repülés, az óceáni szállítás, a nemzeti védelem és a mikroelektronika.

Jelenleg a PI hab legfontosabb alkalmazása a hajók hőszigetelése és zajcsökkentő anyagai. Jelenleg a haditengerészetünk a hajóépítés harmadik csúcspontjában van. Az új hadihajók előnyben részesített hőszigetelő és zajcsökkentő anyagaként a PI hab iránti kereslet gyorsan növekszik.

A polimetakrilimid hab (röviden PMI) egy új típusú polimer szerkezeti hab anyag, amely a legjobb teljesítményt nyújtja. Ez egy nagy fajlagos szilárdság, nagy fajlagos modulus, nagy zárt cellás sebesség és nagy hőállóság. Teljesítmény kompozit habmag anyag, könnyű súly, nagy szilárdság és magas / alacsony hőmérsékleti ellenállás. Ezenkívül, mint a legkiválóbb szerkezeti habmag anyag, a PMI habot széles körben használják a szélturbina lapátokban, a helikopter lapátokban, a repülőgépekben és más területeken. A PET hab helyettesítő tendenciája egyértelmű, és a piaci terület széles.

A PI hab erős hőállósággal, jó lángállósággal rendelkezik, nem termel káros gázt, és könnyen telepíthető. Ez egy széles körben használt hőszigetelő és zajcsökkentő anyag. Jelenleg az amerikai haditengerészet PI habot használt hő- és hangszigetelő anyagként minden felszíni hajó és tengeralattjáró számára. Az INSPEC által gyártott SOLIMIDE habot több mint 15 ország fejlesztette ki a tengeri hajók hő- és hangszigetelő rendszereire. Ezenkívül PI hab Ezt széles körben használják polgári hajókban, mint például luxus hajók, motorcsónakok és LNG hajók.

A PI habhoz hasonlóan a PMI habot is széles körben használják. A PMI hab tipikus alkalmazásai a következők:

(1) Szerkezeti habmag anyag: kiváló magas hőmérsékletű kompressziós ellenállás, ami széles körben használja a ventilátor lapátok, légi közlekedés, repülőgép, hajók, sportfelszerelések, orvosi felszerelések és egyéb területek alapanyagaként;

(2) Szélessávú hullámátviteli anyag: alacsony dielektromos állandó és veszteség teszi széles körben használatát radarban, antennában és más területeken;

(3) Hő- és hangszigetelő anyagok: nagysebességű mozdonyok, gumiabroncsok, hangszórók stb.

A 21. század óta hazámban jelentősen megnőtt a poliimid habkutatásban részt vevő egységek száma, és jelentős áttörések történtek az ipari technológiában. Jelenleg a poliimid hab fő hazai gyártói a Qingdao óceán, Kangda új anyagok, Tiansheng új anyagok, Zigong Zhongtiansheng, Qingdao óceán új anyagok stb. Közöttük a Ningbo Anyagok Intézete, a Kínai Tudományos Akadémia kísérleti üzemet épített poliimid mikroexpandált részecskék, És a Qingdao Ocean és Kangda Új Anyagok poliimid termékei átmentek a katonai teszten.

5. Poliimid bevonat

A poliimid felhasználása a bevonatok előkészítésében az egyik legkorábbi alkalmazása, és ezeket az anyagokat elsősorban zománcozott huzalok szigetelőbevonataként használják a bevonatokban. A zománcozott huzal szigetelő bevonata elsősorban a különböző típusú meztelen rézhuzal, ötvözet huzal és üveghuzal borított huzal, például kerek huzal és lapos huzal külső rétegét mártja és bevonja, hogy javítsa és stabilizálja a zománcozott huzal külső rétegét.

A szigetelő bevonatok egyik fontos mutatója a hőállóság szintje. A Nemzetközi Elektrotechnikai Szövetség által 1954-ben megfogalmazott ICE-85 hőstabilitási osztályozási szabvány szerint a szigetelőanyagokat 7 hőállósági szintre osztják.

Az ipari technológiai fejlesztés követelményeinek megfelelő szigetelőanyagok jellemzői, hogy a szigetelőrendszernek hosszú ideig képesnek kell lennie 180-200 °C-on vagy annál magasabb, jelentős súlyvesztés és elektromos szilárdság csökkentés nélkül, és meg kell őriznie a jó rugalmasságot, nedvességállóságot, ózonállóságot, ívállóságot és egyéb tulajdonságokat. A poliimid anyagok jól megfelelnek ennek a követelménynek, hogy F vagy annál magasabb hőállósági minőségű szigetelőbevonatokat készítsenek. A poliimid használható szigetelő festékként mágneses huzalokhoz vagy magas hőmérsékletálló bevonatként.

6. Poliimid ragasztó

A PI (poliimid) ragasztó egyfajta szerves heterociklikus ragasztó, amely imid ciklikus szerkezetet tartalmaz a fő láncban. Kiváló magas hőmérsékletű mechanikai tulajdonságokkal, dielektromos tulajdonságokkal és sugárzásállósági tulajdonságokkal rendelkezik. A hidrolízist széles körben használják a csúcstechnológiai területeken, mint például a repülőgép, a precíziós elektronikus gépek stb., és megoldotta más szerves ragasztók alsó felső határ hőállósági hőmérsékletének problémáit.

Az 1970-es évek óta a NASA Langley Kutatóközpontja, a DuPont és a Hughes Aircraft Company egymást követően kifejlesztett egy sor nagy teljesítményű terméket LARC-TPI, NR-150R2PI-S02 és LARC-13 kódnéven. A magas hőmérsékletálló PI ragasztó, amely vezérelt és széles körben használt a különböző repülőgépekben. Az 1990-es években az Egyesült Államokban található Amoco és Cytec vállalatok, valamint Japánban a Mitsui Toyo Chemical Co., Ltd. a világ leghíresebb vállalatai lettek a Pl ragasztók gyártásáról.

7. Poliimid film

2018. december 8-ának kora reggelén a Chang'e-4 szondát elindították a Xichang Műholdas Indítóközpontból, ami az országom első puha leszállását jelenti a hold túlsó oldalán, ami jelentős áttörést jelent a holdjárőrök észlelésében és a holdéjszakai túlélésben. Ezúttal Chang'e-4 sikeresen hozta a nemzeti zászlót a Hold hátuljára, jelölve a "Kína logót" az űrben.

A jelentések szerint a szonda nemzeti zászlója nem közös vegyi szálból, selyemből, pamutból és más textíliákból készült.

Mint mindannyian tudjuk, az űrkörnyezet nagyon különleges. Nincs légkör a Hold felszínén. Ha vákuum állapotban van és napfénynek van kitéve, a holdfelszín maximális hőmérséklete nappal elérheti a 123 °C-ot. Éjszaka, a Holdmodulon kívül, a Hold hőmérséklete mínusz 233 Celsius fokra zuhan.

Az ilyen hőmérséklet-különbség elviselhetetlen a közönséges anyagok számára, és a nap által generált ultraibolya sugarak nagyon erősek, és vannak a kozmikus sugarak és a nagy energiájú részecskék sugárzási hatásai is, amelyek erős pusztító hatással vannak az anyagokra.

A fontos feladatra bízott nemzeti zászló anyaga a poliimid szerves polimer film, amely teljesen eltér a földön lévő közös zászlótól. Ellenáll a holdfelület kemény környezetének, és nem halványul el vagy deformálódik.

Amellett, hogy az űrhajó "kabátjaként" használják és alkalmazzák a katonai területeken, poliimid film látható a mikroelektronika, nanométerek, folyadékkristályok, elválasztó membránok, lézerek és új energia területén. Például az átlátszó poliimid filmek rugalmas napelemes hátsó síkként használhatók; A PI a következő generációs lítium-ion akkumulátor elválasztó anyagként használható, és így tovább.

Az utóbbi években az elektronikai ipar fejlődésével a nagy teljesítményű poliimid fólia kulcsfontosságú anyaggá vált a mikroelektronikai gyártás és csomagolás számára, és széles körben használják az ultra-nagyszabású integrált áramkörök gyártásában, a hordozószalagok automatikus ragasztásában, a rugalmas csomagolóaljzatok és a rugalmas csatlakozószalagok. vonalak stb.

Ezenkívül a poliimid ideális anyag a magas hőmérsékletű gázszétválasztó membránokhoz, mivel magas hőállósága és jó általános teljesítménye miatt. Jelenleg nagyon kis mennyiségű poliimid fajtát használnak magas hőmérsékletű gázszeparáló membránanyagokban különböző gázpárok (például hidrogén/nitrogén, nitrogén/oxigén, szén-dioxid/nitrogén, szén-dioxid/metán stb.) levegőből történő leválasztására, Használható pervaporációs membránként és ultraszűrő membránként is, hogy eltávolítsa a nedvességet a szénhidrogén adagoló gázból és alkoholokból. A hagyományos poliimid gyantákat azonban nehéz feloldani és olvasztani, így korlátozza széles körű ipari alkalmazásuk lehetőségét.

8. Polyimide Aerogel

A poliimid aerogél (PIA) polimer molekuláris láncokból álló, keresztkötődő, háromdimenziós porózus anyag. A poliimid és az aerogél kiváló tulajdonságait ötvözi. Nemcsak a poliimid kiváló jellemzőivel rendelkezik, hanem emellett kiemelkedő jellemzőkkel rendelkezik a könnyű súly és ultra-alacsony sűrűség, a magas fajlagos felület, az alacsony hővezetőképesség, az alacsony akusztikus impedancia, a környezeti tartósság és az aerogél alacsony dielektromos állandója. Ezek a speciális tulajdonságok teszik poliimid aerogél anyagokat. Kiváló alkalmazási kilátásokkal rendelkezik a hő, az elektromosság, a mechanika és az akusztika területén.

6. fénykép (Polyimide Aerogel)

Annak érdekében, hogy megvalósítsa a Mars leszállási tervet, a NASA kutatóközpont poliimid aerogél anyagokat alkalmazott a szuperszonikus felfújható aerodinamikai reduktor (HIAD) kutatására, amikor nehéz terhelésű szállítási technológiát fejlesztett ki. A fékezés hasznos terhelési és térfogati előnyei megoldást nyújtanak, és a poliimid aerogél anyagok tartósságának köszönhetően számos alkalmazási lehetőséget biztosít hajtóanyagtartályokban, ultrakönnyű multifunkcionális anyagokban roverekhez és űrhelyekhez. alkalmazási kilátások.

A repülőgép területén kívül a poliimid aerogél anyagok jó alkalmazási kilátásokkal rendelkeznek az elektronikus kommunikáció, hőszigetelés és égésgátló anyagok, adszorpció és tisztítás, hangszigetelés és hangelnyelés, katalitikus hordozók és huzal / kábel szigetelő rétegek területén.

9. Poliimid mátrix kompozitok

A szálerősítésű kompozit anyagok a magnézium-alumínium ötvözetek után a könnyű anyagok új generációja. A poliimid alapú kompozit anyagok kiváló magas hőmérsékletállósággal és szakítószilárdsággal rendelkeznek, és széles körben használják. A poliimid gyanta alapú kompozit anyagok jellemzői a poliimid nagy hőállóságának, kiváló mechanikai tulajdonságoknak, dielektromos tulajdonságoknak, oldószerállóságnak stb., és jelenleg a gyanta alapú kompozit anyagok a legmagasabb hőmérsékleten. Széles körben használták a repülőgépeket és más területeket.

Közel 40 év fejlesztés után a poliimid magas hőmérsékletű gyanta alapú kompozit anyagok négy generációs kompozit anyagot fejlesztettek ki, és az üzemi hőmérséklet folyamatosan javult. Jelenleg a legfejlettebb negyedik generációs poliimid gyanta alapú kompozit anyagok 450 °C-on használhatók hosszú ideig.

Jelenleg a poliimid kompozit anyagok alkalmazása, kutatása és fejlesztése hazámban még mindig felzárkózik, és olyan vállalkozások, mint az AVIC Composite Materials Co., Ltd. képesek voltak harmadik generációs gyanta termékeket előállítani.

Ezenkívül a szénszálas ipar fokozatos érettségével jelentősen megnőtt a szénszálas erősítésű kompozit anyagok iránti kereslet. Mint az egyik legkiválóbb kompozit anyag kombináció, a poliimid és a szénszál kombinációja nyilvánvaló előnyökkel rendelkezik a csúcsminőségű piac megragadásában.

A poliimid szinte minden típusú polimer anyagot lefed, beleértve a nagy teljesítményű fóliákat, mérnöki műanyagokat, habosított műanyagokat, vegyi rostokat, ragasztókat, gyanta mátrixokat, szigetelőanyagokat, funkcionális anyagokat, kompozit anyagokat stb.

A poliimid teljesítménye erősen függ a kémiai szerkezetétől. A különböző szerkezetekkel rendelkező poliimidok az alkalmazás szerint választhatók vagy szintetizálhatók, és kopolimerizálással, keveréssel, töltéssel és megerősítéssel is módosíthatók. Az új poliimid kifejlesztése elválaszthatatlan az új monomerek kifejlesztésétől. A speciális szerkezetekkel ellátott diamin és dianhidrid monomerek az új poliimidtípusok fejlesztéséhez szükséges garanciát jelentik. A monomerek költségének csökkentése kulcs a poliimid csökkentéséhez.

Mivel a poliimiddal kapcsolatos anyagok pótolhatatlan szerepet játszanak az olyan érzékeny területeken, mint a repülőgép, a katonai és a csúcskategóriás elektronika, a legtöbb külföldi poliimid nyersanyag, technológia és termék szigorúan blokkolja hazámban. Bár a hazai vállalkozások már most is keményen dolgoznak a felzárkózáson, még mindig nagy szakadék van lokalizált és tömeggyártott csúcsminőségű termékeink és a külföldi országok fejlett szintje között. Ezért nagyon sürgős, hogy erőteljesen fejlesszük ki a poliimiddel kapcsolatos termékeket, és hosszú út van még hátra!