Polimid: puncak piramid polimer!

1. Pengenalan poliimid

Polyimide (PI) adalah komponen heterosiklik polimer aromatik yang struktur molekuler berisi unit rantai imida. Ini salah satu variasi terbaik yang resisten panas dalam plastik insinyur. Ini sangat digunakan dalam penerbangan, aerospace, mikroelektronik, Nano, kristal cair, laser dan medan lainnya.

Baru-baru ini, semua negara telah mendaftar penelitian, pengembangan dan penggunaan PI sebagai salah satu prioritas pengembangan bahan kimia baru di abad 21. Polyimide, karena karakteristik luar biasa dalam prestasi dan sintesis, memiliki prospek aplikasi yang besar, baik sebagai materi struktural atau sebagai materi fungsional.

Polyimide dikenal sebagai bahan atas piramid dari bahan polimer, dan juga dikenal sebagai "ahli penyelesaian masalah", dan bahkan beberapa orang di industri percaya bahwa "tanpa poliimid, tidak akan ada teknologi mikroelektronik hari ini.

2. Klasifikasi dan aplikasi poliimid

Karena properti yang luar biasa, poliimid dapat digunakan di berbagai bidang dan juga dapat dibagi menjadi berbagai jenis, termasuk plastik insinyur, serat, poliimid fotosensitif, putih, penutup, lipat, film, aerogel, bahan komposit, dll.

Di antara banyak polimer, poliimid adalah satu-satunya polimer yang memiliki jangkauan lebar aplikasi dan menunjukkan prestasi luar biasa dalam setiap aplikasi. Di bawah, editor akan membawa Anda untuk memahami penggunaan utama dari berbagai jenis poliimida.

1. Plastik mesin

Plastik teknik poliamid dapat dibagi menjadi termoset dan termoplastik, yang dapat dibagi menjadi tetrakarboksimid polipiromelitis (PMMI), polieterimid (PEI), poliamidimid (PAI), dll. Ia memiliki penggunaan sendiri di bidang-bidang yang berbeda.

PMMI memiliki suhu deformasi panas 360°C di bawah beban 1,8 MPa, dan memiliki properti listrik yang luar biasa. Hal ini dapat digunakan untuk bagian-bagian presisi dalam kondisi khusus, gudang lubrikasi diri suhu tinggi, cincin penyegelan, impeller blower, dll. Hal ini juga dapat digunakan untuk bagian ventil dalam kontak dengan amonia cair. bagian sistem pasokan bahan bakar mesin jet.

PEI memiliki properti mekanik yang baik, properti insulasi listrik, resistensi radiasi, resistensi suhu tinggi dan resistensi memakai, cairan meleleh yang baik, dan tingkat penurunan bentuk 0,5% hingga 0,7%. Hal ini juga dapat digabung dengan bahan-bahan lain dengan penywelding, dan digunakan secara luas dalam peralatan elektronik, penerbangan, mobil, peralatan medis dan industri lain.

Kekuatan PAI adalah yang tertinggi diantara plastik yang tidak didukung saat ini, dengan kekuatan tegangan 190 MPa, kekuatan bengkok 250 MPa, dan suhu deformasi panas sampai 274 °C di bawah beban 1,8 MPa. PAI memiliki resistensi ablasi yang baik dan properti elektromagnetik pada suhu tinggi dan frekuensi tinggi, dan memiliki aderesi yang baik pada logam dan bahan lain. Hal ini terutama digunakan untuk perlengkapan, perlengkapan dan cakar pemisahan salinan, dll. Hal ini juga dapat digunakan untuk ablasi bahan pesawat, bahan magnetik permeable dan bahan struktur.

2. Polyimide fiber

Polyimide serat adalah serat yang penting dengan prestasi tinggi, dan serat poliimide tahan suhu tinggi adalah salah satu serat sintetis organik dengan suhu tinggi saat ini. Dibandingkan dengan serat aramid dan serat sulfid polifenilen, properti panas dan aspek lainnya lebih baik. Kekuatan serat poliimid berproduksi tinggi sekitar 1 kali lebih tinggi dari serat aramid, dan itu adalah salah satu serat sintetis organik dengan sifat mekanik terbaik saat ini. .

Dengan pengembangan terus menerus dari bidang teknologi tinggi, keperluan untuk properti fisik dan kimia produk PI semakin tinggi. Mekanikal, termal, optik, listrik, magnetik dan properti lainnya dari bahan PI tradisional tidak dapat lagi memenuhi keperluan khusus bahan-bahan dalam bidang ilmiah dan teknologi modern. Hal ini diperlukan bahwa serat prestasi tinggi PI akan menjadi seorang perwakilan tipis generasi berikutnya serat prestasi tinggi karena properti mekanik superior mereka, stabilitas panas, dan resistensi radiasi.

Saat ini, perusahaan rumah tangga utama yang terlibat dalam industri serat PI adalah Jiangsu Aoshen, Changchun Gaoqi, Keju Material Baru, Jiangsu Xiannuo, dll. diantara mereka, Changchun Gaoqi telah menjadi dasar penting untuk penelitian, pengembangan dan produksi poliimida di negara saya. Jiangsu Xiannuo, serat organik dengan prestasi tinggi dengan hak kepemilikan intelektual yang sepenuhnya independen, lulus penilaian pencapaian ilmiah dan teknologi pada 2016, dan memimpin pada 2020. Selesai formulasi standar nasional "High Strength and High Modulus Polyimide Filament".

3. Polyimid fotosensitif (PSPI)

Poliimid fotosensitif (PSPI) adalah jenis bahan organik dengan cincin imine dan gen fotosensitif di rantai polimer, yang menggabungkan stabilitas termal yang baik, properti mekanik yang baik, properti kimia dan fotosensitif.

Poliimida fotosensitif memiliki dua fungsi utama dalam bidang elektronik: fotoresis dan paket elektronik. "Polyimide photoresist" dapat diperoleh dengan menambah sensitiser dan stabiliser ke photosensitive polyimide. dibandingkan dengan photoresist tradisional, karena poliimid sendiri memiliki properti dielektrik yang baik, tidak perlu menerapkan photoresist yang bertindak sebagai medium bekerja selama penggunaan, yang dapat sangat pendek prosesnya dan meningkatkan efisiensi produksi.

Teknologi produksi poliimid fotosensitif (PSPI) terutama dikendalikan oleh perusahaan Amerika dan Jepang. Di antara mereka, Toray adalah salah satu perusahaan yang paling sukses dalam pemasaran produk PSPI netral di dunia. Produk positifnya digunakan dalam paket mikroelektronik. paket optoelektronik dan bidang lain.

Dibatas oleh teknologi produksi mundur, industri poliimida negara saya masih stabil dengan produk akhir rendah seperti film, produk poliimida fotosensitif relatif kecil, dan permintaan pasar tergantung pada impor. Dengan dukungan kebijakan "Made in China 2025", industri negara saya, mesin, elektronik dan bidang lain telah memasuki tahap penggantian rumah. Perusahaan rumahnya terus mendalam pemahaman mereka tentang PSPI, dan beberapa perusahaan telah menguasai teknologi produksi.

Saat ini, perusahaan lokal yang menggunakan R&D dan produksi PSPI termasuk Ruihuatai, Mingshi Material Baru, Guofeng Plastic Industry, Dinglong Technology, dll. Ada ruang besar untuk alternatif rumah di bidang ini di masa depan.

4. Polyimide foam

Polyimide foam adalah jenis materi poliimid. Ini pertama kali dikembangkan oleh NASA Langley Research Center dalam kerjasama dengan Unitika America pada tahun 1970-an. Ini digunakan dalam pesawat angkasa dan sekarang sangat digunakan dalam pesawat dan kapal-kapal. kereta, mobil dan lapangan lainnya, memiliki karakteristik penerbangan api intrinsik, resistensi panas kuat, berat ringan, perlindungan lingkungan dan non-toksicitas, dan dapat digunakan dalam kondisi ekstrim seperti suhu ultra-tinggi, suhu ultra-rendah, serpihan garam tinggi, suara kuat, korosi kuat, dan radiasi kuat melayani di bawahnya.

Polyimide foam dapat dibagi menjadi tiga kategori:

(1) Sama seperti poliimid umum, penggunaan imid sebagai rantai utama dari bahan putih, suhu penggunaan adalah lebih dari 300 °C (putih PI)

(2) Material rumput (PMI foam) di mana cincin imide ada dalam bentuk kelompok sisi

(3) Material nano-foam yang diperoleh dengan memperkenalkan segmen alifat yang tidak stabil secara termal ke poliimid dan retak pada suhu tinggi.

Material putih polimide adalah materi fungsional maju dan telah semakin digunakan dalam materi-materi kunci seperti insulasi panas, absorpsi kejutan dan pengurangan suara, dan insulasi dalam bidang teknologi tinggi seperti aerospace, transportasi laut, pertahanan nasional, dan mikroelektronik.

Saat ini, aplikasi paling penting dari putih PI adalah insulasi panas dan bahan pengurangan suara untuk kapal. Saat ini, angkatan laut kita berada di pegunungan ketiga dari bangunan kapal. Sebagai bahan pengurangan suara dan insulasi panas yang disukai di kapal perang baru, permintaan untuk putih PI meningkat dengan cepat.

Polymethacrylimide foam (PMI untuk singkat) adalah jenis baru dari polymer struktur material foam dengan prestasi komprensif terbaik. Ini kekuatan spesifik tinggi, modulus spesifik tinggi, tingkat sel tertutup tinggi dan resistensi panas tinggi. Performasi komposit bahan utama foam, memiliki berat ringan, kekuatan tinggi dan resistensi suhu tinggi/rendah. Selain itu, sebagai materi utama foam struktural yang paling baik, PMI foam sangat digunakan dalam pedang turbin angin, pedang helikopter, aerospace dan lapangan lainnya. Trend penggantinya untuk putih PET jelas dan ruang pasar luas.

Pukulan PI memiliki resistensi panas yang kuat, lambat api yang baik, tidak menghasilkan gas berbahaya, dan mudah untuk dipasang. Ini adalah insulasi panas yang sangat digunakan dan bahan pengurangan suara. Saat ini, Angkatan Laut AS telah menggunakan putih PI sebagai bahan insulasi panas dan suara untuk semua kapal permukaan dan kapal selam. SOLIMIDE foam yang diproduksi oleh INSPEC telah dikembangkan oleh lebih dari 15 negara untuk sistem insulasi suhu dan suhu untuk kapal laut. Selain itu, putih PI juga diperlukan secara luas di kapal sipil, seperti kapal kruisi mewah, kapal kecepatan, dan kapal LNG.

Sama seperti putih PI, putih PMI juga sering digunakan. Aplikasi tipis untuk foam PMI termasuk:

(1) Material inti putih struktural: resistensi kompresi suhu tinggi yang luar biasa, membuatnya luas digunakan sebagai materi inti dalam pedang penggemar, penerbangan, aerospace, kapal, peralatan olahraga, peralatan medis dan bidang lain;

(2) Material transmisi gelombang lebar: konstan dielektrik rendah dan kehilangan membuatnya digunakan secara luas dalam radar, antena dan bidang lain;

(3) Material insulasi termal dan suara: lokomotif kecepatan tinggi, ban, speaker, dll.

Sejak abad ke-21, jumlah unit yang berpartisipasi dalam penelitian putih poliimida di negara saya telah meningkat dengan signifikan, dan penemuan besar telah dibuat dalam teknologi industri. Pada saat ini, pembuat poliimid foam utama di rumah adalah lautan Qingdao, Kangda Material Baru, Tiansheng Material Baru, Zigong Zhongtiansheng, Qingdao Ocean Material Baru, dll. diantara mereka, Ningbo Institute of Materials, Chinese Academy of Sciences telah membangun pabrik pilot untuk partikel-partikel mikro poliimid, dan produk poliimid dari lautan Qingdao dan Kangda Material Baru telah lulus tes militer.

5. Polyimide coating

Penggunaan poliimid dalam persiapan mantel adalah salah satu aplikasi awalnya, dan bahan-bahan ini terutama digunakan sebagai mantel isolasi untuk kabel enamel dalam mantel. Penutup insulasi kabel enamel terutama dips dan mantel lapisan luar dari berbagai jenis kabel tembaga telanjang, kabel legasi dan kabel kaca tertutup seperti kabel bulat dan kabel rata, untuk meningkatkan dan stabilkan lapisan luar kabel enamel.

Salah satu indikator penting dari penyamaran insulasi adalah tingkat resistensi panas. Menurut standar klasifikasi stabilitas suhu ICE-85 untuk bahan insulasi listrik yang digunakan ditentukan oleh Asosiasi Elektroteknik Internasional tahun 1954, bahan insulasi dibagi menjadi 7 tingkat resistensi panas.

Karakteristik bahan insulasi yang memenuhi keperluan pembangunan teknologi industri adalah bahwa sistem insulasi harus dapat bekerja untuk waktu yang lama di 180-200 °C atau lebih tinggi, tanpa kehilangan berat dan reduksi kekuatan listrik yang signifikan, dan mempertahankan elastisi yang baik, resistensi basah, resistensi ozon, resistensi lengkung dan properti lain. Material poliamid dapat memenuhi keperluan ini dengan baik untuk mempersiapkan penutup insulasi dengan kelas resistensi panas F dan atas. Polyimide dapat digunakan sebagai cat insulasi untuk kabel magnet, atau sebagai mantel yang resisten suhu tinggi.

6. Lekat poliamid

PI (poliimid) adhesif adalah semacam adhesif heterosiklik organik yang mengandung struktur ċiklik imid di rantai utama. Ini memiliki sifat mekanik suhu tinggi yang hebat, sifat dielektrik dan sifat resisten radiasi. Hydrolysis telah digunakan secara luas di lapangan teknologi tinggi seperti aerospace, mesin elektronik presisi, dll., dan telah memecahkan masalah dari suhu resistensi panas batas atas bawah dari adhesif organik lainnya.

Sejak tahun 1970-an, Pusat Penelitian NASA Langley, DuPont dan Hughes Aircraft Company telah secara sukses mengembangkan serangkaian produk prestasi tinggi bernama LARC-TPI, NR-150R2PI-S02 dan LARC-13. Lekat PI yang resisten suhu tinggi yang dipandu dan telah digunakan secara luas dalam berbagai pesawat. Pada tahun 1990-an, perusahaan Amoco dan Cytec di Amerika Serikat, dan Mitsui Toyo Chemical Co., Ltd. di Jepang telah menjadi perusahaan paling terkenal di dunia untuk produksi adhesif Pl.

7. Film poliamid

Pada awal pagi 8 Desember 2018, sonda Chang'e-4 dilancarkan dari Pusat Peluncuran Satelit Xichang, menandai pendaratan lembut pertama negara saya di sisi jauh bulan, penerbangan besar dalam deteksi patrol bulan dan keselamatan malam bulan. Kali ini, Chang'e-4 berhasil membawa bendera nasional ke belakang bulan, menandai "logo Cina" untuk ruang angkasa.

Dilaporkan bahwa bendera nasional sonda tidak terbuat dari kain serat kimia biasa, sutra, kapas dan tekstil lainnya.

Seperti yang kita semua tahu, lingkungan angkasa sangat istimewa. Tidak ada atmosfer di permukaan bulan. Ketika berada dalam keadaan vakum dan terkena cahaya matahari, suhu maksimum permukaan bulan selama siang dapat mencapai 123 °C. Pada malam hari, di luar modul bulan, suhu bulan jatuh ke minus 233 derajat Celsius.

Perbedaan suhu seperti ini tidak tahan untuk bahan biasa, dan sinar ultraviolet yang dihasilkan oleh matahari sangat kuat, dan ada juga efek radiasi dari sinar kosmik dan partikel energi tinggi, yang memiliki efek destruktif yang kuat pada bahan.

Bahan bendera nasional yang dipercaya dengan tugas penting adalah film poliimid polimer organik, yang sama sekali berbeda dari bendera umum di tanah. Ini dapat menahan lingkungan yang kasar dari permukaan bulan, dan tidak akan memudar atau mengacaukan.

Selain digunakan sebagai "mantel" pesawat angkasa dan aplikasinya dalam militer, film poliimida dapat dilihat dalam bidang mikroelektronik, nanometer, kristal cair, membran pemisahan, laser, dan energi baru. Contohnya, film poliimida transparen dapat digunakan sebagai belakang sel surya fleksibel; PI dapat digunakan sebagai bahan pemisah baterai lithium-ion generasi berikutnya, dan sebagainya.

Selama bertahun-tahun terakhir, dengan pengembangan industri elektronik, film poliimid prestasi tinggi telah menjadi bahan kunci untuk produksi dan paket mikroelektronik, dan diperlukan secara luas dalam produksi sirkuit integrat skala ultra besar, ikatan otomatis rekaman pembawa, substrat paket fleksibel, dan rekaman koneksi fleksibel. garis, dll.

Selain itu, poliimid adalah bahan ideal untuk membran pemisahan gas tahan suhu tinggi karena resistensi panas tinggi dan prestasi umum yang baik. Saat ini, sejumlah sangat kecil variasi poliimida digunakan dalam bahan membran pemisahan gas yang resisten suhu tinggi untuk pemisahan dari berbagai pasangan gas (seperti hidrogen/nitrogen, nitrogen/oksigen, karbon dioksida/nitrogen, karbon dioksida/metan, dll.), dari udara, juga dapat digunakan sebagai membran pervaporasi dan membran ultrafiltrasi untuk menghapuskan lembab dari gas dan alkohol sumber hidrokarbon. Namun, resin poliimid konvensional sulit untuk melelehkan dan mencair, sehingga membatasi kemungkinan aplikasi industri lebar mereka.

8. Polyimide Aerogel

Polyimide aerogel (PIA) adalah materi poros tiga dimensi intersaling terhubung yang terdiri dari rantai molekul polimer. Ini menggabungkan properti poliimid dan aerogel yang baik. Hal ini tidak hanya memiliki karakteristik terbaik poliimid, tetapi juga, memiliki karakteristik luar biasa berat ringan dan densitas ultra rendah, area permukaan spesifik tinggi, konduktivitas termal rendah, impedansi akustik rendah, durabilitas lingkungan dan konstan dielektrik rendah aerogel. Ciri-ciri khusus ini membuat bahan aerogel poliimida di dalamnya memiliki prospek aplikasi yang bagus dalam bidang panas, listrik, mekanika, dan akustik.

Foto 6 (Polyimide Aerogel)

Untuk menyadari rencana pendaratan Mars, pusat penelitian NASA menerapkan bahan poliimida aerogel untuk penelitian penelitian supersonic inflatable aerodynamic reducer (HIAD) ketika mengembangkan teknologi transportasi beban berat. Masa payload dan keuntungan volum rem menyediakan solusi, dan karena kesiapan materi poliimid aerogel, ia juga memiliki jangkauan lebar aplikasi dalam tangki bahan bakar, materi multifunksional ultra-ringan untuk rover, dan habitat ruang angkasa. prospek aplikasi.

Selain lapangan aerospace, bahan polyimide aerogel memiliki prospek aplikasi yang baik dalam lapangan komunikasi elektronik, insulasi panas dan bahan retardant api, adsorpsi dan pembersihan, insulasi suara dan absorpsi suara, pembawa katalitik, dan lapisan insulasi kabel/kabel.

9. Komposit Matriks Polimide

Material komposit berkembang serat adalah generasi baru bahan ringan setelah liga magnesium-aluminum. Material komposit berdasarkan polimide memiliki resistensi suhu tinggi yang luar biasa dan properti tegang, dan digunakan secara luas. Material komposit berdasarkan resin poliimid memiliki karakteristik resistensi panas tinggi poliimid, properti mekanik yang baik, properti dielektrik, resistensi solven, dll., dan saat ini adalah bahan komposit berdasarkan resin dengan suhu tertinggi. mesin), aerospace dan lapangan lainnya telah banyak digunakan.

Setelah hampir 40 tahun pembangunan, bahan komposit poliimid suhu tinggi berdasarkan resin telah mengembangkan empat generasi bahan komposit, dan suhu operasi telah terus meningkat. Saat ini, bahan komposit poliimid generasi keempat yang paling maju berbasis resin dapat digunakan di 450 °C untuk penggunaan waktu yang lama.

Saat ini, aplikasi dan penelitian dan pengembangan bahan poliimid komposit di negara saya masih mengejar, dan perusahaan seperti AVIC Composite Materials Co., Ltd. telah mampu menghasilkan produk resin generasi ketiga.

Selain itu, dengan dewasa secara bertahap dari industri serat karbon, permintaan untuk serat karbon bahan komposit yang diperkuat telah meningkat secara signifikan. Sebagai salah satu kombinasi materi komposit terbaik, kombinasi poliimid dan serat karbon memiliki keuntungan jelas dalam merampas pasar tinggi.

Polyimide meliputi hampir semua jenis bahan polimer, termasuk film prestasi tinggi, plastik insinyur, plastik putih, serat kimia, lipat, matriks resin, bahan insulasi, bahan fungsional, bahan komposit, dll.

Performasi poliimid sangat tergantung pada struktur kimianya. Polimida dengan struktur yang berbeda dapat dipilih atau disintesis menurut aplikasi, dan juga dapat diubah dengan kopolimerisasi, campuran, penuh dan penuh. Pembangunan poliimida baru tidak terpisah dari pembangunan monomer baru. Diamin dan dianhidrid monomer dengan struktur khusus adalah jaminan yang diperlukan untuk pengembangan jenis baru poliimid. Mengurangi biaya monomer adalah kunci untuk mengurangi poliimid. .

Karena bahan-bahan berkaitan dengan poliimid memiliki peran yang tidak dapat diganti dalam bidang sensitif seperti aerospace, militer, dan elektronik tinggi, kebanyakan bahan-bahan materi-materi poliimid asing, teknologi dan produk yang ketat diblokir di negara saya. Meskipun perusahaan rumahnya sudah bekerja keras untuk menangkap, masih ada ruang besar antara produk-produk tertinggi lokalisasi dan produk-mass a kita dan tingkat maju negara asing. Oleh karena itu, sangat mendesak untuk mengembangkan dengan kuat produk terkait poliimid, dan ada jalan yang panjang untuk pergi!