Polyimid: toppen av polymerpyramiden!

1. Införande av polyimid

Polyimid (PI) är en aromatisk heterocyklisk polymerförening vars molekylstruktur innehåller imidkedjeenheter. Det är en av de bästa värmebeständiga sorterna inom teknisk plast. Det används ofta inom flyg, flyg, mikroelektronik, Nano, flytande kristall, laser och andra områden.

Nyligen har alla länder listat forskning, utveckling och utnyttjande av PI som en av utvecklingsprioriteringarna för nya kemiska material under 2000-talet. Polyimid, på grund av sina enastående egenskaper i prestanda och syntes, har stora tillämpningsmöjligheter, oavsett om det är ett strukturellt material eller som ett funktionellt material.

Polyimid är känt som det översta materialet i pyramiden av polymermaterial, och är också känd som en "problemlösningsexpert", och även vissa människor i branschen tror att "utan polyimid skulle det inte finnas någon mikroelektronik teknik idag.

2. Klassificering och tillämpning av polyimid

På grund av sina utmärkta egenskaper kan polyimid användas inom olika områden och kan också delas in i olika typer, inklusive tekniska plaster, fibrer, fotokänsliga polyimider, skum, beläggningar, lim, filmer, aerogels, kompositmaterial, etc.

Bland de många polymererna är polyimid den enda polymeren som har ett brett användningsområde och uppvisar enastående prestanda i varje applikation. Nedan kommer redaktören att ta dig att förstå de viktigaste användningsområdena för olika typer av polyimid.

1. Maskinplast

Polyimid tekniska plaster kan delas in i både termohärdande och termoplast, som kan delas in i polytyromellittetrakarboximid (PMMI), polyeterimid (PEI), polyamidimid (PAI), etc. Den har sina egna användningsområden inom olika områden.

PMMI har en termisk deformationstemperatur på 360 ° C under en belastning av 1,8 MPa och har utmärkta elektriska egenskaper. Den kan användas för precisionsdelar under speciella förhållanden, högtemperatursjälvsmörjande lager, tätningsringar, blåshjul etc. Den kan också användas för ventildelar i kontakt med flytande ammoniak. , delar till bränsletillförselsystem för jetmotorer.

PEI har utmärkta mekaniska egenskaper, elektriska isoleringsegenskaper, strålningsbeständighet, hög temperaturbeständighet och slitstyrka, god smältfluiditet och en gjutkrympning på 0,5% till 0,7%. Den kan också kombineras med andra material genom svetsning och används ofta i elektroniska apparater, flyg, bilar, medicinsk utrustning och andra industrier.

PAI:s styrka är den högsta bland de nuvarande icke-armerade plasterna, med en draghållfasthet på 190 MPa, en böjhållfasthet på 250 MPa och en termisk deformationstemperatur på upp till 274 °C vid en belastning på 1,8 MPa. PAI har bra ablationsmotstånd och elektromagnetiska egenskaper vid hög temperatur och hög frekvens, och har god vidhäftning till metaller och andra material. Den används främst för kugghjul, lager och kopiatorseparationsklor, etc. Den kan också användas för ablering av flygplansmaterial, magnetiskt genomsläppliga material och konstruktionsmaterial.

2. Polyimidfibrer

Polyimidfiber är en viktig högpresterande fiber, och dess högtemperaturbeständiga polyimidfiber är en av de organiska syntetfibrerna med den högsta temperaturen för närvarande. Jämfört med aramidfiber och polyfenylensulfidfiber är de termiska egenskaperna och andra aspekter överlägsna. Styrkan hos högpresterande polyimidfiber är cirka 1 gånger högre än aramidfibrer, och det är en av de organiska syntetfibrerna med de bästa mekaniska egenskaperna för närvarande. .

Med den kontinuerliga utvecklingen av det högteknologiska fältet blir kraven på PI-produkters fysikaliska och kemiska egenskaper allt högre. De mekaniska, termiska, optiska, elektriska, magnetiska och andra egenskaperna hos traditionella PI-material kan inte längre uppfylla de särskilda kraven hos material inom det moderna vetenskapliga och tekniska området. Det krävs att PI högpresterande fibrer kommer att bli en typisk representant för nästa generation högpresterande fibrer på grund av deras överlägsna mekaniska egenskaper, termisk stabilitet och strålningsbeständighet.

För närvarande är de viktigaste inhemska företagen som är engagerade i PI fiberindustrin Jiangsu Aoshen, Changchun Gaoqi, Keju nya material, Jiangsu Xiannuo, etc. Bland dem har Changchun Gaoqi blivit en viktig bas för polyimidforskning, utveckling och produktion i mitt land. Jiangsu Xiannuo, en högpresterande organisk fiber med helt oberoende immateriella rättigheter, passerade bedömningen av vetenskapliga och tekniska framsteg 2016 och tog ledningen 2020. Avslutade formuleringen av den nationella standarden "High Strength och High Modulus Polyimide Filament".

3. Fotokänslig polyimid (PSPI)

Fotokänslig polyimid (PSPI) är ett slags organiskt material med iminring och fotokänslig gen i polymerkedjan, som kombinerar utmärkt termisk stabilitet, goda mekaniska egenskaper, kemiska och fotokänsliga egenskaper.

Fotokänslig polyimid har två huvudfunktioner inom elektronikområdet: fotoresist och elektronisk förpackning. "Polyimid photoresist" kan erhållas genom att tillsätta sensibilisatorer och stabilisatorer till fotokänslig polyimid. Jämfört med traditionell fotoresist, eftersom polyimid själv har goda dielektriska egenskaper, finns det inget behov av att applicera en fotoresist som fungerar som ett arbetsmedium under användning, vilket avsevärt kan förkorta processen och förbättra produktionseffektiviteten.

Produktionstekniken för fotokänslig polyimid (PSPI) kontrolleras huvudsakligen av amerikanska och japanska företag. Bland dem är Toray ett av de mest framgångsrika företagen inom marknadsföringen av neutrala PSPI-produkter i världen. Dess positiva produkter används i mikroelektroniska förpackningar. , optoelektronisk förpackning och andra områden.

Begränsad av den efterblivna produktionstekniken är mitt lands polyimidindustri fortfarande stabil med lågprisprodukter som filmer, produktionen av fotokänslig polyimid är relativt liten och efterfrågan på marknaden beror på import. Med stöd av "Made in China 2025"-politiken har mitt lands industri, maskiner, elektronik och andra områden gått in i stadiet av inhemsk substitution. Inhemska företag fortsätter att fördjupa sin förståelse för PSPI, och vissa företag har behärskat produktionsteknik.

För närvarande är lokala företag som distribuerar PSPI FoU och produktion Ruihuatai, Mingshi New Materials, Guofeng Plastic Industry, Dinglong Technology, etc. Det finns ett stort utrymme för inhemska alternativ inom detta område i framtiden.

4. Polyimidskum

Polyimid skum är en typ av polyimid material. Den utvecklades först av NASA Langley Research Center i samarbete med Unitika America på 1970-talet. Det används i rymdfärjor och används nu i stor utsträckning i flygplan och fartyg. , tåg, bilar och andra fält, det har egenskaper som inneboende flamskyddsmedel, stark värmebeständighet, lätt vikt, miljöskydd och icke-toxicitet och kan användas under extrema förhållanden som ultrahög temperatur, ultralåg temperatur, hög saltspray, starkt ljud, stark korrosion och stark strålning tjänar under.

Polyimidskum kan delas in i tre kategorier:

(1) Samma som allmän polyimid, användningen av imid som skummaterialets huvudkedja, användningstemperaturen är över 300 °C (PI-skum)

(2) Skummaterial (PMI-skum) i vilket imid ringar finns i form av sidogrupper

(3) Nanoskummaterial erhållna genom att tillföra termiskt instabila alifatiska segment i polyimid och spricka vid hög temperatur.

Polyimidskum material är avancerade funktionella material och har alltmer använts i viktiga material som värmeisolering, stötdämpning och bullerdämpning och isolering inom högteknologiska områden som flyg, sjötransport, nationellt försvar och mikroelektronik.

För närvarande är den viktigaste tillämpningen av PI skum värmeisolering och bullerdämpningsmaterial för fartyg. För närvarande är vår flotta i det tredje klimax av skeppsbyggnad. Som det föredragna värmeisolerings- och bullerdämpningsmaterialet i nya krigsfartyg ökar efterfrågan på PI-skum snabbt.

Polymetakrylimidskum (PMI för kort) är en ny typ av polymerstrukturellt skummaterial med bästa omfattande prestanda. Det är en hög specifik styrka, hög specifik modul, hög sluten cellhastighet och hög värmebeständighet. Prestanda kompositskumkärna material, med låg vikt, hög hållfasthet och hög / låg temperaturbeständighet. Dessutom används PMI-skum som det mest utmärkta strukturella skumkärnmaterialet ofta i vindturbinblad, helikopterblad, flyg och andra fält. Dess ersättningstrend för PET-skum är tydlig och marknadsutrymmet är brett.

PI skum har stark värmebeständighet, god flamskyddsförmåga, producerar inte skadlig gas och är lätt att installera. Det är ett allmänt använt värmeisolerings- och ljudreduktionsmaterial. För närvarande har den amerikanska flottan använt PI skum som värmeisoleringsmaterial för alla ytfartyg och ubåtar. SOLIMIDE skum som tillverkas av INSPEC har utvecklats av mer än 15 länder för värme- och ljudisoleringssystem för fartyg. Dessutom används PI skum Det också allmänt i civila fartyg, såsom lyxiga kryssningsfartyg, motorbåtar och LNG-fartyg.

Liksom PI skum används PMI skum också i stor utsträckning. Typiska tillämpningar för PMI-skum inkluderar:

(1) Strukturellt skumkärnmaterial: utmärkt kompressionsmotstånd vid hög temperatur, vilket gör det allmänt använt som kärnmaterial i fläktblad, flyg, flyg, fartyg, sportutrustning, medicinsk utrustning och andra områden.

(2) Bredbandsvågsändande material: låg dielektrisk konstant och förlust gör det allmänt använt i radar, antenn och andra fält.

(3) Värme- och ljudisoleringsmaterial: höghastighetslok, däck, högtalare etc.

Sedan 2000-talet har antalet enheter som deltar i forskning om polyimidskum i mitt land ökat avsevärt, och stora genombrott har gjorts inom industriteknik. För närvarande är de största inhemska tillverkarna av polyimidskum Qingdao Ocean, Kangda Nya Material, Tiansheng Nya Material, Zigong Zhongtiansheng, Qingdao Ocean Nya Material, etc. Bland dem har Ningbo Institute of Materials, Kinesiska Vetenskapsakademien byggt en pilotanläggning för polyimid mikroexpanderade partiklar, och polyimidprodukterna från Qingdao Ocean och Kangda New Materials har klarat det militära testet.

5. Polyimidbeläggning

Användningen av polyimid vid framställning av beläggningar är en av dess tidigaste tillämpningar, och dessa ämnen används främst som isolerande beläggningar för emaljerade trådar i beläggningar. Den isolerande beläggningen av emaljerad tråd doppar och täcker huvudsakligen det yttre skiktet av olika typer av naken koppartråd, legeringstråd och glastråd täckt tråd såsom rundtråd och platt tråd, för att förbättra och stabilisera det yttre skiktet av emaljerad tråd.

En av de viktiga indikatorerna på isolerande beläggningar är värmemotståndsnivån. Enligt ICE-85 klassificeringsstandard för värmestabilitet för elektriska isoleringsmaterial som används formulerades av International Electrotechnical Association 1954, är isoleringsmaterialen uppdelade i 7 värmemotståndsnivåer.

Egenskaperna hos isoleringsmaterial som uppfyller kraven för industriell teknikutveckling är att isoleringssystemet ska kunna arbeta under lång tid vid 180-200 ° C eller högre, utan betydande viktminskning och elektrisk hållfasthet minskning, och upprätthålla god elasticitet, fuktbeständighet, ozonbeständighet, bågbeständighet och andra egenskaper. Polyimidmaterial kan väl uppfylla detta krav för att förbereda isolerande beläggningar med värmebeständighet grader F och högre. Polyimid kan användas som isolerande färg för magnetrådar eller som högtemperaturbeständiga beläggningar.

6. Polyimid lim

PI (polyimid) lim är ett slags organiskt heterocykliskt lim som innehåller imid cyklisk struktur i huvudkedjan. Den har utmärkta mekaniska egenskaper vid höga temperaturer, dielektriska egenskaper och strålningsbeständighet egenskaper. Hydrolys har använts i stor utsträckning inom högteknologiska områden som flyg, precision elektroniska maskiner, etc., och har löst problemen med nedre övre gräns värmebeständighet temperatur för andra organiska lim.

Sedan 1970-talet har NASA Langley Research Center, DuPont och Hughes Aircraft Company successivt utvecklat en serie högpresterande produkter med kodnamn LARC-TPI, NR-150R2PI-S02 och LARC-13. Högtemperaturbeständigt PI lim som styrs och har använts i stor utsträckning i en mängd olika flygplan. På 1990-talet har Amoco och Cytec företag i USA och Mitsui Toyo Chemical Co., Ltd. i Japan blivit de mest kända företagen i världen för tillverkning av Pl lim.

7. Polyimidfilm

På morgonen den 8 december 2018 lanserades Chang'e-4 sonden från Xichang Satellite Launch Center, vilket markerar mitt lands första mjuka landning på andra sidan månen, ett stort genombrott i månpatrullering och månnattens överlevnad. Denna gång, Chang'e-4 framgångsrikt förde den nationella flaggan till baksidan av månen, markerar "Kina logotyp" för rymden.

Det rapporteras att sondens nationella flagga inte är gjord av vanliga kemiska fibertyger, siden, bomull och andra textilier.

Som vi alla vet är rymdmiljön mycket speciell. Det finns ingen atmosfär på månens yta. När den befinner sig i vakuumtillstånd och utsätts för solljus kan den maximala temperaturen på månytan under dagtid nå 123 °C. På natten, utanför månmodulen, sjunker temperaturen på månen till -233 grader Celsius.

En sådan temperaturskillnad är outhärdlig för vanliga material, och de ultravioletta strålar som genereras av solen är mycket starka, och det finns också strålningseffekter av kosmiska strålar och högenergipartiklar, som har en stark destruktiv effekt på material.

Det nationella flaggmaterialet som anförtrotts den viktiga uppgiften är polyimid organisk polymerfilm, som är helt annorlunda från den gemensamma flaggan på marken. Den kan motstå den hårda miljön på månytan, och kommer inte blekna eller deformeras.

Förutom att användas som "päls" på rymdfarkosten och dess tillämpning i militären, kan polyimidfilm ses inom områdena mikroelektronik, nanometer, vätskekristaller, separationsmembran, lasrar och ny energi. PI kan användas som nästa generations litiumjonbatteriseparatormaterial och så vidare.

Under de senaste åren, med utvecklingen av elektronikindustrin, har högpresterande polyimidfilm blivit ett viktigt material för mikroelektroniktillverkning och förpackning, och används ofta vid tillverkning av ultrastora integrerade kretsar, automatisk bindning av bärband, flexibla förpackningssubstrat och flexibla anslutningsband. Linjer etc.

Dessutom är polyimid ett idealiskt material för högtemperaturbeständiga gasseparationsmembran på grund av dess höga värmebeständighet och goda övergripande prestanda. För närvarande används en mycket liten mängd polyimid sorter i högtemperaturbeständiga gasseparationsmembranmaterial för separation av olika gaspar (såsom väte / kväve, kväve / syre, koldioxid / kväve, koldioxid / metan, etc.), från luft, Det kan också användas som pervaporationsmembran och ultrafiltreringsmembran för att avlägsna fukt från kolväteflödesgas och alkoholer. Konventionella polyimidharser är dock svåra att lösa upp och smälta, vilket begränsar möjligheten för deras breda industriella tillämpning.

8. Polyimide Aerogel

Polyimid aerogel (PIA) är ett tvärlänkat tredimensionellt poröst material som består av polymermolekylära kedjor. Den kombinerar de utmärkta egenskaperna hos polyimid och aerogel. Den har inte bara de utmärkta egenskaperna hos polyimid, men också de enastående egenskaperna hos lätt vikt och ultra låg densitet, hög specifik yta, låg värmeledningsförmåga, låg akustisk impedans, miljöhållbarhet och låg dielektrisk konstant för aerogel. Dessa speciella egenskaper gör polyimid aerogel material i Det har utmärkta tillämpningsmöjligheter inom värme, elektricitet, mekanik och akustik.

Bild 6 (Polyimide Aerogel)

För att förverkliga den bemannade Mars landningsplan, NASA forskningscenter tillämpade polyimid aerogel material för forskning av supersonisk uppblåsbar aerodynamisk reducer (HIAD) när man utvecklade tung lasttransportteknik. Fördelarna med bromsning av nyttolast och volym ger en lösning, och tack vare polyimid aerogel-materialens hållbarhet har den också ett brett utbud av tillämpningar i drivmedelstankar, ultralätta multifunktionella material för rovers och rymdmiljöer. ansökningsutsikter.

Förutom flygfältet, polyimid aerogel material har goda tillämpningsmöjligheter inom områdena elektronisk kommunikation, värmeisolering och flamskyddsmaterial, adsorption och rengöring, ljudisolering och ljudabsorption, katalytiska bärare och tråd / kabel isolering lager.

9. Polyimidmatrixkompositer

Fiberförstärkade kompositmaterial är en ny generation lätta material efter magnesium-aluminiumlegeringar. Polyimidbaserade kompositmaterial har utmärkt hög temperaturbeständighet och dragegenskaper och används ofta. Polyimid hartsbaserade kompositmaterial har egenskaperna för hög värmebeständighet hos polyimid, utmärkta mekaniska egenskaper, dielektriska egenskaper, lösningsmedelsbeständighet etc., och är för närvarande hartsbaserade kompositmaterial med högsta temperatur. motor), flyg och andra områden har använts i stor utsträckning.

Efter nästan 40 års utveckling har polyimid högtemperaturhartsbaserade kompositmaterial utvecklat fyra generationer av kompositmaterial, och driftstemperaturen har kontinuerligt förbättrats. För närvarande kan de mest avancerade fjärde generationens polyimidhartsbaserade kompositmaterialen användas i 450 °C för långvarig användning.

För närvarande håller tillämpningen och forskningen och utvecklingen av polyimid kompositmaterial i mitt land fortfarande på att komma ikapp, och företag som AVIC Composite Materials Co., Ltd. har kunnat producera tredje generationens hartsprodukter.

Dessutom har efterfrågan på kolfiberförstärkta kompositmaterial ökat avsevärt med kolfiberindustrins gradvisa mognad. Som en av de mest utmärkta kompositmaterialkombinationerna har kombinationen av polyimid och kolfiber uppenbara fördelar när det gäller att gripa den avancerade marknaden.

Polyimid täcker nästan alla typer av polymermaterial, inklusive högpresterande filmer, ingenjörsplast, skumplast, kemiska fibrer, lim, hartsmatris, isoleringsmaterial, funktionella material, kompositmaterial etc.

Polyimids prestanda är starkt beroende av dess kemiska struktur. Polyimider med olika strukturer kan väljas eller syntetiseras enligt ansökan, och kan också modifieras genom sampolymerisering, blandning, fyllning och förstärkning. Utvecklingen av ny polyimid är oskiljaktig från utvecklingen av nya monomerer. Diamin- och dianhydridmonomerer med speciella strukturer är den nödvändiga garantin för utvecklingen av nya typer av polyimid. Att minska kostnaden för monomerer är nyckeln till att minska polyimid. .

Eftersom polyimidrelaterade material har en oersättlig roll inom känsliga områden som flyg-, militär- och avancerad elektronik, blockeras de flesta utländska polyimidrelaterade råvaror, tekniker och produkter strikt i mitt land. Även om inhemska företag redan arbetar hårt för att komma ikapp, finns det fortfarande en stor klyfta mellan våra lokaliserade och massproducerade high-end produkter och den avancerade nivån i utländska länder. Därför är det mycket brådskande att kraftfullt utveckla polyimidrelaterade produkter, och det finns en lång väg kvar!