1. Einführung in Polyimid
Polyimid (PI) ist eine molekulare Struktur, die imid-basierte Kettenglieder aromatischer heterozyklischer Polymerverbindungen enthält. Es ist derzeit eine der besten Arten von hitzebeständigen technischen Kunststoffen und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, Mikroelektronik, Nano-, Flüssigkristall-, Laser- und anderen Bereichen eingesetzt.
In jüngster Zeit haben alle Länder die Forschung, Entwicklung und Nutzung von PI im 21. Jahrhundert zu einem der Entwicklungsschwerpunkte neuer chemischer Materialien erklärt. Polyimid hat aufgrund seiner herausragenden Leistungs- und Syntheseeigenschaften große Anwendungsaussichten, sei es als Strukturmaterial oder als Funktionsmaterial.
Polyimid gilt als die Spitze der Pyramide der Polymermaterialien, auch als „Problemlöser“, und selbst einige Brancheninsider glauben, dass „kein Polyimid die heutige Mikroelektroniktechnologie nicht haben wird.“
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Pyramide aus Polymermaterialien
2. Klassifizierung und Anwendung von Polyimid
Polyimid kann aufgrund seiner hervorragenden Leistung in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden und kann auch in verschiedene Typen unterteilt werden, darunter technische Kunststoffe, Fasern, lichtempfindliches Polyimid, Schäume, Beschichtungen, Klebstoffe, Filme, Aerogele, Verbundwerkstoffe usw.
Polyimid wird häufig verwendet
Unter vielen Polymeren ist Polyimid das einzige, das ein breites Anwendungsspektrum hat und in jedem einzelnen eine hervorragende Leistung zeigt. Im Folgenden werde ich Sie durch die Hauptverwendungszwecke der einzelnen Polyimidarten führen.
(1).Technische Kunststoffe
Technische Polyimid-Kunststoffe können sowohl in duroplastische als auch thermoplastische Kunststoffe unterteilt werden, sie können in Poly(tetramethylentetraimid) (PMMI), Polyetherimid (PEI), Polyamid und Imid (PAI) usw. unterteilt werden und haben ihre eigenen Anwendungen in verschiedenen Bereichen.
PMMI mit einer Last von 1,8 MPa und einer Wärmeverformungstemperatur von 360 Grad, ausgezeichnete elektrische Eigenschaften, kann für besondere Bedingungen von Präzisionsteilen, selbstschmierenden Hochtemperaturlagern, Dichtungen, Gebläserädern usw. verwendet werden, kann auch in Kontakt mit Ventilteilen für flüssiges Ammoniak und Teilen des Kraftstoffversorgungssystems von Strahltriebwerken verwendet werden.
PEI verfügt über ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, elektrische Isolationseigenschaften, Strahlungsbeständigkeit, hohe Temperatur- und Abriebfestigkeit, gute Schmelzfließfähigkeit, Formschrumpfung von 0,5 % bis 0,7 %, ist für Spritz- und Extrusionsformen verfügbar, die Nachbearbeitung ist einfacher, kann auch für Schweißverfahren verwendet werden und andere kombinierte Materialien werden in der Elektronik- und Elektrogeräte-, Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, medizinischen Geräte- und anderen Industriezweigen häufig verwendet.
Die Festigkeit von PAI ist die höchste unter den aktuellen unverstärkten Kunststoffen, die Zugfestigkeit beträgt 190 MPa, die Biegefestigkeit beträgt 250 MPa und die Wärmeformbeständigkeit beträgt bis zu 274 Grad unter der Belastung von 1,8 MPa. PAI hat eine gute Beständigkeit gegen Ablation und Elektromagnetismus bei hohen Temperaturen und hoher Frequenz und verfügt über gute Hafteigenschaften an Metallen und anderen Materialien. Es wird hauptsächlich für Zahnräder, Lager und Trennklauen von Fotokopierern usw. verwendet. Es kann für Ablationsmaterialien von Flugzeugen, Transmissionsmaterialien und anderen Materialien verwendet werden und kann bei der Herstellung elektronischer Geräte verwendet werden. Es wird hauptsächlich für Zahnräder, Lager und Trennklauen von Kopierern usw. verwendet. Es kann auch für ablative Materialien, magnetisch durchlässige Materialien und Strukturmaterialien von Flugzeugen verwendet werden.
Polyimid für Hochleistungsteile
(2). Polyimidfaser
Polyimidfasern sind wichtige Hochleistungsfasern. Ihre Hochtemperatur-Polyimidfasern sind derzeit eine der höchsten Temperaturen unter den organischen synthetischen Fasern und können bei 250 bis 350 Grad verwendet werden. In Bezug auf Lichtbeständigkeit, Wasseraufnahme, Wärmebeständigkeit und andere Aspekte sind Aramid- und Polyphenylensulfidfasern im Vergleich zu Hochleistungs-Polyimidfasern überlegen, da die Festigkeit von Aramid etwa ein Mal höher ist als die aktuelle mechanische Leistung der besten organischen Fasern ist hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften eine der besten organischen Kunstfasern.
Mit der kontinuierlichen Entwicklung von High-Tech-Bereichen werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften von PI-Produkten immer anspruchsvoller, die traditionellen PI-Materialien in mechanischer, thermischer und optischer, elektrischer, magnetischer und anderer Leistungsaspekte sind nicht in der Lage, die modernen wissenschaftlichen und technologischen Bereiche der besonderen Anforderungen des Materials zu erfüllen. PI-Hochleistungsfasern mit ihren überlegenen mechanischen Eigenschaften, thermischer Stabilität, Bestrahlung und anderen Eigenschaften der nächsten Generation von Hochleistungsfasern werden zu einem typischen Vertreter der Faser.
Derzeit ist die inländische PI-Faserindustrie hauptsächlich in Jiangsu Aoshen, Changchun Gaoqi, Kejiu New Material, Jiangsu Xiannuo usw. tätig. Unter anderem hat sich Changchun Gaoqi zu einem wichtigen Stützpunkt für die Polyimidforschung, -entwicklung und -produktion in China entwickelt, und eine hochleistungsfähige organische Faser mit völlig unabhängigen geistigen Eigentumsrechten von Jiangsu Ceno hat 2016 die Bewertung der wissenschaftlichen und technologischen Errungenschaften bestanden und im Jahr 2020 auch die Führung übernommen, um die Entwicklung nationaler Standards für „Polyimidfilamente mit hoher Festigkeit und hohem Modul“ abzuschließen.
Polyimidfaser
(3). Lichtempfindliches Polyimid (PSPI)
Lichtempfindliches Polyimid (PSPI) ist eine Klasse von Polymerketten sowohl des Imidrings als auch lichtempfindlicher Gene, die eine hervorragende thermische Stabilität, gute mechanische Eigenschaften sowie chemische und fotografische Eigenschaften organischer Materialien aufweisen.
Lichtempfindliches Polyimid spielt im Bereich der Elektronik, hauptsächlich Fotolack und elektronische Verpackung, eine wichtige Rolle. Dem lichtempfindlichen Polyimid werden Sensibilisatoren, Stabilisatoren usw. zugesetzt, wodurch ein „Polyimid-Fotolack“ erhalten werden kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Fotolacken weist Polyimid selbst gute dielektrische Eigenschaften auf, sodass bei Verwendung als Lichtschranke keine Beschichtung des Arbeitsmediums erforderlich ist, was den Prozess erheblich verkürzen und die Produktionseffizienz verbessern kann.
Die Produktionstechnologie für lichtempfindliches Polyimid (PSPI) wird hauptsächlich von US-amerikanischen und japanischen Unternehmen kontrolliert, von denen Toray eines der weltweit erfolgreichsten Unternehmen auf dem Markt für positive PSPI-Produkte ist und seine positiven Produkte in der Mikroelektronikverpackung, der optoelektronischen Verkapselung und anderen Bereichen eingesetzt werden.
Aufgrund der Rückständigkeit der Produktionstechnologie ist Chinas Polyimidindustrie immer noch auf Filme und andere Low-End-Produkte angewiesen. Die Produktion von lichtempfindlichem Polyimid ist geringer und die Marktnachfrage hängt von Importen ab. Im Rahmen der politischen Unterstützung „Made in China 2025“ treten Chinas industrielle, mechanische, elektronische und andere Bereiche in die inländische Substitutionsphase ein, inländische Unternehmen für PSPI vertiefen sich weiter und einige Unternehmen beherrschen die Produktionstechnologie.
Derzeit ist das Layout des PSPI R & D, die Produktion lokaler Unternehmen Rui Huatai, Ming Shi neue Materialien, nationale Windkunststoffindustrie, Dinglong-Technologie usw., die Zukunft des Bereichs der inländischen Substitution des Weltraums.
Polyimid für Fotolack
(4). Polyimidschaum
Polyimidschaum ist eine Art Polyimidmaterial, das erstmals in den 1970er Jahren vom NASA Langley Research Center in Zusammenarbeit mit Unitika America entwickelt wurde, im Space Shuttle verwendet wird und heute in großem Umfang in Flugzeugen, Schiffen, Zügen, Automobilen und anderen Bereichen verwendet wird. Es ist flammhemmend, hitzebeständig, leicht und umweltfreundlich, ungiftig und kann über einen langen Zeitraum bei extrem hohen Temperaturen, extrem niedrigen Temperaturen und hohem Salzgehalt eingesetzt werden Sprühnebel, starker Lärm, starke Korrosion, starke Strahlung und andere extreme Betriebsbedingungen.
Polyimidschaum lässt sich in drei Kategorien einteilen:
(a) Wie beim allgemeinen Polyimid, dem Imid als Hauptkette des Schaummaterials, erreicht die Verwendung von Temperaturen mehr als 300 Grad (PI-Schaum).
(b) Schaumstoffe, in denen der Imidring als Seitengruppe vorliegt (PMI-Schaum)
(c) Nano-Schaummaterialien, die durch Einbringen thermisch instabiler Fettkettensegmente in Polyimid und deren Cracken bei hohen Temperaturen erhalten werden.
Polyimidschaumstoffe gehören zu den fortschrittlichen Funktionsmaterialien und werden zunehmend in der Luft- und Raumfahrt, im Seetransport, in der Landesverteidigung und Mikroelektronik sowie in anderen High-Tech-Bereichen wie Wärmeisolierung, Vibrations- und Lärmreduzierung sowie Isolierung und anderen Schlüsselmaterialien eingesetzt.
PI-Schaum ist derzeit die wichtigste Anwendung für Schiffe mit Materialien zur Wärmedämmung und Geräuschreduzierung. Chinas Marine befindet sich derzeit auf dem dritten Höhepunkt des Schiffbaus. PI-Schaum als neuer Typ von Kriegsschiffen ist die erste Wahl für Materialien zur Wärmedämmung und Geräuschreduzierung. Die Nachfrage steigt rasant.
Poly(methacrylimid)-Schaum (kurz PMI) ist eine neue Art von Schaummaterial mit hoher Molekularstruktur und optimaler Gesamtleistung, bei dem es sich um ein Hochleistungs-Verbundschaumkernmaterial mit hoher spezifischer Festigkeit, hohem spezifischem Modul, hoher Verschlussrate und hoher Hitzebeständigkeit handelt, das sich durch geringes Gewicht, hohe Festigkeit und Hoch-/Tieftemperaturbeständigkeit usw. auszeichnet. Darüber hinaus erfreut sich PMI-Schaum als hervorragendstes Wärmedämm- und Geräuschreduzierungsmaterial für Schiffe einer schnell steigenden Nachfrage. Darüber hinaus ist PMI-Schaum das hervorragendste Strukturschaumkernmaterial, das häufig in Lüfterblättern, Hubschrauberblättern, der Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen Bereichen eingesetzt wird. Der Trend zur Substitution von PET-Schaum ist klar und der Marktraum ist riesig.
PI-Schaum ist hitzebeständig, flammhemmend, erzeugt keine schädlichen Gase, ist einfach zu installieren und wird häufig in Materialien zur Wärmedämmung und Geräuschreduzierung verwendet. Derzeit verwendet die US-Marine PI-Schaum als thermisches und akustisches Isolationsmaterial für alle Überwasserschiffe und U-Boote, und der von INSPEC hergestellte SOLIMIDE-Schaum wird in mehr als 15 Ländern für die Entwicklung von thermischen und akustischen Isolationssystemen für Marineschiffe verwendet. Darüber hinaus wird PI-Schaum auch häufig in zivilen Schiffen wie Luxuskreuzfahrtschiffen, Schnellbooten und Flüssigerdgasschiffen eingesetzt.
Polyimidschaum
Ähnlich wie PI-Schaum ist auch der Einsatzbereich von PMI-Schaum sehr breit gefächert. Zu den typischen Anwendungen von PMI-Schaum gehören:
(a) Strukturschaumkernmaterial: ausgezeichnete Beständigkeit gegen Hochtemperaturkompression, so dass es häufig als Kernmaterial für Lüfterflügel, Luft- und Raumfahrt, Schiffe, Sportgeräte, medizinische Geräte und andere Bereiche verwendet wird;
(b) Breitbandwellen-transparente Materialien: niedrige Dielektrizitätskonstante und Verlust machen es weit verbreitet in Radar, Antennen und anderen Bereichen;
(c) Materialien zur Wärme- und Schalldämmung: Hochgeschwindigkeitslokomotiven, Reifen, Audio usw.
Seit dem 21. Jahrhundert ist die Zahl der an der Polyimidschaumforschung in China beteiligten Einheiten erheblich gewachsen, und die Branche hat bedeutende technologische Durchbrüche erzielt. Derzeit sind die wichtigsten inländischen Hersteller von Polyimidschaum Qingdao Ocean, Kanda New Material und Tiansheng New Material, Zigong Zhongtiansheng, Qingdao Ocean New Material und so weiter. Unter ihnen hat das Ningbo Institute of Materials und die Chinesische Akademie der Wissenschaften eine Pilotanlage für Polyimid-Mikroschaumpartikel gebaut, Qingdao Ocean und Kangda New Material Polyimid-Produkte haben den militärischen Test bestanden.
(5). Polyimidbeschichtungen
Polyimid zur Herstellung von Beschichtungen ist eine seiner frühesten Anwendungen; die in der Beschichtung enthaltenen Substanzen werden hauptsächlich als Isolierbeschichtung für Lackdrähte verwendet. Bei der Isolierbeschichtung für emaillierten Draht handelt es sich hauptsächlich um tauchbeschichtete Runddrähte, Flachdrähte und andere Arten von Drähten mit einem Durchmesser von blankem Kupferdraht, legiertem Draht und Glasdraht. Die äußere Schicht aus umwickeltem Draht verbessert und stabilisiert die äußere Schicht aus emailliertem Draht.
Einer der wichtigen Indexe von Isolierbeschichtungen ist die hitzebeständige Klasse. Gemäß der International Electrotechnical Association ICE-85 von 1954 werden Isoliermaterialien anhand der Einstufungsstandards für die thermische Stabilität in sieben hitzebeständige Klassen eingeteilt.
Um den Anforderungen der Industrietechnologie gerecht zu werden, zeichnet sich die Entwicklung von Isoliermaterialien dadurch aus, dass das Isoliersystem in der Lage sein sollte, 180-200 Grad höheren Temperaturen bei Langzeitbetrieb standzuhalten, jedoch keinen nennenswerten Gewichtsverlust und eine Verringerung der elektrischen Festigkeit zu verursachen und eine gute Elastizität, Feuchtigkeit, Ozon, Lichtbogenbeständigkeit und andere Eigenschaften beizubehalten. Polyimid-Materialien können sehr gut geeignet sein, die Anforderungen dieser Verwendung zu erfüllen, um eine hitzebeständige Isolierbeschichtung der Klasse F-und höher vorzubereiten. Polyimid kann als Isolierlack für den elektromagnetischen Draht oder als Hochtemperaturbeschichtung verwendet werden.
Fortgesetzt werden
Quelle: „Offizielle Website der China Composites Industry Association“.