一,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 ist in allen Ländern die Forschung, Entwicklung und Nutzung von PI im 21. Jahrhundert einer der Schwerpunkte bei der Entwicklung neuer chemischer Materialien. 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“ bezeichnet, und selbst einige Brancheninsider glauben, dass „kein Polyimid die heutige Mikroelektroniktechnologie nicht haben wird“.
2, Klassifizierung und Anwendung von Polyimid
Polyimide können aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften in einem breiten Anwendungsspektrum eingesetzt werden und können in eine Vielzahl von Typen eingeteilt werden, darunter technische Kunststoffe, Fasern, lichtempfindliche Polyimide, Schäume, Beschichtungen, Klebstoffe, Filme, Aerogele, Verbundwerkstoffe und mehr.
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. Technischer Kunststoff
Technische Kunststoffe aus Polyimid sind duroplastisch und thermoplastisch und können in Polytetramethylentetracarbimid (PMMI), Polyetherimid (PEI), Polyamid und Imid (PAI) usw. unterteilt werden, die in verschiedenen Bereichen eigene Anwendungen haben.
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 hervorragende mechanische Eigenschaften, elektrische Isolationseigenschaften, Strahlungsbeständigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und Abriebfestigkeit, eine gute Schmelzfließfähigkeit und eine Formschrumpfungsrate von 0,5 % bis 0,7 %, ist für Spritz- und Extrusionsformen verfügbar, die Nachbearbeitung ist relativ einfach, kann auch für Schweißverfahren und andere kombinierte Materialien verwendet werden, die in der Elektronik- und Elektrogeräte-, Luftfahrt-, Automobil-, medizinischen Geräte- und anderen Industriezweigen weit verbreitet sind.
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 Ablations- und Elektromagnetismusbeständigkeit 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 und kann auch für Zahnräder, Lager und Trennklauen von Fotokopierern usw. verwendet werden. Es kann auch für ablative Materialien, magnetisch durchlässige Materialien und Strukturmaterialien von Flugzeugen verwendet werden.
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. Die Festigkeit ist bei Aramid etwa einmal höher als die aktuelle mechanische Leistung einer der besten organischen synthetischen Fasern. Sie gehört hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften zu den 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 waren nicht in der Lage, den modernen wissenschaftlichen und technologischen Bereichen der besonderen Anforderungen des Materials gerecht zu werden. PI-Hochleistungsfasern mit ihren überlegenen mechanischen Eigenschaften, Hitzestabilität, Strahlungsstabilität und anderen Eigenschaften werden die nächste Generation typischer Hochleistungsfasern darstellen.
Derzeit ist die inländische PI-Faserindustrie hauptsächlich in den Bereichen Asxc, Hipolyking, Aieplastics, Jsshino usw. tätig. Unter ihnen ist Hipolyking zu einem wichtigen Stützpunkt für die Polyimidforschung, -entwicklung und -produktion in China geworden. Jsshino, eine leistungsstarke organische Faser mit völlig unabhängigen Rechten an geistigem Eigentum, bestand 2016 die Bewertung wissenschaftlicher und technologischer Errungenschaften und übernahm gleichzeitig die Führung bei der Vervollständigung der Formulierung des nationalen Standards für „Polyimidfilamente mit hoher Festigkeit und hohem Modul“ im Jahr 2020.
3. Lichtempfindliches Polyimid (PSPI)
Lichtempfindliches Polyimid (PSPI) ist eine Klasse von Polymerketten sowohl im Imidring als auch in lichtempfindlichen Genen, die sich durch hervorragende thermische Stabilität, gute mechanische Eigenschaften sowie chemische und fotografische Eigenschaften organischer Materialien auszeichnen.
Im Bereich der Elektronik spielt PSPI vor allem zwei wichtige Rollen in den Bereichen Photoresist und elektronische Verpackung: Dem lichtempfindlichen Polyimid werden Sensibilisatoren, Stabilisatoren usw. zugesetzt, wodurch ein „Polyimid-Photoresist“ erhalten werden kann. Da das Polyimid selbst im Vergleich zum herkömmlichen Fotolack gute dielektrische Eigenschaften aufweist, kann es bei Verwendung ohne die Notwendigkeit, die Rolle des Arbeitsmediums des Lichtbarrieremittels zu beschichten, den Prozess erheblich verkürzen und die Produktionseffizienz verbessern.
Die PSPI-Produktionstechnologie 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 muss Chinas Polyimidindustrie immer noch Filme und andere Low-End-Produkte stabilisieren, die Produktion von lichtempfindlichem Polyimid ist geringer und die Marktnachfrage hängt von Importen ab. In der „Made in China 2025“-Politikunterstützung 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 verfügen Rayitek, MINSEOA Advanced Material, Guofeng New Materials, Dragon-chen usw. über das Layout der PSPI-Forschung und -Entwicklung sowie die Produktion lokaler Unternehmen und sind die Zukunft des Bereichs der inländischen Raumsubstitution.
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 wurde und heute in Flugzeugen, Schiffen, Zügen, Automobilen und anderen Bereichen weit verbreitet ist. Es verfügt über inhärente flammhemmende, hitzebeständige, leichte und umweltfreundliche, ungiftige Eigenschaften und kann über einen langen Zeitraum bei extrem hohen Temperaturen, extrem niedrigen Temperaturen, starkem Salznebel, starkem Lärm, starker Korrosion, starker Strahlung und anderen extremen Betriebsbedingungen verwendet werden.
Polyimidschaum lässt sich in drei Kategorien einteilen:
Dies gilt im Allgemeinen für Polyimid-Schaumstoffe mit einem Mittel als Hauptkette und einer Betriebstemperatur von 300 Grad oder mehr (PI-Schaum).
Schaumstoffe, bei denen der Mittelring als Seitengruppe vorliegt (PMI-Schaum).
Nano-Schaummaterialien, die durch Einbringen thermisch instabiler Fettkettensegmente in Polyimid und deren Crackung bei hohen Temperaturen gewonnen werden.
Polyimid-Schaumstoff gehört zu den fortschrittlichen Funktionsmaterialien und wird zunehmend in der Luft- und Raumfahrt, dem Seetransport, der Landesverteidigung und Mikroelektronik sowie anderen High-{0}}Tech-Bereichen in den Bereichen Wärmeisolierung, Vibrations- und Lärmreduzierung sowie Isolierung und anderen Schlüsselmaterialien eingesetzt.
Die wichtigste Anwendung von PI-Schaum ist Wärmedämm- und Lärmschutzmaterial für Schiffe. PI-Schaum als Material der ersten Wahl für Wärmedämmung und Geräuschreduzierung in neuen Kriegsschiffen erfreut sich immer größerer Beliebtheit.
PMI-Schaum ist eine neue Art von Schaummaterial mit hoher Molekularstruktur und bester Gesamtleistung. Dabei handelt es sich um ein Hochleistungs-Verbundschaumkernmaterial mit hoher spezifischer Festigkeit, hohem spezifischem Modul, hoher Verschlussrate und hoher Wärmebeständigkeit sowie den Eigenschaften von geringem Gewicht, hoher Festigkeit und Hoch-/Tieftemperaturbeständigkeit. Darüber hinaus wird PMI-Schaum als hervorragendstes Strukturschaum-Kernmaterial häufig in Lüfterflügeln, Hubschrauberblättern, der Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen Bereichen eingesetzt, und der Trend zur Substitution von PET-Schaum mit einem breiten Marktraum ist klar.
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 von mehr als 15 Ländern zur Entwicklung des thermischen und akustischen Isolationssystems für Marineschiffe verwendet. Darüber hinaus wird PI-Schaum auch häufig in zivilen Schiffen wie Luxuskreuzfahrtschiffen, Schnellbooten und Flüssigerdgasschiffen eingesetzt.
Ähnlich wie PI-Schaum ist auch der Einsatzbereich von PMI-Schaum sehr breit gefächert. Zu den typischen Anwendungen von PMI-Schaum gehören:
(1) 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;
(2) Breitbandwellen-transparente Materialien: Aufgrund der geringen Dielektrizitätskonstante und des Verlusts wird es häufig in Radar-, Antennen- und anderen Bereichen eingesetzt.
(3) Wärme- und Schalldämmmaterialien: Hochgeschwindigkeitslokomotiven, Reifen, Audio usw.
Seit dem 21. Jahrhundert ist die Zahl der an der Erforschung von Polyimidschaum in China beteiligten Einheiten erheblich gestiegen, und die Branche hat bedeutende technologische Durchbrüche erzielt. Derzeit sind Qingdao Ouc, Shkdchem und Tschina, Zgzts und AMMT die wichtigsten inländischen Hersteller von Polyimidschaum. Unter anderem hat das Ningbo Institute of Materials Tachnology ＆ Engineering, CAS eine Pilotanlage für Polyimid-Mikroschaumpartikel gebaut, und die Polyimidprodukte Qingdao Ouc und Shkdchem haben den militärischen Test bestanden.
5. Polyimidcschwimmend
Die Verwendung von Polyimid bei der Herstellung von Beschichtungen ist eine seiner frühesten Anwendungen, und diese Art von Substanz wird hauptsächlich als Isolierbeschichtung für Lackdrähte in Beschichtungen verwendet. Bei den Isolierbeschichtungen für emaillierte Drähte handelt es sich hauptsächlich um tauchbeschichtete Runddrähte, Flachdrähte und andere Arten von Drähten mit einem Durchmesser von blankem Kupferdraht, Legierungsdraht und Glasdraht mit umwickelter Drahtaußenschicht, die die Außenschicht des emaillierten Drahtes verbessern und stabilisieren.
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 industriellen Technologieentwicklung von Isoliermaterialien gerecht zu werden, zeichnet sich das Isoliersystem dadurch aus, dass es in der Lage sein sollte, 180-200 Grad höheren Temperaturen für einen 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.