Mis on polüimiid (PI)
Polüimiid (Pl) viitab suure molekulmassiga polümeerile, mille põhiahelas on imiidi struktuur. Polüimiid on väga suur perekond ja suure jõudlusega PI põhiahel koosneb peamiselt aromaatsetest ja heterotsüklilistest tsüklitest kui peamistest struktuuriüksustest.
PI-l on kõrgeim süttivusklass (UL-94), hea elektriisolatsiooni jõudlus, mehaaniline jõudlus, keemiline stabiilsus, vananemiskindlus, kiirguskindlus, väike dielektriline kadu ning need omadused ei muutu laias temperatuurivahemikus oluliselt ( -269 kraad -400 kraad). Seda tuntakse kui "21. sajandi kõige lootustandvamat insenerplastikat" ja "probleemide lahendamise asjatundjat". Võib öelda, et "polüimiidita poleks tänapäeval mikroelektroonika tehnoloogiat". Selle jõudlus on polümeermaterjalide püramiidi tipus.
Polüimiidmaterjalid on tõstnud polümeermaterjalide keskmist töötemperatuuri üle 100 kraadi, muutes need parimateks kõrge temperatuurikindlateks polümeermaterjalideks, mis praegu praktiliseks kasutamiseks saadaval on.
Polüimiidi kasutusalad
Polüimiidi suurepärased omadused ja töötlemisvõime võimaldavad sellest valmistada erinevatel meetoditel erinevaid tooteid ja rakendada seda erinevates valdkondades. Paljude polümeeride hulgas on polüimiid ainuke, millel on lai valik rakendusi ja suurepärane jõudlus igas kasutusvaldkonnas.
Polüimiidi jõudlusnäitajad
Polüimiidmaterjalidel on lai valik rakendusi, sealhulgas kile, kiud, valgustundlikud materjalid, vaht- ja komposiitmaterjalid, mida kasutatakse painduvates ekraanides, raudteetransiidis, kosmosetööstuses, tulekindlates materjalides, fotoresistides, elektroonilistes pakendites, ventilaatorilabades, sõjalaevades, autodes ja muudes väljad.
01 Polüimiidkile (PI-kile)
Kõigist polüimiidi rakendustest jõuab polüimiidkile (PI-kile) kõige varem kaubanduslikku ringlusse ja seda kasutatakse kõige rohkem. Polüimiidkile on praegu maailma parima jõudlusega õhukese kilega isolatsioonimaterjal, mida kasutatakse laialdaselt erinevates valdkondades, nagu lennundus, mikroelektroonika, aatomienergia, elektriisolatsioon, vedelkristallekraan, eraldustehnoloogia jne. Tänu oma kõrgele hinnale, kõrgetele tehnilistele tõketele ja suurepärane jõudlus, polüimiidkile on tuntud ka kui "kuldne kile". Polüimiidkilet koos süsinikkiu ja aramiidkiuga peetakse üheks kolmest peamisest polümeermaterjalist, mis piiravad Hiina kõrgtehnoloogilise tööstuse arengut.
02 polüimiidkiud (PI-kiud)
Polüimiidkiud on oluline suure jõudlusega kiud. Selle kõrge temperatuurikindel polüimiidkiud on praegu üks kõrgeima töötemperatuuriga orgaanilisi sünteetilisi kiude, mida saab kasutada 250-350 kraadi juures. Võrreldes aramiid- ja polüfenüleensulfiidkiududega on sellel parem valguskindlus, veeimavus, kuumakindlus ja muud aspektid. Suure jõudlusega polüimiidkiu tugevus on umbes kaks korda suurem aramiidi omast, mistõttu on see mehaaniliste omaduste poolest üks parimaid orgaanilisi sünteetilisi kiude.
Polüimiidkiud mängivad paljudes valdkondades oma suurepäraste mehaaniliste omaduste ja kõrge temperatuuritaluvuse tõttu olulist rolli, hõlmates peamiselt järgmisi aspekte: (1) kosmosetööstus: kerged kaablikatted, kõrge temperatuurikindlad spetsiaalsed põimitud kaablid, suure läbimõõduga paigaldatavad satelliitantenni pingutuskaablid jne
(2) Keskkonnakaitse valdkond: tööstuslikud kõrge temperatuuriga tolmueemaldus- ja filtreerimismaterjalid.
(3) Tulekindlad materjalid: kõrge temperatuurikindel ja leegiaeglustav spetsiaalne kaitseriietus, külmakindel riietus, võidusõidutulekindel riietus jne.
Polüimiidkiude müüakse praegu kõrge hinnaga ja neid kasutatakse peamiselt kosmosetööstuses tänu nende ainulaadsele madalal temperatuuril kasutatavale kasutamisele (taluvad kosmoses temperatuurile alla -100 kraadi). Tulevikus kasvava nõudluse tõttu keskkonnastandardite järele laieneb järk-järgult polüimiidkiudude kasutamine tööstuslikes tolmueemaldusfiltrites. Praegu kasutatakse umbes 80% söeküttel töötavate katelde suitsugaasidest elektrostaatilisi filtreid. Rangete heitestandardite kohaselt muutuvad kottfiltrid järk-järgult elektrostaatiliseks filtriks ja polüimiidkiud on kõige suurepärasem filtrimaterjal. Ainuüksi Hiina soojuselektrijaamade aastane nõudlus ulatub eeldatavalt 1000 tonnini aastas.
03 PI/PMI vaht
PI/PMI vaht on kõige suurepärasem struktuurne vahtmaterjalist põhimaterjal, mida kasutatakse laialdaselt lisaks sõjaväele ka luksuslikes kruiisilaevades, kiirpaatides ja LNG-laevades.
Polüimiidvahu võib jagada kolme kategooriasse: (1) nagu üldpolüimiidi, saab imiidiga põhiahelana vahtmaterjale kasutada temperatuuril üle 300 kraadi (PI vaht), (2) vahtmaterjalid, mille kõrvalrühm on imiidirõngas (PMI). vaht) ja (3) nanovahtmaterjalid, mis on saadud termiliselt ebastabiilsete rasvaahela segmentide viimisel polüimiidi ja krakkimisel kõrgel temperatuuril.
Polüimiidvahtmaterjalid kuuluvad täiustatud funktsionaalsete materjalide hulka ja neid on üha enam kasutatud sellistes võtmematerjalides nagu soojusisolatsioon, löögisummutus, müra vähendamine ja isolatsioon kõrgtehnoloogilistes valdkondades, nagu lennundus, ookeanitransport, riigikaitse ja mikroelektroonika.
PI/PMI vaht: saage kasu sõjalaevade ehituse tõusust ja tervitage "sinise ookeani" ajastut. Praegu on P|kõige olulisem rakendus vaht on sõjalaevade soojusisolatsiooni- ja müra vähendav materjal. Praegu on Hiina merevägi laevaehituses kolmandas hoos. Uute sõjalaevade soojusisolatsiooni- ja mürasummutavate materjalide esimese valikuna on PI vaht kiiresti suurendanud nõudlust. Polümetakrüimiidvaht (PMI) on uut tüüpi polümeerstruktuuriga vahtmaterjal, millel on praegu parim terviklik jõudlus. See on suure jõudlusega komposiitvahtsüdamikmaterjal, millel on kõrge eritugevus, kõrge erimoodul, kõrge poorsus ja kõrge kuumakindlus. Sellel on kerge kaal, kõrge tugevus, vastupidavus kõrgele/madalale temperatuurile jne. Lisaks kasutatakse PM-vahtu kui kõige suurepärasemat struktuurset vahtmaterjalist põhimaterjali laialdaselt ventilaatorilabades, helikopterite labades, kosmosetööstuses ja muudes valdkondades. Selle PET-vahu asendamise suundumus on selge ja tururuum on lai. PI-vahul on tugev kuumakindlus, hea leegiaeglustus, kahjulike gaaside puudumine ja seda on lihtne paigaldada. See on laialdaselt kasutatav soojusisolatsiooni- ja müra vähendav materjal. Praegu on USA merevägi kasutanud PI-vahtu soojus- ja heliisolatsioonimaterjalina kõikidel pinnalaevadel ja allveelaevadel. INSPECi toodetud vaht SOLIMIDE on mereväe laevade soojus- ja heliisolatsioonisüsteemi jaoks välja töötatud enam kui 15 riigis. Seda kasutatakse laialdaselt ka tsiviillaevadel, nagu luksuslikud kruiisilaevad, kiirpaadid ja veeldatud maagaasi laevad.
Sarnaselt PI-vahuga kasutatakse laialdaselt ka PMI-vahtu. PMI vahu tüüpilised rakendused on järgmised:
(1) Struktuurne vahtplastist südamikumaterjal: suurepärane kõrgtemperatuuriline survekindlus muudab selle laialdaselt kasutatavaks südamikumaterjalina ventilaatorilabades, lennunduses, kosmosesõidukites, laevades, spordivarustuses, meditsiiniseadmetes ja muudes valdkondades;
(2) Lairiba läbipaistvad materjalid: nende madal dielektriline konstant ja kadu muudavad need laialdaselt kasutuseks sellistes valdkondades nagu radar ja antennid;
(3) Soojus- ja heliisolatsioonimaterjalid: kiirvedurid, rehvid, helisüsteemid jne.
Praegu kasutatakse õhusõiduki konstruktsioonides põhimaterjalina tavaliselt alumiiniumist kärgstruktuuri või NOMEXi ® Honeycombi, mille eelisteks on kõrge survemoodul ja kerge kaal, kasutatakse tavaliselt koos süsinik-/klaaskiust prepregmaterjaliga. Levinud konstruktsioonide hulka kuuluvad tiiva esiserv, rool, teliku uks, tiiva korpus ja tiivaotsa kaitsekate. Kärgstruktuuriga võileivamaterjalid vajavad aga suuri ja lihtsaid hooldus- ja remondikulusid ning vahtsüdamiku materjalid on ideaalsed asendajad.
NOMEX ® kärgstruktuuri, alumiiniumist kärgstruktuuri ja vahtsüdamiku materjali joonis
Pärast viimaste aastate uuringuid tunnistatakse PMI vaht järk-järgult kõige suurepärasemaks vahtmaterjaliks, millel on suurepärane roomamiskindlus, kuumakindlus ja vastupidavus. Praegu on PMI vahtplastist konstruktsioonimaterjalina laialdaselt kasutatud ventilaatorilabade, helikopteri labade, lennukite tootmise ja muudes valdkondades. Hinnanguliselt ulatub 2024. aastaks polüimiidvahu ülemaailmne kasutus enam kui 50 000 tonnini ja turu maht 2 miljardi dollarini.
Siseturu jaoks on praegu kindlam alljärgnev turg laevade ja lennukite soojusisolatsiooni-, löögisummutus- ja mürasummutusmaterjalid. Praegu on Hiina sõjalaevaehituse kolmas haripunkt ja sõjalaevade arv kasvab kiiresti. Kuna nõudlus "Blue Water Navy" järele kasvab, tuleb Hiina mereväe sõjalaevu kiiresti uuendada. Uut tüüpi suurepärase jõudlusega sõjalaevamaterjalina on polüimiidvahul lai tururuum, mis võib tulevikus ulatuda miljarditesse.
Ülemeremaade PI/PMI vahtu uuris ja tootis esmalt NASA sõjaliseks otstarbeks ning seejärel töötasid Sordal, DuPont, Evonic, InspectFoam ja teised tootjad välja ka vastavad tooted, sealhulgas Evonic ® seeria PM vaht Rohacel ja Solimide ® seeria PI vaht. kaks turul enamkasutatavat sorti.
04 PI-põhised komposiitmaterjalid
Kiududega tugevdatud komposiitmaterjalid on uue põlvkonna kerged materjalid pärast magneesiumialumiiniumisulameid. Polüimiidvaigul põhinevatel komposiitmaterjalidel on suurepärane kõrge temperatuuritaluvus ja tõmbeomadused ning neid kasutatakse laialdaselt. Polüimiidvaigul põhinevatel komposiitmaterjalidel on polüimiidi kõrge kuumakindlus, suurepärased mehaanilised omadused, dielektrilised omadused ja lahustikindlus. Need on praegu kõrgeima kasutustemperatuuriga vaigupõhised komposiitmaterjalid ning neid on laialdaselt kasutatud lennunduses (eriti lennukimootorites), kosmosetööstuses ja muudes valdkondades.
Pärast peaaegu 40 aastat kestnud arendustööd on polüimiid-kõrgtemperatuurikindlad vaigupõhised komposiitmaterjalid arenenud nelja põlvkonna komposiitmaterjalideks, mille töötemperatuurid tõusevad pidevalt. Praegu saab kõige arenenumaid neljanda põlvkonna polüimiidvaigupõhiseid komposiitmaterjale kasutada pikka aega temperatuuril 450 °C.
Lisaks on süsinikkiudude tööstuse järkjärgulise küpsusega nõudlus süsinikkiuga tugevdatud komposiitmaterjalide järele märkimisväärselt kasvanud. Polüimiidi ja süsinikkiu kombinatsioonil, mis on üks suurepärasemaid komposiitmaterjalide kombinatsioone, on tipptasemel turu vallutamisel ilmsed eelised.
05|PSPI (valgustundlik polüimiid)
Fotogeenne polüimiid (PSPI) on teatud tüüpi orgaaniline materjal, mis ühendab polümeeriahelatel imiinrõngaid ja valgustundlikke geene, millel on suurepärane termiline stabiilsus, head mehaanilised omadused, keemilised ja valgustundlikud omadused.
Fotogeensel polüimiidil on elektroonikavaldkonnas kaks peamist funktsiooni: fotoresist ja elektrooniline pakend. Sensibilisaatorite, stabilisaatorite jms lisamine valgustundlikule polüimiidile võib saada "polüimiidi fotoresisti".
Võrreldes traditsiooniliste fotoresistidega ei vaja PSPI fotoresist valgust blokeerivate ainete katmist ja võib oluliselt vähendada töötlemisetappe. PSPI on ka oluline elektrooniline pakendiliim. Pakkematerjalina saab valgustundlikku polüimiidi kasutada puhverkatete, passiveerimiskihtide, alfa-kiirguse varjestusmaterjalide, vahekihtide isolatsioonimaterjalide, kiipide pakkematerjalide jms jaoks. Seda kasutatakse laialdaselt ka mikroelektroonikatööstuses, sealhulgas integraallülitustes ja mitme kiibi pakendamiseks.
Teine valgustundliku polüimiidi funktsioon on täiustatud elektrooniline pakkevaik. Elektroonikatoodete miniaturiseerimise, hõrenemise, suure jõudlusega, multifunktsionaalsuse, suure töökindluse ja madalate kuludega on turunõudlus toonud kaasa integraallülituse pakendamise tiheduse suurenemise ning suurenevad ka nõuded I astme pakkematerjalidele. Suurte laastude ajastu tulekuga on metallist ja keraamilisest materjalist originaalpakenditehnoloogia oluliselt mõjutanud ning elektroonilised pakkematerjalid, mida esindavad epoksüvaiku, polüimiidvaiku jne, muutuvad järk-järgult olulisteks IC-pakenditeks.
Pakkematerjalina saab valgustundlikku polüimiidi kasutada puhverkatete, passiveerimiskihtide, alfa-kiirguse varjestusmaterjalide, kihtidevahelise isolatsioonimaterjalide, kiibi pakkematerjalide jms jaoks. Seda kasutatakse laialdaselt ka mikroelektroonikatööstuses, sealhulgas integraallülitustes (IC-d) ja multisüsteemides. kiibipaketid (MCP).
