一,Giới thiệu về polyimide
Polyimide (PI) là cấu trúc phân tử chứa các liên kết chuỗi dựa trên imide{0}}của các hợp chất polyme dị vòng thơm, hiện là một trong những loại nhựa kỹ thuật chịu nhiệt tốt nhất, được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không, hàng không vũ trụ, vi điện tử, nano, tinh thể lỏng, laser và các lĩnh vực khác.
Gần đây, tất cả các quốc gia đều chú trọng nghiên cứu, phát triển và sử dụng PI trong thế kỷ 21, một trong những trọng tâm phát triển vật liệu hóa học mới. Polyimide, do các tính năng vượt trội về hiệu suất và tổng hợp, có triển vọng ứng dụng lớn, dù là vật liệu kết cấu hay vật liệu chức năng.
Polyimide được mệnh danh là đỉnh cao của kim tự tháp vật liệu polymer, còn được gọi là "người giải quyết vấn đề", thậm chí một số người trong ngành còn tin rằng "không có polyimide sẽ không có công nghệ vi điện tử ngày nay".
2, Phân loại và ứng dụng Polyimide
Polyimide có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng do đặc tính tuyệt vời của chúng và có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau, bao gồm nhựa kỹ thuật, sợi, polyimide cảm quang, bọt, lớp phủ, chất kết dính, màng, aerogel, vật liệu tổng hợp, v.v.
Trong số nhiều loại polyme, polyimide là loại duy nhất có phạm vi ứng dụng rộng rãi và cho thấy hiệu suất vượt trội trong mỗi loại polyme. Dưới đây, tôi sẽ hướng dẫn bạn cách sử dụng chính của từng loại polyimide.
1.Nhựa kỹ thuật
Nhựa kỹ thuật polyimide có nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo, có thể được chia thành poly tetramethylene tetracarbimide (PMMI), polyetherimide (PEI), polyamide và imide (PAI), v.v., có những ứng dụng riêng trong các lĩnh vực khác nhau.
PMMI ở nhiệt độ biến dạng nhiệt tải 1.8MPa 360 độ, tính chất điện tuyệt vời, có thể được sử dụng cho các điều kiện đặc biệt của các bộ phận chính xác, vòng bi tự bôi trơn ở nhiệt độ cao, vòng đệm, cánh quạt thổi, v.v., cũng có thể được sử dụng khi tiếp xúc với các bộ phận van amoniac lỏng, các bộ phận của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ phản lực.
PEI có các đặc tính cơ học tuyệt vời, đặc tính cách điện, khả năng chống chiếu xạ, chịu nhiệt độ cao và chống mài mòn, tính lưu động nóng chảy tốt, tỷ lệ co rút khuôn từ 0,5% đến 0,7%, có sẵn cho ép phun và ép đùn, xử lý sau-tương đối dễ dàng, cũng có thể được sử dụng rộng rãi cho phương pháp hàn và các vật liệu khác kết hợp trong thiết bị điện và điện tử, hàng không, ô tô, thiết bị y tế và các ngành công nghiệp khác.
Độ bền của PAI là cao nhất trong số các loại nhựa không được gia cố-hiện nay, độ bền kéo là 190MPa, độ bền uốn là 250MPa và nhiệt độ biến dạng nhiệt cao tới 274 độ dưới tải trọng 1,8MPa. PAI có khả năng chống mài mòn và điện từ tốt ở nhiệt độ cao và tần số cao, đồng thời có đặc tính kết dính tốt với kim loại và các vật liệu khác, chủ yếu được sử dụng cho bánh răng, vòng bi và càng tách của máy photocopy, v.v.. Nó chủ yếu được sử dụng cho bánh răng, vòng bi và càng tách của máy photocopy, v.v. Nó cũng có thể được sử dụng cho các vật liệu mài mòn, vật liệu thấm từ và vật liệu kết cấu của máy bay.
2. Sợi polyimide
Sợi polyimide là một loại sợi hiệu suất cao-quan trọng, sợi polyimide nhiệt độ cao hiện là một trong những loại sợi tổng hợp hữu cơ có nhiệt độ cao nhất, có thể sử dụng ở nhiệt độ 250~350 độ. Về khả năng cản ánh sáng, khả năng hấp thụ nước, khả năng chịu nhiệt và các khía cạnh khác của sợi aramid và polyphenylene sulfide vượt trội hơn so với độ bền sợi polyimide hiệu suất cao- so với độ bền của sợi polyimide hiệu suất cao so với aramid cao hơn khoảng một lần so với hiệu suất cơ học hiện tại của một trong những sợi tổng hợp hữu cơ tốt nhất. Nó là một trong những sợi tổng hợp hữu cơ tốt nhất về tính chất cơ học.
Với sự phát triển không ngừng của các lĩnh vực công nghệ-cao, các đặc tính vật lý và hóa học của sản phẩm PI ngày càng đòi hỏi khắt khe hơn. Các vật liệu PI truyền thống về hiệu suất cơ học, nhiệt và quang học, điện, từ tính và các khía cạnh khác không thể đáp ứng được các lĩnh vực khoa học và công nghệ hiện đại về các yêu cầu đặc biệt của vật liệu. Sợi hiệu suất cao PI-với các đặc tính cơ học vượt trội, độ ổn định nhiệt, khả năng chiếu xạ và các đặc tính khác sẽ trở thành đại diện tiêu biểu cho thế hệ sợi hiệu suất cao-tiếp theo.
Hiện tại, ngành công nghiệp sợi PI trong nước chủ yếu tham gia vào Asxc, Hipolyking, Aieplastics, Jsshino, v.v. Trong số đó, Hipolyking đã trở thành cơ sở quan trọng cho nghiên cứu, phát triển và sản xuất polyimide ở Trung Quốc. Jsshino, một loại sợi hữu cơ-hiệu suất cao có quyền sở hữu trí tuệ hoàn toàn độc lập đã vượt qua cuộc thẩm định các thành tựu khoa học và công nghệ vào năm 2016, đồng thời đi đầu trong việc hoàn thành việc xây dựng tiêu chuẩn quốc gia về "sợi polyimide mô đun có độ bền-cao và{5}}cao vào năm 2020.
3.Polyimide cảm quang (PSPI)
Polyimide cảm quang (PSPI) là một loại chuỗi polymer cả ở vòng imide và gen cảm quang, có tính ổn định nhiệt tuyệt vời, tính chất cơ học, tính chất hóa học và nhiếp ảnh tốt của vật liệu hữu cơ.
PSPI trong lĩnh vực điện tử, chủ yếu là chất quang dẫn và đóng gói điện tử, hai vai trò chính, trong polyimide cảm quang được thêm vào chất nhạy cảm, chất ổn định, v.v. có thể thu được "chất quang dẫn polyimide". So với chất quang dẫn truyền thống, do bản thân polyimide có đặc tính điện môi tốt nên khi sử dụng mà không cần phủ lên vai trò của môi trường làm việc của chất cản ánh sáng, có thể rút ngắn đáng kể quy trình và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Công nghệ sản xuất PSPI chủ yếu do các công ty Mỹ và Nhật Bản kiểm soát, trong đó Toray là một trong những doanh nghiệp thành công nhất thế giới trong thị trường sản phẩm PSPI dương và các sản phẩm dương của nó được sử dụng trong đóng gói vi điện tử, đóng gói quang điện tử và các lĩnh vực khác.
Bị hạn chế bởi sự lạc hậu của công nghệ sản xuất, ngành công nghiệp polyimide của Trung Quốc vẫn phải làm phim và các sản phẩm cấp thấp-khác để ổn định, sản lượng polyimide nhạy cảm với ánh sáng ít hơn, nhu cầu thị trường phụ thuộc vào nhập khẩu. Trong đợt hỗ trợ chính sách cấp tốc 《Made in China 2025, các lĩnh vực công nghiệp, cơ khí, điện tử và các lĩnh vực khác của Trung Quốc đang bước vào giai đoạn thay thế trong nước, các doanh nghiệp trong nước dành cho PSPI tiếp tục đi sâu, một số công ty đã làm chủ được công nghệ sản xuất.
Hiện tại, cách bố trí của PSPI R & D, sản xuất của các doanh nghiệp địa phương có Rayitek, Vật liệu tiên tiến MINSEOA, Vật liệu mới Guofeng, Dragon{0}}chen, v.v., tương lai của lĩnh vực thay thế không gian trong nước.
4. Bọt polyimide
Bọt polyimide là một loại vật liệu polyimide, được phát triển lần đầu tiên vào những năm 1970 bởi Trung tâm nghiên cứu Langley của NASA hợp tác với Unitika America, được sử dụng trên Tàu con thoi và hiện được sử dụng rộng rãi trong máy bay, tàu thủy, tàu hỏa, ô tô và các lĩnh vực khác. Nó có các tính năng chống cháy nội tại,{2}}chịu nhiệt, nhẹ và không{3}}độc hại thân thiện với môi trường, đồng thời có thể sử dụng trong thời gian dài ở nhiệt độ cực-cao, nhiệt độ cực-thấp, phun muối nhiều, tiếng ồn mạnh, ăn mòn mạnh, bức xạ mạnh và các điều kiện sử dụng khắc nghiệt khác.
Bọt polyimide có thể được chia thành ba loại:
Tương tự như polyimide nói chung, vật liệu xốp có mide làm chuỗi chính, có nhiệt độ hoạt động từ 300 độ trở lên (bọt PI).
Vật liệu xốp trong đó vòng mide tồn tại dưới dạng nhóm bên (bọt PMI).
Vật liệu bọt nano-thu được bằng cách đưa các đoạn chuỗi chất béo không bền nhiệt vào polyimide và bẻ gãy chúng ở nhiệt độ cao.
Vật liệu xốp polyimide thuộc loại vật liệu chức năng tiên tiến, ngày càng được sử dụng nhiều trong ngành hàng không vũ trụ, vận tải biển, quốc phòng và vi điện tử cũng như các-lĩnh vực công nghệ cao khác trong cách nhiệt, giảm độ rung và tiếng ồn, cách nhiệt và các vật liệu quan trọng khác.
Ứng dụng quan trọng nhất của PI foam là làm vật liệu cách nhiệt, giảm ồn cho tàu thủy. Bọt PI là lựa chọn hàng đầu làm vật liệu cách nhiệt và giảm tiếng ồn trên các tàu chiến mới đang ngày càng gia tăng nhanh chóng.
Bọt PMI là một loại vật liệu bọt có cấu trúc phân tử cao mới có hiệu suất toàn diện tốt nhất, là vật liệu lõi xốp tổng hợp-hiệu suất cao với cường độ riêng cao, mô đun riêng cao, tốc độ đóng kín cao và khả năng chịu nhiệt cao, đồng thời có các đặc tính về trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chịu nhiệt độ cao/thấp. Ngoài ra, là vật liệu lõi xốp có cấu trúc tuyệt vời nhất, bọt PMI được sử dụng rộng rãi trong cánh quạt, cánh máy bay trực thăng, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác, và xu hướng thay thế bọt PET của nó là rõ ràng, với không gian thị trường rộng lớn.
Bọt PI có khả năng chịu nhiệt-, chống cháy-, không tạo ra khí độc hại, dễ lắp đặt và được sử dụng rộng rãi trong vật liệu cách nhiệt và giảm tiếng ồn. Hiện tại, Hải quân Hoa Kỳ đã sử dụng bọt PI làm vật liệu cách nhiệt và cách âm cho tất cả các tàu nổi và tàu ngầm, và bọt SOLIMIDE do INSPEC sản xuất đã được hơn 15 quốc gia sử dụng để phát triển hệ thống cách nhiệt và cách âm cho tàu hải quân. Ngoài ra, bọt PI còn được sử dụng rộng rãi trên các tàu dân sự như tàu du lịch hạng sang, tàu cao tốc và tàu chạy khí đốt tự nhiên hóa lỏng.
Tương tự như PI foam, ứng dụng của bọt PMI cũng rất rộng. Các ứng dụng điển hình của bọt PMI bao gồm:
(1) Vật liệu lõi xốp kết cấu: khả năng chịu nén ở nhiệt độ-cao tuyệt vời nên được sử dụng rộng rãi làm vật liệu lõi cho cánh quạt, hàng không, hàng không vũ trụ, tàu thủy, thiết bị thể thao, thiết bị y tế và các lĩnh vực khác;
(2) Vật liệu trong suốt-sóng băng thông rộng: hằng số điện môi và suy hao thấp khiến nó được sử dụng rộng rãi trong radar, ăng-ten và các lĩnh vực khác;
(3) vật liệu cách nhiệt và cách âm:-đầu máy xe lửa tốc độ cao, lốp xe, âm thanh, v.v.
Kể từ thế kỷ 21, số lượng đơn vị tham gia nghiên cứu bọt polyimide ở Trung Quốc đã tăng lên đáng kể và ngành này đã đạt được những bước đột phá đáng kể về công nghệ. Hiện nay, các nhà sản xuất bọt polyimide chính trong nước là Qingdao Ouc, Shkdchem và Tschina, Zgzts và AMMT. Trong số đó, Viện Công nghệ Vật liệu Ninh Ba & Kỹ thuật, CAS đã chế tạo thiết bị thí điểm hạt vi bọt polyimide, các sản phẩm polyimide Thanh Đảo Ouc và Shkdchem đã vượt qua bài kiểm tra quân sự.
5.Polyimidecyến mạch
Việc sử dụng polyimide trong điều chế lớp phủ là một trong những ứng dụng sớm nhất và loại chất này chủ yếu được sử dụng làm lớp phủ cách điện cho dây tráng men trong lớp phủ. Lớp phủ cách điện dây tráng men chủ yếu là dây tròn tráng men, dây dẹt và các loại dây đồng trần có đường kính khác, dây hợp kim và dây thủy tinh bọc lớp ngoài dây, cải thiện và ổn định lớp ngoài của dây tráng men.
Một trong những chỉ số quan trọng của lớp phủ cách điện là cấp độ chịu nhiệt, theo Hiệp hội kỹ thuật điện quốc tế ICE-85 năm 1954, vật liệu cách điện và động cơ khi sử dụng các tiêu chuẩn phân loại độ ổn định nhiệt, vật liệu cách điện được chia thành bảy cấp chịu nhiệt.
Để đáp ứng yêu cầu phát triển công nghệ công nghiệp, vật liệu cách nhiệt có đặc điểm là hệ thống cách nhiệt phải có khả năng chịu nhiệt độ từ 180-200 độ đến nhiệt độ cao hơn để làm việc-trong thời gian dài nhưng không giảm trọng lượng đáng kể và giảm độ bền điện, đồng thời duy trì độ đàn hồi, độ ẩm, ozon, khả năng chống hồ quang và các đặc tính khác tốt. Vật liệu polyimide có thể rất tốt để đáp ứng các yêu cầu của mục đích sử dụng này, để chuẩn bị lớp phủ cách điện cấp F{4}}trở lên cấp chịu nhiệt-, polyimide có thể được sử dụng làm lớp sơn bóng cách điện cho dây điện từ hoặc làm lớp phủ nhiệt độ cao được sử dụng.