1.Polyimide-Semua Pengenalan
Polyimide adalah sejenis bahan polimer berprestasi tinggi dengan cincin imide sebagai ciri strukturnya. Struktur rantai molekul tegarnya memberikan sifat mekanikal yang sangat baik. Ia juga polimer tahan suhu tinggi. Ia biasanya boleh mengekalkan sifat fizikal utamanya pada 550 darjah untuk jangka masa yang singkat dan boleh digunakan untuk masa yang lama pada hampir 330 darjah. Perindustrian resin polyimide mempunyai sejarah setengah abad. Sebagai matriks plastik kejuruteraan dan bahan komposit, ia telah memainkan peranan penting dalam bidang berteknologi tinggi.
Polyimide mempunyai rintangan radiasi yang sangat baik, rintangan kakisan, rintangan suhu tinggi dan rendah, kestabilan kimia, sifat mekanik, dan sifat dielektrik. Ia dikenali sebagai tiga bahan polimer "leher" yang menyekat pembangunan industri berteknologi tinggi di negara saya, bersama dengan serat karbon dan serat aramid. Prestasi komprehensif PI berada di bahagian atas piramid bahan polimer berprestasi tinggi, dan telah digunakan secara meluas dalam banyak bidang berteknologi tinggi seperti aeroangkasa, elektronik dan elektrik, pengangkutan, tenaga dan kuasa, pertahanan dan ketenteraan negara .
2. Sejarah Pembangunan Pi di rumah dan di luar negara
Perkembangan polimer polimida (PI) bermula pada tahun 1908. Bogert dan Rebshaw et al. PI aromatik yang disediakan dengan mencairkan polikondensasi, tetapi prestasi pemprosesannya adalah miskin, dan perkembangan dan aplikasinya terhad. Tidak sampai tahun 1955 bahawa DuPont dari Amerika Syarikat memohon paten pertama atas permohonan PI. Pada tahun 1961, DuPont membangunkan produk filem PI aromatik Kapton® dan secara rasmi menyedari perindustrian PI. Pada tahun 1964, ia berturut -turut membangunkan sebatian pengacuan Vespel® dan varnis Pyre ML®. Pada tahun 1964, Syarikat Petroleum Amerika telah membangunkan Varnis Pi untuk penebat elektrik. Pada tahun 1978, Ube Industries, Ltd. (Ube Industries) dari Jepun membangunkan siri produk UPILEX® (Upliex R, Upilex S). Pada tahun 1982, General Electric Company dari Amerika Syarikat melancarkan produk PI termoplastik Ultem®. Pada tahun 1984, Kaneka Chemical of Jepun menubuhkan barisan pengeluaran filem apikal. Pada tahun 1994, Mitsui Chemicals Jepun telah membangunkan Aurum®, sebatian pencetakan PI termoplastik. Pada awal abad ke -21, gas Mitsubishi Jepun mengembangkan filem Pi yang tidak berwarna dan telus. Pada tahun 2005, SKC Korea Selatan menubuhkan barisan pengeluaran filem PI, dan pada tahun 2008, ia menubuhkan usaha sama dengan Kolon untuk mengkhususkan diri dalam pengeluaran filem PI. Di samping itu, Jerman Evonik dan Belgium Solvay juga menduduki kedudukan yang menonjol dalam bidang serat dan lapisan.
Negara saya memulakan penyelidikan dan pembangunan PI pada tahun 1960 -an, terutamanya untuk memenuhi keperluan filem penebat dan cat wayar enamel. Yang paling awal yang terlibat ialah beberapa institut penyelidikan kebangsaan, termasuk Institut Kimia Gunaan Changchun Akademi Sains Cina (Institut Kimia Gunaan Changchun), Institut Resin Sintetik Shanghai (Institut Resin Shanghai), Institut Penyelidikan Sains Elektrik Guilin Co., Ltd. (Guilin Institute of Electrical Science), dan lain -lain. Dianhydride/Diphenyl Ether Diamine Type Pi dari Shanghai Institute of Resins telah memainkan peranan penting dalam bidang industri berteknologi tinggi dan industri pertahanan dan ketenteraan negara. Institut Kimia Gunaan Changchun menggunakan anhidrida klorophthalic sebagai bahan mentah untuk mengkaji sintesis PI dan mencapai kejayaan dalam pembangunan laluan sintetik dan pemisahan isomer. Pada tahun 1970 -an, Chengdu University of Science and Technology (kini Sichuan University) menjalankan penyelidikan mengenai Bismaleimide, yang digunakan secara meluas dalam bidang bahan penebat.
Pada permulaan abad ke -21, banyak universiti, institut penyelidikan, dan perusahaan swasta terlibat dalam penyelidikan dan pembangunan PI. Pada tahun 2001, Taiwan Damai Technology menguji barisan pengeluaran filem PI pertama; Pada tahun 2010, barisan pengeluaran filem Ruihuatai PI meluluskan penerimaan, menjadi pengeluar profesional filem PI berprestasi tinggi yang pertama di tanah besar China untuk menguasai teknologi teras bebas. Sejak itu, sejumlah besar filem PI, serat, buburan dan syarikat pengeluaran lain telah muncul. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, dengan mengukuhkan pertikaian perdagangan Sino-AS, untuk menyelesaikan dilema "leher yang terperangkap", perusahaan milik negara yang besar seperti China National Petroleum Corporation dan Sinopec juga menyertai PI R & D dan pengeluaran, membentuk baru Corak pembangunan.
3. Prestasi polyimide-unique
PI adalah polimer heterosiklik yang mengandungi kumpulan imide (-r-co-nh- co-r'-) dalam molekul, dan merupakan salah satu jenis polimer dengan prestasi komprehensif tertinggi setakat ini. PI mempunyai rintangan suhu tinggi (suhu penguraian termal lebih besar daripada atau sama dengan 5 0 0 darjah) dan rintangan suhu rendah (serendah -269 darjah), dan suhu penggunaan jangka panjang pelbagai mencapai -200 ~ 3 0 0 darjah; Pekali pengembangan terma hanya 10-5 ~ 10-7 darjah -1; Pemalar dielektrik adalah 4.0 pada 1000Hz, kerugian dielektrik hanya 0.004 ~ 0.007, dan resistiviti isipadu adalah 105Ω · m, yang dimiliki oleh penebat gred f ~ h; Kekuatan tegangan adalah 100 ~ 400 MPa, dan modulus elastik serat secara teorinya dapat mencapai 500gpa, kedua hanya untuk serat karbon (700gpa); Di samping itu, ia mempunyai kelebihan rintangan radiasi, keterbelakangan nyalaan dan kepuasan diri, dan biokompatibiliti. Prestasi komprehensif PI berada di bahagian atas piramid bahan polimer berprestasi tinggi.
Piramid bahan polimer berprestasi tinggi
Ciri -ciri unik polyimide dapat diringkaskan seperti berikut:
(1) suhu penguraian terma
Untuk polyimide aromatik sepenuhnya, menurut analisis termogravimetrik, suhu penguraian awalnya biasanya sekitar 500 darjah. Suhu penguraian haba polyimide yang disintesis dari biphenyl dianhydride dan p-phenylenediamine mencapai 600 darjah, yang merupakan salah satu polimer dengan kestabilan terma tertinggi sehingga kini.
(2) rintangan suhu tinggi
Rintangan suhu tinggi mencapai di atas 400 darjah, dan julat suhu penggunaan jangka panjang adalah -200 hingga 300 darjah, tanpa titik lebur yang jelas.
(3) rintangan suhu rendah yang melampau
Ia dapat menahan suhu yang sangat rendah, seperti hidrogen cecair pada suhu mutlak 4k (-269 darjah) tanpa patah rapuh.
(4) sifat mekanikal
Kekuatan tegangan plastik yang tidak terisi adalah di atas 100MPa, filem isophthalic polyimide (Kapton) adalah 250MPa, dan filem biphenyl polyimide (UPILEX-S) mencapai 530MPA. Sebagai plastik kejuruteraan, modulus elastik biasanya 3 ~ 4gpa. Para ulama Rusia melaporkan bahawa kekuatan gentian yang berputar dari polyimide kopolimer boleh mencapai 5.1 ~ 6.4gpa dan modulus dapat mencapai 220 ~ 340gpa. Menurut pengiraan teoritis, modulus serat polyimide yang disintesis dari anhydride phthalic dan p-phenylenediamine boleh mencapai 500gpa, kedua hanya untuk serat karbon.
(5) rintangan hidrolisis
Polyimide agak stabil untuk mencairkan asid, tetapi jenis umum tidak terlalu tahan terhadap hidrolisis, terutamanya hidrolisis alkali. Harta yang seolah-olah merugikan ini memberikan polimida ciri hebat yang berbeza daripada polimer berprestasi tinggi yang lain, iaitu bahan mentah dianhydride dan diamine dapat dipulihkan oleh hidrolisis alkali. Sebagai contoh, untuk filem Kapto, kadar pemulihan boleh mencapai 90%. Menukar struktur juga boleh mendapatkan pelbagai yang cukup tahan terhadap hidrolisis dan dapat menahan 120 darjah, 500h mendidih. Walau bagaimanapun, seperti polimer aromatik lain, polyimide tidak tahan terhadap asid sulfurik pekat, asid nitrik dan halogen.
(6) rintangan asid dan pelarut
Polyimide mempunyai spektrum kelarutan yang luas. Bergantung pada struktur, beberapa jenis hampir tidak larut dalam semua pelarut organik, sementara yang lain larut dalam pelarut umum seperti tetrahydrofuran, aseton, kloroform, dan juga toluena dan metanol. Seperti polimer aromatik yang lain, polyimide tidak tahan terhadap asid sulfurik pekat, asid nitrik, dan halogen.
(7) pekali pengembangan haba
Pekali pengembangan termal polyimide adalah antara 2x 10-5 dan 3x 10-5 darjah -1, dan biphenyl polyimide boleh mencapai 10-6 darjah -1 tahap yang sama seperti logam. Sesetengah jenis boleh mencapai 10-7 darjah -1.
(8) Rintangan Sinaran
Polyimide mempunyai rintangan radiasi yang tinggi. Filemnya masih boleh mengekalkan 86% kekuatannya apabila dos yang diserap mencapai 5x107Gy. Serat polyimide masih mengekalkan 90% kekuatannya selepas disinari dengan elektron 1x108Gy.
(9) sifat dielektrik
Polyimide mempunyai sifat dielektrik yang sangat baik. Pemalar dielektrik polyimide aromatik biasa adalah kira -kira 3.4. Dengan memperkenalkan fluorin, kumpulan sampingan besar atau udara yang tersebar di polyimide pada saiz nanometer, pemalar dielektrik dapat dikurangkan kepada kira -kira 2.5. Kehilangan dielektrik ialah 10-3, kekuatan dielektrik adalah 100 ~ 300kV/mm, dan resistiviti isipadu ialah 1017Ω · cm. Ciri -ciri ini masih boleh mengekalkan tahap yang tinggi di atas julat suhu yang luas dan julat kekerapan.
(10) sifat retardan api
Hartanah Experyishing Sendiri: Polyimide biasanya tidak memisahkan diri atau menyokong pembakaran, yang menjadikannya sangat selamat untuk digunakan dalam persekitaran suhu tinggi; Kadar asap yang rendah: Apabila terbakar pada suhu tinggi, kadar asap polyimide sangat rendah, yang membantu mengurangkan pembebasan asap dan gas toksik semasa kebakaran; Kadar karbon sisa tinggi: Selepas pembakaran suhu tinggi, kadar karbon sisa polimida biasanya melebihi 50%, yang membantu mencegah penyebaran api selanjutnya.
(11) Biosafety
Polyimide tidak toksik dan boleh digunakan untuk membuat alat makan dan instrumen perubatan, dan dapat menahan pelbagai sterilisasi. Sesetengah polyimides juga mempunyai biokompatibiliti yang baik. Sebagai contoh, mereka bukan hemolitik dalam ujian keserasian darah dan ujian sitotoksisiti in vitro in vitro.
4. Polyimide-Plication
Model pemprosesan produk plastik umum dan plastik kejuruteraan biasanya bahawa pembekal menyediakan resin asas, yang kemudiannya diproses ke dalam pelbagai produk oleh pengeluar untuk membekalkan pasaran. Kebanyakan syarikat yang berkaitan dengan PI menggabungkan sintesis bahan dan pencetakan produk dan secara langsung menyediakan produk ke pasaran. Produk PI datang dalam bentuk filem, buburan, resin, serat, busa, bahan komposit, dan lain -lain, dan kepelbagaian jenis produk berada di antara bahan polimer teratas.
Saiz pasaran polyimide dijangka menjadi AS $ 5.46 bilion pada tahun 2024 dan dijangka mencapai US $ 7.6 bilion menjelang 2029, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 6.84% semasa tempoh ramalan (2024-2029).
