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聚酰亞胺PI的性能與應用


聚酰亞胺PI的性能與應用

聚酰亞胺是分子結構含有酰亞胺基鏈節的芳雜環高分子化合物,英文名Polyimide(簡稱PI),可分為均苯型PI,可溶性PI,聚酰胺-酰亞胺(PAI)和聚醚亞胺(PEI)四類。
PI是目前工程塑料中耐熱性*好的品種之一,有的品種可長期承受290℃高溫短時間承受490℃的高溫,另外力學性能、耐疲勞性能、難燃性、尺寸穩定性、電性能都好,成型收縮率小,耐油、一般酸和有機溶劑,不耐堿,有優良的耐摩擦,磨耗性能。 PI電子電器方面均有應用, 電子工業上做印刷線路板、絕緣材料、耐熱性電纜、接線柱、插座等領域。聚酰亞胺作為一種特種工程材料,已廣泛應用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領域。

聚酰亞胺 - 性能
1、 全芳香聚酰亞胺按熱重分析,其開始分解溫度一般都在500℃左右。由聯苯四甲酸二酐和對苯二胺合成的聚酰亞胺,熱分解溫度達到600℃,是迄今聚合物中熱穩定性*高的品種之一。
2、 聚酰亞胺可耐極低溫,如在-269℃的液態氦中不會脆裂。
3、聚酰亞胺具有優良的機械性能,未填充的塑料的抗張強度都在100Mpa以上,均苯型聚酰亞胺的薄膜(Kapton)為170Mpa以上,而聯苯型聚酰亞胺(Upilex S)達到400Mpa。作為工程塑料,彈性膜量通常為3-4Gpa,纖維可達到200Gpa,據理論計算,均苯四甲酸二酐和對苯二胺合成的纖維可達 500Gpa,僅次于碳纖維。
4、一些聚酰亞胺品種不溶于有機溶劑,對稀酸穩定,一般的品種不大耐水解,這個看似缺點的性能卻使聚酰亞胺有別于其他高性能聚合物的一個很大的特點,即可以利用堿性水解回收原料二酐和二胺,例如對于Kapton薄膜,其回收率可達80%-90%。改變結構也可以得到相當耐水解的品種,如經得起120℃,500 小時水煮。
5、 聚酰亞胺的熱膨脹系數在2×10-5-3×10-5℃,廣成熱塑性聚酰亞胺3×10-5℃,聯苯型可達10-6℃,個別品種可達10-7℃。
6、 聚酰亞胺具有很高的耐輻照性能,其薄膜在5×109rad快電子輻照后強度保持率為90%。
7、 聚酰亞胺具有良好的介電性能,介電常數為3.4左右,引入氟,或將空氣納米尺寸分散在聚酰亞胺中,介電常數可以降到2.5左右。介電損耗為10-3,介電強度為100-300KV/mm,廣成熱塑性聚酰亞胺為300KV/mm,體積電阻為1017Ω/cm。這些性能在寬廣的溫度范圍和頻率范圍內仍能保持在較高的水平。
8、 聚酰亞胺是自熄性聚合物,發煙率低。
9、 聚酰亞胺在極高的真空下放氣量很少。
10、 聚酰亞胺無毒,可用來制造餐具和醫用器具,并經得起數千次**。有一些聚酰亞胺還具有很好的生物相容性,例如,在血液相容性實驗為非溶血性,體外細胞毒性實驗為無毒。

聚酰亞胺 - 應用
由于上述聚酰亞胺在性能和合成化學上的特點,在眾多的聚合物中,很難找到如聚酰亞胺這樣具有如此廣泛的應用方面,而且在每一個方面都顯示了極為突出的性能。
1、薄膜:是聚酰亞胺*早的商品之一,用于電機的槽絕緣及電纜繞包材料。主要產品有杜邦Kapton,宇部興產的Upilex系列和鐘淵Apical。透明的聚酰亞胺薄膜可作為柔軟的太陽能電池底版。
2. 涂料:作為絕緣漆用于電磁線,或作為耐高溫涂料使用。
3. 先進復合材料:用于航天、航空器及火箭部件。是*耐高溫的結構材料之一。例如美國的超音速客機計劃所設計的速度為2.4M,飛行時表面溫度為177℃,要求使用壽命為60000h,據報道已確定50%的結構材料為以熱塑型聚酰亞胺為基體樹脂的碳纖維增強復合材料,每架飛機的用量約為30t。
4. 纖維:彈性模量僅次于碳纖維,作為高溫介質及放射性物質的過濾材料和防彈、防火織物。
5. 泡沫塑料:用作耐高溫隔熱材料。
6. 工程塑料:有熱固性也有熱塑型,熱塑型可以模壓成型也可以用注射成型或傳遞模塑。主要用于自潤滑、密封、絕緣及結構材料。廣成聚酰亞胺材料已開始應用在壓縮機旋片、活塞環及特種泵密封等機械部件上。
7. 膠粘劑:用作高溫結構膠。廣成聚酰亞胺膠粘劑作為電子元件高絕緣灌封料已生產。
8. 分離膜:用于各種氣體對,如氫/氮、氮/氧、二氧化碳/氮或甲烷等的分離,從空氣烴類原料氣及醇類中脫除水分。也可作為滲透蒸發膜及超濾膜。由于聚酰亞胺耐熱和耐有機溶劑性能,在對有機氣體和液體的分離上具有特別重要的意義。
9. 光刻膠:有負性膠和正性膠,分辨率可達亞微米級。與顏料或染料配合可用于彩色濾光膜,可大大簡化加工工序。
10. 在微電子器件中的應用:用作介電層進行層間絕緣,作為緩沖層可以減少應力、提高成品率。作為保護層可以減少環境對器件的影響,還可以對a-粒子起屏蔽作用,減少或消除器件的軟誤差
11. 液晶顯示用的取向排列劑:聚酰亞胺在TN-LCD、SHN-LCD、TFT-CD及未來的鐵電液晶顯示器的取向劑材料方面都占有十分重要的地位。
12. 電-光材料:用作無源或有源波導材料光學開關材料等,含氟的聚酰亞胺在通訊波長范圍內為透明,以聚酰亞胺作為發色團的基體可提高材料的穩定性。
 

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