1.Polyimid-Indledning
Polyimid er en type højtydende polymermateriale med imidring som dets strukturelle træk. Dens stive molekylære kædestruktur giver den fremragende mekaniske egenskaber. Det er også en høj temperaturresistent polymer. Det kan normalt opretholde sine vigtigste fysiske egenskaber ved 550 grader i en kort periode og kan bruges i lang tid på næsten 330 grader. Industrialiseringen af polyimidharpiks har en historie på et halvt århundrede. Som matrixen for ingeniørplast og sammensatte materialer har den spillet en vigtig rolle inden for højteknologiske felter.
Polyimid har fremragende strålingsmodstand, korrosionsmodstand, høj og lav temperaturresistens, kemisk stabilitet, mekaniske egenskaber og dielektriske egenskaber. Det er kendt som de tre "halsstuck" -polymermaterialer, der begrænser udviklingen af højteknologiske industrier i mit land sammen med kulfiber og aramidfiber. PI-rangerernes omfattende ydelse øverst på pyramiden med højtydende polymermaterialer og er blevet brugt i mange højteknologiske felter såsom rumfart, elektronik og elektrisk, transport, energi og magt og national forsvar og militær industri .
2. Udviklingshistorie om PI i indlandet og i udlandet
Udviklingen af polyimid (PI) polymerer begyndte i 1908. Bogert og Rebshaw et al. Fremstillet aromatisk PI ved smeltet polykondensation, men dens behandlingsydelse var dårlig, og dens udvikling og anvendelse var begrænset. Det var først i 1955, at Dupont fra De Forenede Stater ansøgte om det første patent på anvendelsen af PI. I 1961 udviklede Dupont det aromatiske PI -filmprodukt Kapton® og indså officielt industrialiseringen af PI. I 1964 udviklede det successivt Vespel® Molding Compound og Pyre ML® lak. I 1964 udviklede det amerikanske petroleumsfirma pi lak til elektrisk isolering. I 1978 udviklede UBE Industries, Ltd. (UBE INDUSTRIES) af Japan UPILEX® -serien med produkter (Upliex R, Upilex S). I 1982 lancerede General Electric Company i De Forenede Stater det termoplastiske PI -produkt Ultem®. I 1984 etablerede Kaneka Chemical fra Japan den apikale filmproduktionslinje. I 1994 udviklede Japans Mitsui -kemikalier Aurum®, en termoplastisk PI -støbningssammenhæng. I det tidlige 21. århundrede udviklede Japans Mitsubishi Gas en farveløs og gennemsigtig PI -film. I 2005 etablerede Sydkoreas SKC en PI -filmproduktionslinje, og i 2008 etablerede den et joint venture med Kolon for at specialisere sig i PI -filmproduktion. Derudover indtager den tyske Evonik og den belgiske Solvay også en fremtrædende position inden for fibre og belægninger.
Mit land startede forskningen og udviklingen af PI i 1960'erne, hovedsageligt for at imødekomme behovene for isolerende film og emaljerede trådmaling. De tidligste involverede var nogle nationale forskningsinstitutter, herunder Changchun Institute of Applied Chemistry of the Chinese Academy of Sciences (Changchun Institute of Applied Chemistry), Shanghai Institute of Synthetic Resins (Shanghai Institute of Resins), Guilin Electric Science Research Institute Co., Ltd. (Guilin Institute of Electrical Science) osv. Diphenylether Dianhydride/Diphenyl Ether Diamine Type Pi fra Shanghai Institute of Resins har spillet en vigtig rolle inden for områderne højteknologiske industrier og nationale forsvars- og militære industrier. Changchun Institute of Applied Chemistry anvendte chlorophthalic anhydrid som råmateriale til at studere PI -syntese og opnåede succes i udviklingen af syntetiske ruter og adskillelse af isomerer. I 1970'erne udførte Chengdu University of Science and Technology (nu Sichuan University) forskning på Bismaleimid, som blev vidt brugt inden for isolerende materialer.
I begyndelsen af det 21. århundrede var mange universiteter, forskningsinstitutter og private virksomheder involveret i PI -forskning og udvikling. I 2001 testede Taiwan Damai -teknologi den første PI -filmproduktionslinje; I 2010 passerede Ruihuatai Pi-filmproduktionslinjen accept og blev den første højtydende PI-film Professionel producent i det kinesiske fastland for at mestre uafhængig kerneteknologi. Siden da er der kommet et stort antal PI -film, fiber, opslæmning og andre produktionsselskaber. I de senere år, med intensivering af kinesisk-US-handelstvister, for at løse dilemmaet "fastenhals", har store statsejede virksomheder såsom China National Petroleum Corporation og Sinopec også tilsluttet sig PI R&D og produktion, der danner en ny Udviklingsmønster.
3. Polyimid-unik præstation
PI er en heterocyklisk polymer, der indeholder en imid-gruppe (-r-co-NH-co-r'-) i molekylet, og er en af polymersorterne med den hidtil højeste omfattende ydelse. PI har høj temperaturresistens (termisk nedbrydningstemperatur større end eller lig med 5 0 0 grad) og lav temperaturresistens (så lav som -269 grad), og langtidsbrugstemperaturen rækkevidde når -200 ~ 3 0 0 grad; Den termiske ekspansionskoefficient er kun 10-5 ~ 10-7 grad -1; Den dielektriske konstant er 4,0 ved 1000Hz, det dielektriske tab er kun 0,004 ~ 0,007, og volumenresistiviteten er 105Ω · m, der hører til isolering af F ~ H -klasse; Trækstyrken er 100 ~ 400 MPa, og den fiberelastiske modul kan teoretisk nå 500 GPa, kun anden til carbonfiber (700GPa); Derudover har det fordelene ved strålingsmodstand, flammehæmning og selvudvidelse og biokompatibilitet. Den omfattende ydeevne af PI-rangerer øverst på pyramiden med højtydende polymermaterialer.
High-Performance Polymer Material Pyramid
De unikke egenskaber ved polyimid kan sammenfattes som følger:
(1) Termisk nedbrydningstemperatur
For fuldt aromatisk polyimid er dens indledende nedbrydningstemperatur ifølge termogravimetrisk analyse generelt omkring 500 grader. Den termiske nedbrydningstemperatur af polyimid syntetiseret fra biphenyldianhydrid og p-phenylendiamin når 600 grader, hvilket er en af polymererne med den højeste termiske stabilitet til dato.
(2) Modstand med høj temperatur
Resistens med høj temperatur når over 400 grader, og den langsigtede brugstemperaturområde er -200 til 300 grader uden noget åbenlyst smeltepunkt.
(3) Ekstrem lav temperaturmodstand
Det kan modstå ekstremt lave temperaturer, såsom flydende brint ved en absolut temperatur på 4K (-269 grad) uden sprød brud.
(4) Mekaniske egenskaber
Trækstyrken for ufyldt plast er over 100MPa, filmen af isophthalic polyimid (Kapton) er 250MPa, og filmen af biphenylpolyimid (UPILEX-S) når 530MPa. Som ingeniørplast er den elastiske modul normalt 3 ~ 4GPa. Russiske lærde rapporterede, at styrken af fibre, der er spundet fra copolymeriseret polyimid, kan nå 5,1 ~ 6,4GPa, og modulet kan nå 220 ~ 340GPa. I henhold til teoretiske beregninger kan modulet af polyimidfibre syntetiseret fra phthalisk anhydrid og p-phenylendiamin nå 500 GPA, kun andet til carbonfiber.
(5) Hydrolysemodstand
Polyimid er relativt stabil til fortyndet syre, men generelle sorter er ikke meget resistente over for hydrolyse, især alkalisk hydrolyse. Denne tilsyneladende ugunstige egenskab giver polyimid en fantastisk funktion, der er forskellig fra andre højtydende polymerer, det vil sige, at råmaterialerne dianhydrid og diamin kan udvindes ved alkalisk hydrolyse. For Kapto -film kan gendannelsesgraden for eksempel nå 90%. Ændring af strukturen kan også opnå en række, der er ret resistent over for hydrolyse og kan modstå 120 grader, 500 timer kogning. Som andre aromatiske polymerer er polyimid imidlertid ikke resistent over for koncentreret svovlsyre, salpetersyre og halogener.
(6) Syre- og opløsningsmiddelresistens
Polyimid har et bredt opløselighedsspektrum. Afhængig af strukturen er nogle sorter næsten uopløselige i alle organiske opløsningsmidler, mens andre er opløselige i almindelige opløsningsmidler, såsom tetrahydrofuran, acetone, chloroform og endda toluen og methanol. Som andre aromatiske polymerer er polyimid ikke resistent over for koncentreret svovlsyre, salpetersyre og halogener.
(7) Termisk ekspansionskoefficient
Den termiske ekspansionskoefficient for polyimid er mellem 2x 10-5 og 3x 10-5 grad -1, og den for biphenylpolyimid kan nå {5}} grad -1, som er ved biphenylpolyimid kan nå ud til det samme niveau som metaller. Nogle sorter kan endda nå 10-7 grad -1.
(8) Strålingsmodstand
Polyimid har høj strålingsmodstand. Dens film kan stadig opretholde 86% af sin styrke, når den absorberede dosis når 5x107Gy. En polyimidfiber bevarer stadig 90% af sin styrke efter at have bestrålet med 1x108gy elektroner.
(9) Dielektriske egenskaber
Polyimid har meget gode dielektriske egenskaber. Den dielektriske konstant af almindeligt aromatisk polyimid er ca. 3,4. Ved at introducere fluor, store sidegrupper eller luft spredt i polyimid ved nanometerstørrelse kan den dielektriske konstant reduceres til ca. 2,5. Det dielektriske tab er 10-3, den dielektriske styrke er 100 ~ 300 kV/mm, og volumenresistiviteten er 1017Ω · cm. Disse egenskaber kan stadig opretholde et højt niveau over et bredt temperaturområde og frekvensområdet.
(10) Flammehæmmende egenskaber
Selvudvidende egenskab: Polyimid normalt ikke er selvnantit eller understøtter forbrænding, hvilket gør det meget sikkert at bruge i miljøer med høj temperatur; Lav røghastighed: Ved brænding ved høje temperaturer er røghastigheden for polyimid ekstremt lav, hvilket hjælper med at reducere frigivelsen af røg og giftige gasser under brande; Høj resterende carbonhastighed: Efter forbrænding af høj temperatur er den resterende carbonhastighed af polyimid normalt over 50%, hvilket hjælper med at forhindre den yderligere spredning af ild.
(11) Biosikkerhed
Polyimid er ikke-toksisk og kan bruges til at fremstille bordsøj og medicinske instrumenter og kan modstå flere steriliseringer. Nogle polyimider har også god biokompatibilitet. For eksempel er de ikke-hemolytiske i blodkompatibilitetstest og ikke-toksiske i in vitro-cytotoksicitetstest.
4. Polyimid-Anvendelse
Produktbehandlingsmodellen for generel plast og teknisk plast er normalt, at leverandører leverer grundlæggende harpikser, som derefter behandles til forskellige produkter af producenterne for at levere markedet. De fleste PI-relaterede virksomheder kombinerer materialesyntese og produktstøbning og leverer direkte produkter til markedet. PI -produkter kommer i form af film, slurrier, harpikser, fibre, skum, sammensatte materialer osv., Og mangfoldigheden af produkttyper rangerer blandt de øverste polymermaterialer.
Polyimid -markedsstørrelsen forventes at være 5,46 milliarder dollars i 2024 og forventes at nå 7,6 milliarder dollars i 2029 med en sammensat årlig vækstrate på 6,84% i den forventede periode (2024-2029).
