一, Sissejuhatus polüimiidi
Polüimiid (PI) on molekulaarstruktuur, mis sisaldab aromaatsete heterotsükliliste polümeersete ühendite imiidi{0}}põhiseid ahelaid. Praegu on see üks parimaid insenerplastide kuumuskindluse variante, mida kasutatakse laialdaselt lennunduses, kosmosetööstuses, mikroelektroonikas, nano-, vedelkristall-, laser- ja muudes valdkondades.
Viimasel ajal on kõik riigid hõlmanud PI uurimist, arendamist ja kasutamist 21. sajandil, mis on uute keemiliste materjalide väljatöötamise üks fookustest. Tänu oma silmapaistvatele jõudlus- ja sünteesiomadustele on polüimiidil suurepärased kasutusvõimalused, olgu siis konstruktsioonimaterjalina või funktsionaalse materjalina.
Polüimiidi tuntakse polümeermaterjalide püramiidi tipuna, tuntud ka kui "probleemide lahendajana", ja isegi mõned tööstusharu siseringiinimesed usuvad, et "polüimiidil pole tänapäevast mikroelektroonika tehnoloogiat".
2, polüimiidi klassifikatsioon ja kasutamine
Polüimiide saab nende suurepäraste omaduste tõttu kasutada paljudes rakendustes ja neid saab liigitada mitmesugustesse tüüpidesse, sealhulgas tehnilistesse plastidesse, kiududesse, valgustundlikesse polüimiididesse, vahudesse, kattekihtidesse, liimainetesse, kilesse, aerogeelidesse, komposiididesse jne.
Paljude polümeeride hulgas on polüimiid ainus, millel on lai kasutusala ja mis näitab igas neist silmapaistvat jõudlust. Allpool käsitlen iga polüimiidisorti peamisi kasutusviise.
1.Insenerplast
Polüimiidplastil on termoreaktiivne ja termoplast, mida saab jagada polütetrametüleentetrakarbimiidiks (PMMI), polüeeterimiidiks (PEI), polüamiidiks ja imiidiks (PAI) jne, millel on oma kasutusala erinevates valdkondades.
PMMI 1,8 MPa koormuse soojusmoonutustemperatuuriga 360 kraadi, suurepärased elektrilised omadused, saab kasutada täppisosade eritingimustes, kõrge temperatuuriga isemäärevate laagrite, tihendite, puhuri tiivikute jne korral, võib kasutada ka kokkupuutel vedela ammoniaagi klapi osadega, reaktiivmootori kütusevarustussüsteemi osadega.
PEI-l on suurepärased mehaanilised omadused, elektrilised isolatsiooniomadused, kiirguskindlus, kõrge temperatuuritaluvus ja kulumiskindlus, hea sulamisvool, vormimise kokkutõmbumismäär 0,5% kuni 0,7%, saadaval surve- ja ekstrusioonvormimiseks, -järeltöötlus on suhteliselt lihtne, seda saab kasutada ka keevitusmeetodites ja muudes materjalides, mida kombineeritakse elektroonikas, aparatuuris, meditsiiniseadmetes ja muudes elektriseadmetes kasutatud.
PAI tugevus on praeguste mitte-{0}}tugevdatud plastide seas kõrgeim, tõmbetugevus on 190 MPa, paindetugevus 250 MPa ja soojusmoonutustemperatuur 1,8 MPa koormuse all kuni 274 kraadi. PAI-l on hea vastupidavus ablatsioonile ja elektromagnetismile kõrgel temperatuuril ja kõrgel sagedusel ning sellel on head nakkumisomadused metallide ja muude materjalidega, mida kasutatakse peamiselt koopiamasinate hammasrataste, laagrite ja eralduskäppade jms jaoks, samuti saab seda kasutada. Seda kasutatakse peamiselt hammasrataste, laagrite ja konstruktsioonimaterjalide jaoks, mida kasutatakse ka fotokoopiamasinate magnetilisteks materjalideks, jne. lennuki materjalid.
2.Polüimiidkiud
Polüimiidkiud on oluline suure jõudlusega -kiud, selle kõrge temperatuuriga polüimiidkiud on praegu orgaaniliste sünteetiliste kiudude seas üks kõrgema temperatuuriga kiud, mida saab kasutada 250–350 kraadi juures. Aramiid- ja polüfenüleensulfiidkiudude valguskindluse, veeimavuse, kuumakindluse ja muude aspektide poolest on aramiid- ja polüfenüleensulfiidkiudude suure jõudlusega -jõudlusega polüimiidkiudude tugevus võrreldes aramiidiga umbes üks kord suurem kui ühe parima orgaanilise sünteetilise kiu praegune mehaaniline jõudlus. See on mehaaniliste omaduste poolest üks parimaid orgaanilisi sünteetilisi kiude.
Kõrgtehnoloogiliste valdkondade pideva arenguga{0}}on PI-toodete füüsikalised ja keemilised omadused üha nõudlikumad. Traditsioonilised PI-materjalid mehaanikas, termilises ja optilises, elektrilises, magnetilises ja muudes jõudluse aspektides ei ole suutnud vastata materjali erinõuetele kaasaegsetele teadus- ja tehnoloogiavaldkondadele. PI suure jõudlusega-kiududest, millel on suurepärased mehaanilised omadused, kuumusstabiilsus, kiiritus ja muud omadused, saab järgmise põlvkonna suure jõudlusega-kiudude tüüpiline esindaja.
Praegu tegeleb kodumaine PI-kiutööstus peamiselt Asxc, Hipolykingi, Aieplasticsi, Jsshino ja nii edasi. Nende hulgas on Hipolykingist saanud Hiina polüimiidi uurimise, arendamise ja tootmise oluline alus. Täiesti sõltumatute intellektuaalomandi õigustega suure jõudlusega-orgaaniline kiud Jsshino läbis 2016. aastal teaduse ja tehnoloogia saavutuste hindamise ning asus samal ajal juhtpositsioonile riikliku standardi "kõrge-tugevusega ja kõrge{5}mooduliga polüimiidkiud" sõnastamisel aastal 2020.
3. Valgustundlik polüimiid (PSPI)
Valgustundlik polüimiid (PSPI) on polümeerahela klass nii imiiditsüklis kui ka valgustundlikes geenides, millel on suurepärane termiline stabiilsus, head mehaanilised omadused, orgaaniliste materjalide keemilised ja fotograafilised omadused.
PSPI valdkonnas elektroonika, peamiselt fotoresist ja elektroonikapakendite kaks peamist rolli, valgustundliku polüimiidi lisada sensibilisaator, stabilisaator jne saab "polüimiidi fotoresist". Võrreldes traditsioonilise fotoresistiga, kuna polüimiidil endal on head dielektrilised omadused, võib see protsessi oluliselt lühendada ja tootmistõhusust parandada, kui seda kasutatakse ilma valgustõkkeaine töökeskkonna katmiseta.
PSPI tootmistehnoloogiat kontrollivad peamiselt USA ja Jaapani ettevõtted, kellest Toray on positiivsete PSPI toodete turul üks maailma edukamaid ettevõtteid ning selle positiivseid tooteid kasutatakse mikroelektroonika pakendamise, optoelektroonika kapseldamise ja muudes valdkondades.
Tootmistehnoloogia mahajäämuse tõttu piirab Hiina polüimiiditööstus endiselt kiletamist ja muid madala hinnaga{0}}tooteid, et stabiliseerida, valgustundliku polüimiidi tootmine on väiksem, turunõudlus sõltub impordist. 《Made in China 2025 ekspresspoliitika toetamisel on Hiina tööstus-, mehaanika-, elektroonika- ja muud valdkonnad jõudmas kodumaise asendamisetappi, PSPI kodumaised ettevõtted süvenevad jätkuvalt, mõned ettevõtted on tootmistehnoloogia omandanud.
Praegu paigutus PSPI teadus-ja arendustegevuse, tootmise kohalike ettevõtete on Rayitek, MINSEOA Advanced Material, Guofeng New Materials, Dragon{0}}chen jne, tuleviku valdkonnas kodumaise asendamise ruumi.
4.Polüimiidvaht
Polüimiidvaht on teatud tüüpi polüimiidmaterjal, mille töötas esmakordselt välja 1970. aastatel NASA Langley uurimiskeskus koostöös Unitika Americaga ja mida kasutati kosmosesüstikul ning mida kasutatakse nüüd laialdaselt lennukites, laevades, rongides, autodes ja muudes valdkondades. Sellel on leegiaeglustav, kuumuskindel, kerge ja keskkonnasõbralik mitte-toksiline omadus ning seda saab pikka aega kasutada üli-kõrge temperatuuri, ülimadala temperatuuri, kõrge soolapihustuse, tugeva müra, tugeva korrosiooni, tugeva kiirguse ja muude ekstreemsete kasutustingimuste korral.
Polüimiidvahu võib jagada kolme kategooriasse:
Sarnaselt üldisele polüimiidile, vahtmaterjalidele, mille põhiketiks on miid, töötemperatuuriga 300 kraadi või rohkem (PI vaht).
Vahtmaterjalid, milles keskrõngas esineb külgrühmana (PMI vaht).
Nano-vahtmaterjalid, mis on saadud termiliselt ebastabiilsete rasvahela segmentide sisestamisel polüimiidi ja nende kõrgel temperatuuril lõhenemisel.
Vahtpolüimiidmaterjal kuulub täiustatud funktsionaalsete materjalide hulka, seda on üha enam kasutatud lennunduses, ookeanitranspordis, riigikaitses ja mikroelektroonikas ning muudes kõrgtehnoloogilistes valdkondades soojusisolatsiooni, vibratsiooni ja müra vähendamise ning isolatsiooni ja muude oluliste materjalidega{0}}.
PI-vahu olulisim kasutusala on laevade soojusisolatsiooni- ja mürasummutav materjal. PI-vaht kui esimene soojusisolatsiooni- ja mürasummutava materjali valik uutel sõjalaevadel kasvab kiiresti.
PMI vaht on uut tüüpi kõrgmolekulaarse struktuuriga vahtmaterjal, millel on parim terviklik jõudlus, mis on suure -jõudlusega komposiitvahtsüdamikmaterjal, millel on kõrge eritugevus, kõrge erimoodul, kõrge sulgumiskiirus ja kõrge kuumakindlus ning millel on kerge kaal, kõrge tugevus ja kõrge/madala temperatuuritaluvus. Lisaks kasutatakse PMI vahtu kõige suurepärasema struktuurse vahtsüdamiku materjalina laialdaselt ventilaatorilabades, helikopterite labades, lennunduses ja muudes valdkondades ning selle PET-vahu asendamise suundumus on selge ja laia tururuumiga.
PI-vaht on kuuma{0}}kindel, leegiaeglustav-, ei tekita kahjulikke gaase, seda on lihtne paigaldada, kasutatakse laialdaselt soojusisolatsiooni- ja mürasummutavates materjalides. Praegu on USA merevägi kasutanud PI-vahtu soojus- ja heliisolatsioonimaterjalina kõikidel pealveelaevadel ja allveelaevadel ning INSPECi toodetud vahtu SOLIMIDE on kasutanud rohkem kui 15 riiki mereväe laevade soojus- ja heliisolatsioonisüsteemi väljatöötamiseks. Lisaks kasutatakse PI vahtu laialdaselt ka tsiviillaevadel, nagu luksuslikud kruiisilaevad, kiirpaadid ja veeldatud maagaasi laevad.
Sarnaselt PI-vahuga on ka PMI-vahu kasutusala väga lai. PMI-vahu tüüpilised kasutusalad on järgmised:
(1) Struktuurne vahtplastist südamikumaterjal: suurepärane vastupidavus kõrgel temperatuuril{1}}surumisele, nii et seda kasutatakse laialdaselt ventilaatorilabade, lennunduse, kosmosesõidukite, laevade, spordivarustuse, meditsiiniseadmete ja muude valdkondade põhimaterjalina;
(2) Lairibalaine{1}}läbipaistvad materjalid: madala dielektrilise konstanti ja kadude tõttu kasutatakse seda laialdaselt radari-, antenni- ja muudes valdkondades;
(3) soojus- ja heliisolatsioonimaterjalid:{1}}kiirevedurid, rehvid, heli ja nii edasi.
Alates 21. sajandist on Hiinas polüimiidvahu uurimisega seotud üksuste arv märkimisväärselt kasvanud ning tööstus on teinud olulisi tehnoloogilisi läbimurdeid. Praegu on peamised kodumaised polüimiidvahu tootjad Qingdao Ouc, Shkdchem ja Tschina, Zgzts ja AMMT. Nende hulgas on Ningbo Materjalitahnoloogia Instituut ＆ Engineering, CAS ehitanud polüimiidi mikrovahuosakeste pilootseadmed, Qingdao Ouci ja Shkdchemi polüimiidtooted läbisid sõjalise testi.
5. Polüimiidckaeramine
Polüimiidi kasutamine katete valmistamisel on üks selle varasemaid rakendusi ja seda tüüpi aineid kasutatakse peamiselt kattekihtides emaileeritud juhtmete isolatsioonikattena. Emailitud traadi isolatsioonikatted on peamiselt kastetud-kaetud ümartraat, lametraat ja muud tüüpi traadi läbimõõduga paljas vasktraat, legeeritud traat ja klaastraadiga mähitud traadi väliskiht, mis parandavad ja stabiliseerivad emailtraadi väliskihti.
Üks olulisi isolatsioonikatete näitajaid on kuumus{0}}vastupidavusaste, vastavalt 1954. aasta Rahvusvahelise Elektrotehnilise Assotsiatsiooni ICE-85 mootori- ja elektriisolatsioonimaterjalidele termilise stabiilsuse klassifikatsiooni standardite kasutamisel jagatakse isolatsioonimaterjalid seitsmesse kuumakindla klassi.
Tööstustehnoloogia nõuete täitmiseks iseloomustab isolatsioonimaterjalide arendustegevust see, et isolatsioonisüsteem peaks pikaajaliseks tööks taluma 180-200 kraadi kuni kõrgema temperatuurini, kuid ei põhjusta olulist kaalukaotust ja elektrilise tugevuse vähenemist ning säilitab hea elastsuse, niiskuse, osooni, kaarekindluse ja muud omadused. Polüimiidmaterjalid võivad selle kasutuse nõuete täitmiseks olla väga head, F--klassi ja kõrgema kuumuskindla-klassi isolatsioonikatte valmistamiseks, polüimiidi saab kasutada elektromagnetilise juhtme isolatsioonilakina või kasutada kõrge temperatuuriga kattekihtidena.