1.Polyimid-Einführung
Polyimid ist eine Art Hochleistungs-Polymermaterial mit Imidring als strukturelles Merkmal. Die starre molekulare Kettenstruktur verleiht ihm hervorragende mechanische Eigenschaften. Es ist auch ein hochtemperaturbeständiges Polymer. Es kann normalerweise seine wichtigsten physikalischen Eigenschaften für einen kurzen Zeitraum bei 550 Grad beibehalten und kann für eine lange Zeit bei fast 330 Grad verwendet werden. Die Industrialisierung von Polyimidharz hat eine Geschichte von einem halben Jahrhundert. Als Matrix von technischen Kunststoffen und Verbundwerkstoffen hat sie in High-Tech-Bereichen eine wichtige Rolle gespielt.
Polyimid hat eine ausgezeichnete Strahlungswiderstand, Korrosionsbeständigkeit, hohe und niedrige Temperaturwiderstand, chemische Stabilität, mechanische Eigenschaften und dielektrische Eigenschaften. Es ist bekannt als die drei "Hals-Stuck" -Polymermaterialien, die die Entwicklung der High-Tech-Industrie in meinem Land sowie Kohlefaser und Aramidfasern einschränken. Die umfassende Leistung von PI steht an der Spitze der Pyramide von Hochleistungs-Polymermaterial .
2. Entwicklungsgeschichte von PI im In- und Ausland
Die Entwicklung von Polyimid (PI) -Polymeren begann 1908. Bogert und Rebshaw et al. hergestelltes aromatisches PI durch Schmelzpolykondensation, aber seine Verarbeitungsleistung war schlecht und seine Entwicklung und Anwendung waren begrenzt. Erst 1955 beantragte DuPont in den Vereinigten Staaten das erste Patent für die Anwendung von PI. 1961 entwickelte DuPont das aromatische PI -Filmprodukt Kapton® und realisierte offiziell die Industrialisierung von PI. Im Jahr 1964 entwickelte es nacheinander Vespel® Formmaterial und Pyre ML® Lack. 1964 entwickelte die American Petroleum Company PI -Lack für die elektrische Isolierung. 1978 entwickelte UBE Industries, Ltd. (UBE Industries) aus Japan die UPILEX® -Serie von Produkten (Upliex R, Upilex S). Im Jahr 1982 startete die General Electric Company der Vereinigten Staaten das Thermoplastic Pi Product Ultem®. 1984 gründete Kaneka Chemical aus Japan die apikale Filmproduktionslinie. 1994 entwickelten die Japans Mitsui -Chemikalien Aurum®, eine thermoplastische PI -Formmasse. Im frühen 21. Jahrhundert entwickelte Japans Mitsubishi -Gas einen farblosen und transparenten PI -Film. Im Jahr 2005 gründete die Südkoreas SKC eine PI -Filmproduktionslinie und gründete 2008 ein Joint Venture mit Kolon, um sich auf die PI -Filmproduktion zu spezialisieren. Darüber hinaus nehmen deutscher Evonik und belgischer Solvay eine herausragende Position in den Fasern und Beschichtungen ein.
Mein Land begann in den 1960er Jahren die Forschung und Entwicklung von PI, hauptsächlich, um den Bedürfnissen von Isolierfilmen und emaillierten Drahtfarben zu erfüllen. Die frühesten Beteiligten waren einige nationale Forschungsinstitute, darunter das Changchun Institute of Applied Chemistry der chinesischen Akademie der Wissenschaften (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) usw. Das Diphenylether -Dianhydrid/Diphenylether Der Diaminentyp Pi des Shanghai Institute of Resins hat in den Bereichen High-Tech-Industrien und nationale Verteidigungs- und Militärindustrien eine wichtige Rolle gespielt. Das Changchun -Institut für angewandte Chemie verwendete Chlorophthalanhydrid als Rohstoff, um die PI -Synthese zu untersuchen und Erfolg bei der Entwicklung synthetischer Routen und Trennung von Isomeren zu erzielen. In den 1970er Jahren führte die Chengdu University of Science and Technology (jetzt die Universität Sichuan) Forschungen zu Bismsaleimide durch, die auf dem Gebiet der Isoliermaterialien weit verbreitet war.
Zu Beginn des 21. Jahrhunderts waren viele Universitäten, Forschungsinstitute und private Unternehmen an der PI -Forschung und -entwicklung beteiligt. Im Jahr 2001 testete die Taiwan Damai Technology die erste PI -Filmproduktionslinie. Im Jahr 2010 bestand Ruihuatai PI Filmproduktionslinie die Akzeptanz und war der erste Hochleistungs-PI-Filmprofi-Hersteller auf dem chinesischen Festland, der die unabhängige Kerntechnologie beherrscht. Seitdem sind eine große Anzahl von PI -Film-, Faser-, Aufschlämmungs- und anderen Produktionsfirmen entstanden. In den letzten Jahren haben sich große staatliche Unternehmen wie die China National Petroleum Corporation und Sinopec mit der Verstärkung von Handelsstreitigkeiten mit chinesischem US Entwicklungsmuster.
3.
PI ist ein heterocyclisches Polymer, das eine Imidgruppe (-r-co-nh-c-r'-) im Molekül enthält, und ist eine der Polymersorten mit bisher höchster umfassender Leistung. PI hat einen hohen Temperaturwiderstand (thermische Zersetzungstemperatur größer oder gleich 5 0 0 Grad) und niedriger Temperaturwiderstand (niedrig wie -269 Grad) und die langfristige Nutzungstemperatur Bereich erreicht -200 ~ 3 {0 0 Grad; Der thermische Expansionskoeffizient ist nur 10-5 ~ 10-7 Grad -1; Die Dielektrizitätskonstante beträgt 4,0 bei 1000 Hz, der dielektrische Verlust beträgt nur 0,004 ~ 0,007 und der Volumenwiderstand 105 Ω · m, was zur F ~ h -Isolierung gehört; Die Zugfestigkeit beträgt 100 ~ 400 MPa, und der elastische Fasermodul kann theoretisch 500 GPa erreichen, zweits nur zu Kohlefaser (700 GPa); Darüber hinaus hat es die Vorteile von Strahlungsbeständigkeit, Flammenhemmung und Selbstauslöser und Biokompatibilität. Die umfassende Leistung von PI steht an der Spitze der Pyramide von Hochleistungs-Polymermaterialien.
Pyramide mit Hochleistungspolymermaterial
Die einzigartigen Eigenschaften von Polyimid können wie folgt zusammengefasst werden:
(1) Temperaturtemperatur thermische Zersetzung
Bei vollständig aromatischer Polyimid beträgt die anfängliche Zersetzungstemperatur nach der thermogravimetrischen Analyse im Allgemeinen bei 500 Grad. Die aus Biphenyldianhydrid und p-Phenylendiamin synthetisierte thermische Zersetzungstemperatur von Polyimid erreicht 600 Grad, was eines der Polymere mit der höchsten thermischen Stabilität ist.
(2) Hochtemperaturwiderstand
Hochtemperaturwiderstand erreicht über 400 Grad und der Temperaturbereich der Langzeitnutzung beträgt -200 bis 300 Grad, ohne offensichtlichen Schmelzpunkt.
(3) extremer Tieftemperaturwiderstand
Es kann extrem niedrigen Temperaturen standhalten, wie z. B. flüssiger Wasserstoff bei einer absoluten Temperatur von 4K (-269 Grad) ohne spröde Fraktur.
(4) Mechanische Eigenschaften
Die Zugfestigkeit von ungefüllten Kunststoffen liegt über 100 MPa, der Film von isophthalem Polyimid (Kapton) beträgt 250 mPa, und der Film von Biphenyl Polyimid (Upilex-S) erreicht 530 mPa. Als technischer Kunststoff beträgt der Elastizitätsmodul normalerweise 3 ~ 4GPa. Russische Gelehrte berichteten, dass die Stärke der Fasern, die aus dem kopolymerisierten Polyimid gedreht wurden, 5,1 ~ 6,4 gpa erreichen können und der Modul 220 ~ 340 GPA erreichen kann. Nach theoretischen Berechnungen können der Modul von Polyimidfasern aus phthalem Anhydrid und p-Phenylendiamin 500 GPa erreichen, der nur nach Kohlenstofffaser an zweiter Stelle stehen.
(5) Hydrolyseresistenz
Polyimid ist relativ stabil, um die Säure verdünnt zu haben, aber allgemeine Sorten sind nicht sehr resistent gegen die Hydrolyse, insbesondere die alkalische Hydrolyse. Diese scheinbar nachteilige Eigenschaft verleiht Polyimid ein großartiges Merkmal, das sich von anderen Hochleistungspolymeren unterscheidet, dh der Rohstoffe Dianhydrid und Diamin können durch alkalische Hydrolyse gewonnen werden. Zum Beispiel kann die Wiederherstellungsrate für den Kapto -Film 90%erreichen. Das Ändern der Struktur kann auch eine Sorte erhalten, die gegen Hydrolyse resistent ist und 120 Grad und 500 -Stunden -Kochen standhalten kann. Wie andere aromatische Polymere ist Polyimid jedoch nicht gegen konzentrierte Schwefelsäure, Salpetersäure und Halogene resistent.
(6) Säure- und Lösungsmittelresistenz
Polyimid hat ein breites Löslichkeitsspektrum. Abhängig von der Struktur sind einige Sorten in allen organischen Lösungsmitteln fast unlöslich, während andere in gemeinsamen Lösungsmitteln wie Tetrahydrofuran, Aceton, Chloroform und sogar Toluol und Methanol löslich sind. Wie andere aromatische Polymere ist Polyimid nicht gegen konzentrierte Schwefelsäure, Salpetersäure und Halogene resistent.
(7) Wärmeleiterkoeffizient
Der thermische Expansionskoeffizient von Polyimid liegt zwischen 2x 10-5 und 3x 10-5 Grad -1, und der von Biphenyl -Polyimid kann 10-6 Grad -1 erreichen, der bei AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT ist Das gleiche Niveau wie Metalle. Einige Sorten können sogar 10-7 Grad -1 erreichen.
(8) Strahlungswiderstand
Polyimid hat einen hohen Strahlungswiderstand. Sein Film kann immer noch 86% seiner Stärke beibehalten, wenn die absorbierte Dosis 5x107gy erreicht. Eine Polyimidfaser hält nach der Bestrahlung von 1x108Gy -Elektronen immer noch 90% seiner Festigkeit bei.
(9) Dielektrische Eigenschaften
Polyimid hat sehr gute dielektrische Eigenschaften. Die dielektrische Konstante des gewöhnlichen aromatischen Polyimids beträgt etwa 3,4. Durch Einführung von Fluor, großen Seitengruppen oder in Polyimid dispergiertem Luft in Nanometergröße kann die Dielektrizitätskonstante auf etwa 2,5 reduziert werden. Der dielektrische Verlust beträgt 10-3, die dielektrische Stärke beträgt 100 ~ 300 kV/mm und der Volumenwiderstand 1017 Ω · cm. Diese Eigenschaften können immer noch einen hohen Niveau über einen weiten Temperaturbereich und einen Frequenzbereich aufrechterhalten.
(10) Flammhemmende Eigenschaften
Selbsterlebende Eigenschaft: Polyimid enthält normalerweise keine Verbrennung oder unterstützt es, was es sehr sicher ist, in Hochtemperaturumgebungen zu verwenden. Niedrige Rauchrate: Beim Verbrennen bei hohen Temperaturen ist die Rauchrate von Polyimid extrem niedrig, was dazu beiträgt, die Freisetzung von Rauch und giftigen Gasen während der Brände zu verringern. Hohe Restkohlenstoffrate: Nach einer Hochtemperaturverbrennung liegt die restliche Kohlenstoffrate von Polyimid normalerweise über 50%, was dazu beiträgt, die weitere Ausbreitung des Feuers zu verhindern.
(11) Biossicherheit
Polyimid ist ungiftig und kann verwendet werden, um Tabellengeschirr und medizinische Instrumente zu erstellen, und kann mehreren Sterilisationen standhalten. Einige Polyimide haben auch eine gute Biokompatibilität. Beispielsweise sind sie in Blutkompatibilitätstests nicht-hämolytisch und in In-vitro-Zytotoxizitätstests nicht toxisch.
4. Polyimid-Anwendung
Das Produktverarbeitungsmodell allgemeiner Kunststoffe und technischer Kunststoffe besteht in der Regel darin, dass Lieferanten grundlegende Harze bereitstellen, die dann von Herstellern in verschiedene Produkte verarbeitet werden, um den Markt zu liefern. Die meisten PI-bezogenen Unternehmen kombinieren die Materialsynthese und die Produktform und stellen Produkte direkt auf den Markt. PI -Produkte sind in Form von Filmen, Schlämmen, Harzen, Fasern, Schäumen, Verbundwerkstoffen usw. und der Vielfalt der Produkttypen zu den obersten Polymermaterialien gehören.
Die Polyimid -Marktgröße wird voraussichtlich im Jahr 2024 5,46 Milliarden US -Dollar betragen und bis 2029 voraussichtlich 7,6 Milliarden US -Dollar erreichen, wobei während des Prognosezeitraums eine zusammengesetzte jährliche Wachstumsrate von 6,84% ({{}}).
