Polyimid verfügt über eine extrem hohe Hitzebeständigkeit, Beständigkeit gegen extrem niedrige Temperaturen und eine gute Dimensionsstabilität.
Was ist Polyimid?
Polyimid (PI) ist ein Polymermaterial mit hoher Hitzebeständigkeit, das in den 1950er Jahren entwickelt wurde. Es handelt sich im Allgemeinen um ein Polymer, dessen Hauptkette einen Imidring (—CO—NH—CO—) enthält.
Leistungsmerkmale
Da die Polyimidstruktur sehr stabile aromatische heterozyklische Ringe enthält, verfügt sie über viele hervorragende Eigenschaften:
1. Hitzebeständigkeit:
Polyimid ist extrem hitzebeständig. Die thermogravimetrische TGA-Analyse zeigt, dass die Zersetzungstemperatur von Polyimid 500–600 °C erreichen kann. Es ist in diesem Stadium eines der stabilsten Polymere.
2. Niedrige Temperaturbeständigkeit
Polyimidmaterial ist extrem temperaturbeständig. Selbst bei extrem niedrigen Temperaturen in flüssigem Stickstoff wird es nicht spröde und behält eine gewisse mechanische Festigkeit.
3. Gute mechanische Eigenschaften:
Die Zugfestigkeit von Homophenylenpolyimidfolien (Kapton) beträgt 170 MPa und der Zugmodul 3,0 GPa, während die Zugfestigkeit von Biphenylpolyimid (Upilex) 400 MPa erreicht und der Zugmodul 3 bis 4 GPa beträgt und nach Verstärkung über 200 GPa liegen kann.
4. Gute Dimensionsstabilität:
Polyimidmaterial hat einen extrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Der Wärmeausdehnungskoeffizient beträgt in der Regel 2 × 105 bis 3 × 10-5/°C. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Biphenylpolyimid beträgt 1 × 10-6/°C. Die Wärmeausdehnung einzelner Produkte kann 1 × 10-7/°C betragen und liegt damit nahe am Wärmeausdehnungskoeffizienten von Metall. Gerade aufgrund dieses niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten findet PI breite Anwendung bei der Herstellung flexibler Leiterplatten.
5. Gute dielektrische und isolierende Eigenschaften:
Die Dielektrizitätskonstante von Polyimidmaterialien liegt üblicherweise zwischen 3,0 und 3,6. Durch die Zugabe von Fluoratomen oder die Dispersion von nanometergroßer Luft kann die Dielektrizitätskonstante auf 2,5 bis 2,7 oder sogar noch niedriger gesenkt werden. Der dielektrische Verlust beträgt etwa 1 × 10-3, die Durchschlagsfestigkeit 100 bis 300 kV/mm und der Volumenwiderstand 1 × 1017 Ω.cm. Dieses Polyimid mit niedriger Dielektrizitätskonstante eignet sich hervorragend für den Einsatz als Verpackungs- und Isoliermaterial in der Mikroelektronik.
6.Gute Strahlungsbeständigkeit:
Polyimidmaterialien sind bei hohen Temperaturen, Hochvakuum und Bestrahlung stabil und weisen einen geringen Anteil flüchtiger Bestandteile auf.
7. Gute chemische Stabilität:
Polyimid ist üblicherweise in gängigen organischen Lösungsmitteln unlöslich, und lösliches Polyimid ist nur in bestimmten polaren organischen Lösungsmitteln löslich. Wie andere aromatische Polymere ist Polyimid jedoch nicht beständig gegen konzentrierte Schwefelsäure und konzentrierte Salpetersäure sowie Halogene. Polyimid weist eine hohe Hydrolysebeständigkeit gegenüber verdünnten Säuren und eine hohe Stabilität gegenüber Oxidations- und Reduktionsmitteln auf, insbesondere bei hohen Temperaturen. Allgemeine Sorten sind jedoch nicht beständig gegen Hydrolyse, insbesondere alkalische Hydrolyse.
8. Gute Flammhemmung:
Polyimid ist ein selbstverlöschendes Polymer mit sehr geringer Rauchentwicklung. Der Kohlenstoffrückstandsanteil nach Hochtemperaturverbrennung liegt oft über 50 %. Es ist ein gutes Wärme- und Flammschutzmittel.
9. Ungiftig und biokompatibel:
Polyimide sind ungiftig und teilweise auch sehr biokompatibel. Polyimid kann zur Herstellung von Geschirr und medizinischen Geräten verwendet werden und hält Tausenden von Sterilisationen stand.
10.Polyimid hat auch seine Nachteile:
Herkömmliches Polyimid ist unschmelzbar und schwer zu verarbeiten. Der Film ist hart, spröde und weist eine geringe Festigkeit auf. In der Mikroelektronikindustrie weist es einen schlechten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. In der optischen Kommunikationsindustrie weist es eine schlechte Transparenz auf; gleichzeitig ist die Haftung nicht sehr gut.
Polyimid-Synthesemethode
Die Synthesemethoden für Polyimid lassen sich in zwei Kategorien unterteilen. Bei der ersten Methode wird während des Polymerisationsprozesses oder in einer makromolekularen Reaktion ein Imidring gebildet; bei der zweiten Methode wird Polyimid aus Monomeren synthetisiert, die Imidringe enthalten.
Die erste Art von Syntheseverfahren umfasst hauptsächlich: die Reaktion von Dianhydrid und Diamin zu Polyimid; die Reaktion von vierbasischer Säure und Diamin zu Polyimid; die Reaktion von zweibasischen Estern von vierbasischer Säure und Diamin. Polyimid usw. werden durch die Reaktion von Dianhydrid und Diisocyanat gewonnen.
Bei der zweiten Art von Syntheseverfahren wurden fast alle üblichen Kondensationspolymerisationsreaktionen verwendet, um verschiedene Polymere mit Imidringen aus Monomeren mit Imidringen zu synthetisieren, wie etwa Polyesterimid, Polyamidamidimid, Polycarbonatimid, Polyurethanimid usw.
Polyimid-Typ
Polyimide lassen sich nach der chemischen Struktur der Wiederholungseinheiten in drei Typen unterteilen: aliphatische, teilaromatische und aromatische Polyimide. Nach den thermischen Eigenschaften lassen sie sich in zwei Typen unterteilen: thermoplastische (einschließlich echter Thermoplaste und Pseudothermoplaste) und duroplastische.
Thermoplastisches Polyimid kann beim Erhitzen fließen und sich verformen und behält nach dem Abkühlen seine Form. Innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs kann es durch Erhitzen wiederholt erweicht und durch Abkühlen gehärtet werden. Etheranhydrid-Polyimide, die durch die Reaktion von Diphenylethertetracarbonsäureanhydrid mit aromatischen Diaminen gewonnen werden, gehören zu dieser Kategorie und können bei 390 °C mehrfach verformt werden.
Duroplastisches Polyimid kann beim ersten Erhitzen weich werden und fließen. Beim Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur tritt eine chemische Reaktion ein – die Vernetzung verfestigt sich und härtet aus. Diese Veränderung ist irreversibel. Danach kann es beim erneuten Erhitzen nicht mehr weich werden und fließen.
Duroplastisches Polyimid besteht üblicherweise aus niedermolekularem Polyimid oder Polyamidsäure mit ungesättigten Endgruppen und wird bei Verwendung über die ungesättigten Endgruppen polymerisiert. Je nach Endverkappungsmittel und Syntheseverfahren werden sie hauptsächlich in Bismaleimidharz, PMR-Polyimidharz, pheninylterminiertes Polyimidharz und asymmetrisches Dianhydrid-basiertes Polyimidharz, Iminharz, lösliches Polyimidharz nach Imidisierung und ethinylterminiertes Polyimidharz unterteilt.
