Полиимиды

Имидная группа, давшая название полиимиду

Полиимиды ( аббревиатура PI ) - это пластмассы , наиболее важной структурной особенностью которых является имидная группа . К ним относятся полисукцинимид (PSI), полибисмалеимид (PBMI), полиимидсульфон (PISO) и полиметакрилимид (PMI).

Полиимиды, которые содержат дополнительные структурные элементы, такие как сложноэфирные группы, амидные группы и т. Д., Образуют свои собственные группы веществ, такие как полиэфиримиды (PEI), полиамидимиды (PAI).

Производство

Есть несколько методов изготовления полиимидов, в том числе:

Общие диангидриды включают Пиромеллитовый диангидрид , диангидрид тетракарбоновой бензохинона и диангидрид нафталинтетракарбоновой кислоты . Общие диаминами являются 4,4'-диаминодифениловый эфир ( "DAPE"), 4,4'-диаминодифенил сульфон ( Дапсон ), м- фенилендиамин ( "MDA") и 3,3-диаминодифенилметан.

Поликонденсация между диангидридами тетракарбоновых кислот и диаминами осуществляется в двухстадийном процессе, в котором сначала образуется полиамидокарбоновая кислота ( 2 ), а на второй стадии она только конденсируется до полиимида ( 3 ). Причина этого в том, что большинство коммерческих продуктов содержат ароматические строительные блоки в полимерной цепи, и такие продукты больше не могут обрабатываться в жидкой форме после конденсации до имида (из-за их нерастворимости и чрезвычайно высоких или отсутствующих точек плавления). На следующей схеме показана процедура:

Формирование полиимида (схема) V1.png

Ангидрид ( 1 ) реагирует с диамином в безводном полярном растворителе, таком как N- метил-2-пирролидон (NMP) или диметилформамид (DMF), с образованием полиамидокарбоновой кислоты ( 2 ). Полученный таким образом раствор можно заливать или наносить в виде лака. После испарения растворителя и применения высоких температур (эмалирование) происходит превращение в готовый полиимид ( 3 ) с удалением воды . Типичное применение - эмалированная изоляция проводов . Поскольку полиамидокарбоновые кислоты являются довольно коррозионными, а процесс часто требует времени для пользователя, делается попытка по возможности отдать предпочтение стадии образования имида в жидких продуктах. Фоточувствительные полиимиды для печатных схем и т. Д. Могут быть получены путем этерификации кислотных групп в (B) метакриловой кислотой через гликоли . Их можно исправить путем экспонирования, необлученные участки можно снова растворить, а закрепленный материал затем термически превратить в полиимид.

Свойства и использование

Полиимидная пленка на разъемах micro HDMI Raspberry Pi 4B
Термопрокладки из каптоновой фольги толщиной около 0,05 мм.
Рулон каптоновой ленты

Чисто ароматические полиимиды часто не плавятся и обладают высокой химической стойкостью (также ко многим растворителям). Полиимид, растворенный в растворителях DMF , DMAc или NMP , подходит для использования в качестве покрывающего агента . Полиимиды используются в электротехнике / электронике из-за их термостойкости, низкого газовыделения, радиационной стойкости и изоляционных свойств в виде светло-коричневых полупрозрачных пленок . Возможны высокие температуры непрерывного использования до 230 ° C и кратковременно до 400 ° C. Профили собственности можно найти в информации о дилерах и производителях.

Полиимиды используются, в частности, для особенно тонкой, но очень стабильной лаковой изоляции электрических линий. для экономии веса в авиационной технике. Из-за своей малой толщины по сравнению с проводником такая изоляция чувствительна к механическим нагрузкам независимо от материала (см. Также отслеживание дуги ).

Для генерации рентгеновских лучей полиимиды используются как универсальные, стабильные и недорогие материалы для рентгеновских окон. Предпосылками для этого являются их термическая стабильность и высокий коэффициент пропускания рентгеновского света. Если также требуется высокий уровень поглощения и отражения для света в видимом диапазоне, обычно используется бериллий .

Полиимидные пленки также используются в обратном осмосе в качестве селективно проницаемых мембран - например, при диализе или опреснении морской воды.

Конструкционные детали и полуфабрикаты из полиимида производятся из полиимидного порошка с использованием методов спекания, таких как горячее прессование , прямое формование или изостатическое прессование . Из-за требуемой высокой механической прочности даже при высоких температурах втулки, подшипники, направляющие и уплотнительные кольца из PI используются в термически требовательных приложениях. Трибологические свойства могут быть специально улучшены, в частности, за счет использования твердых смазочных материалов, таких как графит, дисульфид молибдена или ПТФЭ.

Полиимидные волокна, которые относятся к группе полигетероциклических волокон, не обладают какими-либо выдающимися физико-механическими свойствами, но при значении LOI 38 они характеризуются неплавкостью, высокой термической стабильностью и огнестойкостью. На практике можно достичь температуры непрерывного использования до 260 ° C и пиковых температур до 300 ° C. Этот тип волокна устойчив к обычным органическим растворителям и кислотам. Есть оговорки для использования в щелочных средах. Волокна PI особенно подходят в качестве микроволокон (тонина 0,6 и 1,0 дтекс ) в иглопробивных нетканых материалах для фильтров при фильтрации горячего газа . Мелкая пыль отделяется от выхлопных газов угольных электростанций, мусоросжигательных заводов или цементных заводов при температурах выхлопных газов от 160 ° C до 260 ° C, для которых также важно многолепестковое поперечное сечение волокон. Также известны применения в огнестойкой защитной одежде, плетеных уплотнительных упаковках и синтетических бумажных полотнах для прессованных плит, поскольку из материала волокна ПИ можно производить гофрированные штапельные волокна, филаментные нити и фибриды.

Для складного смартфона Galaxy X1 от Samsung Electronics, запланированного на 2018 год , будет использована полиимидная пленка южнокорейской компании Kolon Industries. Kolon Industries была первой компанией в мире, которая произвела бесцветную полиимидную пленку.

Торговые наименования

Хорошо известным торговым наименованием полиимидных пленок, которые в основном используются для дальнейшего использования в электротехнической промышленности, является Kapton от DuPont . Согласно EN 62368-1 , напряженность электрического поля пробоя составляет 303 кВ / мм, и поэтому это материал с самой высокой напряженностью поля пробоя в Таблице 21 настоящего стандарта.

Другие известные бренды:

литература

Индивидуальные доказательства

  1. ^ Цви Раппопорт: Химия анилинов. John Wiley & Sons, 2007, ISBN 978-0-470-87172-0 , p. 773 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google).
  2. ^ Уолтер У. Райт и Майкл Холден-Аббертон "Полиимиды" в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a21_253
  3. ↑ Азбука лаковой и синтетической изоляции для электротехники . Под редакцией BASF Colours + Fibers AG / Beck Elektro-Isolersysteme, 1974, 2-е издание.
  4. ↑ П. Мюленброк: Применение эмалированных проводов (PDF; 276 kB), 11-я специализированная конференция по системам электроизоляции, 2004 г.
  5. ↑ Патент DE69705048 : Полиимидные смеси. Подана 19 августа 1997 г. , опубликована 15 ноября 2001 г. , заявитель: DuPont , изобретатель: Сойер Блум. ‌
  6. ↑ Патент DE69702867 : Способ производства литьевых композиций на основе полиимидных смол и формованных изделий. Подана 21 ноября 1997 г. , опубликована 18 января 2001 г. , заявитель: DuPont, изобретатель: Мурео Каку. ‌
  7. ↑ Crystec Technology Trading GmbH: упрочняющий полиимид, светочувствительный и нефоточувствительный полиимид .
  8. ↑ Leiton: Гибкие печатные платы .
  9. ↑ Quick-ohm: Каптоновая изоляционная пленка (полиимид) .
  10. ↑ Müller-Ahlhorn: Kapton ( Памятка с оригинала от 9 февраля 2010 г. в Интернет-архиве ) Информация: ссылка на архив вставлена ​​автоматически и еще не проверена. Пожалуйста, проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. @ 1@ 2Шаблон: Webachiv / IABot / www.mueller-ahlhorn.com
  11. ↑ Multi-CB: Гибкие печатные платы: полиимид со стандартной слоистой структурой .
  12. ^ Вальтер Лой: Химические волокна для технических текстильных изделий. 2-е, принципиально переработанное и дополненное издание. Deutscher Fachverlag, Франкфурт-на-Майне, 2008 г., ISBN 978-3-86641-197-5 , стр.109.
  13. ↑ Майкл Келлер: Galaxy X1: выйдет, вероятно, не раньше начала 2018 года. В: curved.de. 12 января, 2017. Проверено 23 января, 2017 .
  14. ↑ EN 62368-1: 2014 + AC: 2015: Таблица 21 - Напряженность электрического поля E P для некоторых широко используемых материалов