Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Полимерлер класы. Полимид (кейде PI деп қысқартылады) – имид тобын қамтитын, жоғары өнімділік пластмассалар класына жататын полимер. Жоғары жылуға төзімділігінің арқасында полиимидтер, жоғары температурада жұмыс істейтін отын жасу элементтері, дисплейлер және түрлі әскери мақсаттар сияқты берік органикалық материалдарды қажет ететін салаларда кеңінен қолданылады. Каптон – классикалық полиимид, ол пиромеллит диангидриді мен 4,4'-оксидианилиннің конденсациялануы арқылы өндіріледі.
Class of polymers
Polyimide (sometimes abbreviated PI) is a polymer containing imide groups belonging to the class of high performance plastics. With their high heat resistance, polyimides enjoy diverse applications in roles demanding rugged organic materials, such as high temperature fuel cells, displays, and various military roles. A classic polyimide is Kapton, which is produced by condensation of pyromellitic dianhydride and 4,4' oxydianiline.
Тарих
Алғашқы полиимидті 1908 жылы Богарт пен Реншоу ашты. Олар 4 аминофталик ангидридінің қыздырғанда ерімейтінін, бірақ жоғары молекулалық салмақты полиимид пайда болғанда су шығаратынын анықтады. Бірінші жартылай алифатты полиимидті Эдвард пен Робинсон диаминдер мен тетрақышқылдар немесе диаминдер мен диақышқылдар/диэстерлерді балқыту арқылы синтездеді. Дегенмен, коммерциялық тұрғыдан маңызды алғашқы полиимид – Каптон 1950 жылдары Dupont компаниясының қызметкерлерімен жасалды. Олар жоғары молекулалық салмақты полиимидті синтездеудің табысты жолын, ерігіш полимерлік прекурсорды пайдалана отырып, жасады. Бүгінгі күнге дейін бұл әдіс көптеген полимидтерді өндірудің басты жолы болып табылады. Полимидтер 1955 жылдан бері жаппай өндірісте. Полимидтер саласы туралы көптеген ауқымды кітаптар мен шолу мақалалары жарық көрген.
The first polyimide was discovered in 1908 by Bogart and Renshaw. They found that 4 amino phthalic anhydride does not melt when heated but does release water upon the formation of a high molecular weight polyimide. The first semialiphatic polyimide was prepared by Edward and Robinson by melt fusion of diamines and tetra acids or diamines and diacids/diester. However, the first polyimide of significant commercial importance Kapton was pioneered in the 1950s by workers at Dupont who developed a successful route for synthesis of high molecular weight polyimide involving a soluble polymer precursor. Up to today this route continues being the primary route for the production of most polyimides. Polyimides have been in mass production since 1955. The field of polyimides is covered by various extensive books and review articles.
Талдау
Имидалау реакциясын инфрақызыл спектроскопия арқылы қадағалауға болады. Реакция барысында ИЖ спектрі полиамид қышқылының 3400-2700 см−1 (OH тозуы), ~1720 және 1660 (амид C=O) және ~1535 см−1 (C N тозуы) сіңіру жолақтарының жоғалуымен сипатталады. Сонымен қатар, ~1780 (C=O асимметриялық тозуы), ~1720 (C=O симметриялық тозуы), ~1360 (C N тозуы) және ~1160 және 745 см−1 (имид сақинасының деформациясы) шамасындағы ерекше имид жолақтарының пайда болуын байқауға болады. Полиимид, көмірленген полиимид және графиттелген полиимидтің егжей-тегжейлі талдаулары жарияланған.
The imidization reaction can be followed via IR spectroscopy. The IR spectrum is characterized during the reaction by the disappearance of absorption bands of the poly(amic acid) at 3400 to 2700 cm−1 (OH stretch), ~1720 and 1660 (amide C=O) and ~1535 cm−1 (C N stretch). At the same time, the appearance of the characteristic imide bands can be observed, at ~1780 (C=O asymm), ~1720 (C=O symm), ~1360 (C N stretch) and ~1160 and 745 cm−1 (imide ring deformation). Detailed analyses of polyimide and carbonized polyimide and graphitized polyimide have been reported.
Қасиеттері
Терморезистентті полиимидтер жылу тұрақтылығымен, жақсы химиялық төзімділігімен, тамаша механикалық қасиеттерімен және ерекше қызғылт сары/сары түсімен белгілі. Графит немесе шыны талшықтарымен күшейтілген полиимидтердің иілу беріктігі дейін, ал терморезистентті полимерлік матрицалы полиимидтердің иілу модулі өте төмен сырғанақтыққа және жоғары созу беріктігіне ие. Бұл қасиеттер үздіксіз пайдалану кезінде 232 °C (450 °F) дейін, ал қысқа мерзімдік қолдануда 704 °C (1299 °F) дейін температурада сақталады. Қалыпталған полиимид бөлшектері мен ламинаттар өте жақсы жылуға төзімділікке ие. Мұндай бөлшектер мен ламинаттардың қалыпты жұмыс температурасы криогендік температурадан бастап 260 °C (500 °F) асып түсетін температураларға дейін ауыспалы. Полиимидтер сонымен қатар отқа жануға қарсы табиғи төзімділікке ие және оларды отты баяулатушы заттармен араластырудың қажеті жоқ. Көбінесе VTM 0 UL классына ие. Полиимид ламинаттарының 249 °C (480 °F) температурадағы иілу беріктігінің жартылай өмірі 400 сағатты құрайды. Типикалық полиимид бөлшектеріне көмірсутектер, эфирлер, спирттер және фреондар сияқты кеңінен қолданылатын еріткіштер мен майлардың әсері тимейді. Олар сондай-ақ әлсіз қышқылдарға төзімді, бірақ сілтілер немесе минералды қышқылдар бар ортада қолдануға ұсынылмайды. CP1 және CORIN XLS сияқты кейбір полиимидтер еріткіште ериді және жоғары оптикалық айқындыққа ие. Олардың ерігіштік қасиеттері оларды шашыратып себу және төмен температурада бекітуге ыңғайлы етеді.
Thermosetting polyimides are known for thermal stability, good chemical resistance, excellent mechanical properties, and characteristic orange/yellow color. Polyimides compounded with graphite or glass fiber reinforcements have flexural strengths of up to and flexural moduli of Thermoset polymer matrix polyimides exhibit very low creep and high tensile strength. These properties are maintained during continuous use to temperatures of up to 232 °C (450 °F) and for short excursions, as high as 704 °C (1299 °F). Molded polyimide parts and laminates have very good heat resistance. Normal operating temperatures for such parts and laminates range from cryogenic to those exceeding 260 °C (500 °F). Polyimides are also inherently resistant to flame combustion and do not usually need to be mixed with flame retardants. Most carry a UL rating of VTM 0. Polyimide laminates have a flexural strength half life at 249 °C (480 °F) of 400 hours. Typical polyimide parts are not affected by commonly used solvents and oils – including hydrocarbons, esters, ethers, alcohols and freons. They also resist weak acids but are not recommended for use in environments that contain alkalis or inorganic acids. Some polyimides, such as CP1 and CORIN XLS, are solvent soluble and exhibit high optical clarity. The solubility properties lend them towards spray and low temperature cure applications.
Изоляциялық және пассивтеу пленкалары
Полиимид материалдары жеңіл, икемді, жылуға және химиялық заттарға төзімді. Сондықтан олар электроника өнеркәсібінде иілгіш кабельдер үшін және магнит сымдарына оқшаулағыш пленка ретінде қолданылады. Мысалы, ноутбук компьютерінде негізгі логикалық тақтаны дисплейге жалғайтын (ноутбук ашылған немесе жабылған сайын иілуі тиіс) кабель көбінесе мыс өткізгіштері бар полиимид негізінен тұрады. Полиимид пленкаларының мысалдары: Apical, Kapton, UPILEX, VTEC PI, Norton TH және Kaptrex. Полиимид медициналық немесе жоғары температуралық қолданыстар үшін оптикалық талшықтарды қаптау үшін қолданылады. Полиимид шайырдың тағы бір қолданылуы – интегралды схемалар мен МЭМС чиптерін өндіруде оқшаулағыш және пассивтеу қабаты ретінде пайдалану. Полиимид қабаттарының жақсы механикалық созылуы және керілуге төзімділігі, полиимид қабаттарының арасындағы немесе полиимид қабаты мен жабыстырылған металл қабатының арасындағы жабысуға көмектеседі. Алтын пленка мен полиимид пленкасы арасындағы минималды өзара әрекеттесу, полиимид пленкасының жоғары температуралық тұрақтылығымен бірігіп, түрлі қоршаған орталық кернеулерге ұшырағанда сенімді оқшаулауды қамтамасыз ететін жүйе құрайды. Полиимид сонымен қатар ұялы телефон антенналарының негізі ретінде қолданылады. Ғарыш кемелерінде қолданылатын көп қабатты оқшаулау әдетте алюминий, күміс, алтын немесе германийдің жұқа қабаттарымен қапталған полиимидтен жасалады. Ғарыш кемелерінің сыртында көрінетін алтын түсті материал көбінесе бір қабатты алюминийленген полиимид болып табылады, алюминийдің жұқа қабаты ішкі бетке қаратылады. Сары-қоңыр полиимид бетке алтын түс береді.
Polyimide materials are lightweight, flexible, resistant to heat and chemicals. Therefore, they are used in the electronics industry for flexible cables and as an insulating film on magnet wire. For example, in a laptop computer, the cable that connects the main logic board to the display (which must flex every time the laptop is opened or closed) is often a polyimide base with copper conductors. Examples of polyimide films include Apical, Kapton, UPILEX, VTEC PI, Norton TH and Kaptrex. Polyimide is used to coat optical fibers for medical or high temperature applications. An additional use of polyimide resin is as an insulating and passivation layer in the manufacture of Integrated circuits and MEMS chips. The polyimide layers have good mechanical elongation and tensile strength, which also helps the adhesion between the polyimide layers or between polyimide layer and deposited metal layer. The minimum interaction between the gold film and the polyimide film, coupled with high temperature stability of the polyimide film, results in a system that provides reliable insulation when subjected to various types of environmental stresses. Polyimide is also used as a substrate for cellphone antennas. Multi layer insulation used on spacecraft is usually made of polyimide coated with thin layers of aluminum, silver, gold, or germanium. The gold colored material often seen on the outside of spacecraft is typically actually single aluminized polyimide, with the single layer of aluminum facing in. The yellowish brown polyimide gives the surface its gold like color.
Механикалық бөлшектер
Полиимид ұнтағын қыздыру арқылы байланыстыру технологиялары (ыстық қысыммен қалыптау, тікелей қалыптау және изостатикалық престеу) арқылы бөлшектер мен пішіндер жасауға болады. Олардың жоғары температурада да сақталатын жоғары механикалық беріктігінің арқасында, олар қатал жағдайлардағы қолдануда втулкалар, подшипниктер, ұялар немесе конструкциялық бөлшектер ретінде қолданылады. Төзімділік қасиеттерін жақсарту үшін графит, ПТФЕ немесе молибден сульфиді сияқты қатты майлау материалдары қосылады. Полиимид бөлшектері мен пішіндеріне P84 NT, VTEC PI, Meldin, Vespel және Plavis кіреді.
Polyimide powder can be used to produce parts and shapes by sintering technologies (hot compression molding, direct forming, and isostatic pressing). Because of their high mechanical stability even at elevated temperatures they are used as bushings, bearings, sockets or constructive parts in demanding applications. To improve tribological properties, compounds with solid lubricants like graphite, PTFE, or molybdenum sulfide are common. Polyimide parts and shapes include P84 NT, VTEC PI, Meldin, Vespel, and Plavis.
Сүзгілер
Көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларында, қалдықтарды өртеу қондырғыларында немесе цемент зауыттарында полиимид талшықтары ыстық газдарды сүзгілеу үшін қолданылады. Бұл қолданыста полиимидтік инелік мата шаңды және бөлшектерді түтін газдарынан бөліп шығарады. Полиимид сонымен қатар суды тазартудағы кері осмостық мембрана үшін, немесе судан азайтылған материалдарды концентрациялау үшін, мысалы, клен сиропы өндірісінде қолданылатын ең көп таралған материал болып табылады.
In coal fired power plants, waste incinerators, or cement plants, polyimide fibres are used to filter hot gases. In this application, a polyimide needle felt separates dust and particulate matter from the exhaust gas. Polyimide is also the most common material used for the reverse osmotic film in purification of water, or the concentration of dilute materials from water, such as maple syrup production.
Иілгіш схемалар
Полиимид иілгіш схема тақталарының және жалпақ иілгіш кабельдердің негізі ретінде қолданылады. Иілгіш схема тақталары жұқа болып келеді және оларды қиын пішінді электроникаға орналастыруға болады.
Polyimide is used as the core of flexible circuit boards and flat flex cables. Flexible circuit boards are thin and can be placed in odd shaped electronics.
Басқа
Полиимид медициналық түтіктерде, мысалы, қан тамырлары катетерлерінде, жарылу қысымына төзімділігімен, икемділігімен және химиялық тұрақтылығымен байланысты қолданылады. Жартылай өткізгіш өнеркәсібі полиимидті жоғары температуралық желім ретінде пайдаланады; сонымен қатар ол механикалық кернеуді жұмсартатын буфер ретінде де қолданылады. Кейбір полиимидтер фоторезист ретінде қолданылуы мүмкін; нарықта полиимид сияқты "оң" және "теріс" типтегі фоторезисттер бар. IKAROS күн желкенді ғарыш кемесі ракеталық қозғалтқыштарсыз жұмыс істеу үшін полиимид шайырдан жасалған желкендерді пайдаланады.
Polyimide is used for medical tubing, e. g. vascular catheters, for its burst pressure resistance combined with flexibility and chemical resistance. The semiconductor industry uses polyimide as a high temperature adhesive; it is also used as a mechanical stress buffer. Some polyimide can be used like a photoresist; both "positive" and "negative" types of photoresist like polyimide exist in the market. The IKAROS solar sailing spacecraft uses polyimide resin sails to operate without rocket engines.