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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.