Khám phá các màng polymer hiệu suất cao như PPS, LCP, PI và PEI—sản xuất, tính chất, sửa đổi và ứng dụng trong điện tử, hàng không vũ trụ và 5G.
Phim PPS (Polyphenylene Sulfide)
PPS là một loại nhựa nhiệt dẻo có thành phần chính là nhóm benzen sunfua. Nó nhanh chóng nổi lên như một trong những loại nhựa kỹ thuật phát triển nhanh nhất nhờ khả năng chịu nhiệt cao, chống cháy, độ rão tối thiểu ở nhiệt độ cao, độ ổn định kích thước và các đặc tính cơ học tuyệt vời.
Màng PPS thể hiện độ ổn định nhiệt vượt trội, đặc biệt là trong điều kiện độ ẩm cao và áp suất cao. Như được thể hiện trong dữ liệu bên dưới, màng PPS có độ bền kéo và mô đun đàn hồi tương đương với PET nhưng vẫn duy trì các đặc tính cơ học tuyệt vời ngay cả ở nhiệt độ cực thấp (-196°C). Ngoài ra, màng PPS còn có độ linh hoạt đáng kể, khiến nó trở thành vật liệu cách điện phù hợp cho các ứng dụng siêu dẫn. Màng PPS cũng có các đặc tính điện tần số cao vượt trội, với hằng số điện môi ổn định trong một dải nhiệt độ và tần số rộng, và tổn hao điện môi của nó thấp tương đương với PP.
Tính chất điển hình của màng PPS, PI và PET
| Mục |
|
PPS |
PI |
THÚ CƯNG |
| Độ bền kéo (dọc/ngang)/MPa |
300/250 |
180/180 |
250/270 |
| Điểm nóng chảy/℃ |
285 |
Không tan chảy |
265 |
| Sự giãn nở vì nhiệt hệ số/x10-7℃-1 |
3 |
2 |
1.7 |
| Độ hấp thụ nước/% (độ ẩm là 75%) |
0,05 |
22 |
0,4 |
| Điện trở/x10Ω |
0,5 |
1 |
1 |
| Hằng số điện môi |
1 KHz |
3.0 |
3,5 |
3.3 |
| 1 MHz |
3.0 |
3.4 |
3.2 |
| 1 GHz |
3.0 |
- |
3.1 |
| Tiếp tuyến mất điện môi |
1 KHz |
0,0006 |
0,003 |
0,002 |
| 1 MHz |
0,0018 |
0,01 |
0,01 |
| 1 GHz |
0,0015 |
- |
0,01 |
1. Phương pháp chuẩn bị phim PPS (1) Ép đùn thổi
PPS kết tinh nhanh và có độ dẻo dai kém, gây khó khăn cho việc gia công do độ nhớt nóng chảy không ổn định. Nó dễ bị vỡ trong quá trình đúc thổi đùn. Các nhà nghiên cứu đã phát triển màng PPS bằng cả phương pháp đúc thổi đùn bong bóng đơn và bong bóng đôi. Các màng này có độ bền kéo và mô đun đàn hồi cao, mặc dù độ giãn dài khi đứt thấp hơn ở màng bong bóng đôi.
(2) Đúc đùn
Hiện nay, quy trình công nghiệp hóa duy nhất để sản xuất màng PPS bao gồm đúc đùn sau đó kéo giãn hai trục.
2. Sửa đổi phim PPS (1) Sửa đổi chất độn
(2) Xử lý huyết tương
3. Ứng dụng màng PPS
Màng PPS được sử dụng rộng rãi do có khả năng chịu nhiệt cao, tính chất cách nhiệt tuyệt vời, hiệu suất điện môi vượt trội, khả năng chống cháy và các tính chất cơ học vượt trội.
(1) Vật liệu cách điện
So với màng PET, màng PPS có khả năng chịu nhiệt, chịu điện áp và cách điện vượt trội, đồng thời vẫn duy trì độ bền cơ học ở nhiệt độ cao. Chúng lý tưởng để sử dụng trong động cơ điện, pin, máy nén quay và các máy móc quay tốc độ cao khác nhằm nâng cao độ tin cậy. Màng PPS cũng được sử dụng trong các máy biến áp công suất lớn, nơi yêu cầu thu nhỏ kích thước và các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt.
(2) Vật liệu cách điện tụ điện
Tụ điện màng PPS có tổn hao thấp và điện trở nối tiếp tương đương (ESR) thấp, phù hợp với nguồn điện chuyển mạch tần số cao, dòng điện lớn. Tương tự như tụ điện PP, tụ điện PPS có khả năng hấp thụ độ ẩm thấp và khả năng kháng hóa chất tuyệt vời, đảm bảo điện dung ổn định trong môi trường ẩm ướt.
Phim LCP (Polymer tinh thể lỏng)
LCP là một polymer trạng thái trung gian giữa tinh thể rắn và chất lỏng, mang lại các đặc tính cơ học tuyệt vời, độ ổn định kích thước, hiệu suất điện, khả năng chống hóa chất, chống cháy, chịu nhiệt và hệ số giãn nở nhiệt thấp. Màng LCP có độ linh hoạt cao với các đặc tính điện môi tuyệt vời, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng truyền thông 5G và LCD. Tuy nhiên, những thách thức bao gồm tính dị hướng cao, khó kiểm soát quá trình xử lý và dễ bị rung.
1. Phương pháp chuẩn bị phim LCP (1) Đúc đùn
Màng LCP được sản xuất bằng phương pháp đúc đùn có định hướng dọc đáng kể, khiến chúng dễ bị rách theo hướng ngang. Tuy nhiên, chúng có độ dẻo dai và độ cứng cao, phù hợp cho các tấm ép phủ đồng (CCL).
(2) Ép đùn thổi
Phương pháp này giải quyết hiệu quả vấn đề dị hướng trong màng LCP và hiện là quy trình công nghiệp tiên tiến nhất để sản xuất màng LCP.
2. Sửa đổi phim LCP (1) Biến đổi hóa học Bằng cách áp dụng mạ đồng không điện với KMnO4 làm chất khắc, màng LCP đạt được cường độ bám dính tối đa là 12,08 MPa ở thời gian khắc tối ưu là 20 phút, vượt qua các giá trị đã báo cáo trước đây là 8,0 MPa.
(2) Xử lý huyết tương
3. Ứng dụng của màng LCP
Phim LCP có đặc tính là hằng số điện môi và tổn thất điện môi thấp, được sử dụng rộng rãi trong truyền thông 5G, mạch in mềm và các lĩnh vực khác.
Phim PEI (Polyetherimide)
PEI có nhiệt độ phân hủy đặc biệt (530–550°C) và ngưỡng giòn ở nhiệt độ thấp (-160°C), giúp nó có khả năng chịu nhiệt độ khắc nghiệt cao. Trong số các loại nhựa không gia cường, PEI có độ bền kéo ở nhiệt độ phòng cao nhất và khả năng chống rão tuyệt vời. Nó cũng tự hào có điện trở suất thể tích cực cao (>1×10¹⁷ Ω·cm) và cường độ đánh thủng điện môi 33–35 kV/mm, duy trì các đặc tính điện môi ổn định trên một dải tần số và nhiệt độ rộng.
(1) Đúc đùn
(2) Đúc dung dịch
2. Sửa đổi phim PEI (1) Sửa đổi chất độn
(2) Cải tiến ghép
(3) Biến đổi bức xạ UV
3. Ứng dụng phim PEI Phim PEI được sử dụng rộng rãi trong che chắn EMI, màn hình và pin nhiên liệu do có khả năng chống hóa chất vượt trội, độ ổn định ở nhiệt độ cao và các tính chất cơ học và điện tuyệt vời.
Phim PSF (Polysulfone)
PSF là một loại nhựa nhiệt dẻo với các nhóm diphenyl sulfone trong cấu trúc phân tử, mang lại độ bền cao, mô đun đàn hồi cao, độ rão thấp, độ ổn định nhiệt tuyệt vời và khả năng chống lão hóa vượt trội. Nó duy trì các đặc tính cơ học ngay cả ở nhiệt độ cao và vẫn giữ được độ mềm dẻo ở -100°C. Ngoài ra, màng PSF thể hiện độ ổn định điện môi vượt trội trên một dải nhiệt độ và tần số rộng, lý tưởng cho tụ điện màng chịu nhiệt.
1. Phương pháp chuẩn bị phim PSF (1) Đúc dung dịch
Các nhà nghiên cứu đã phát triển màng composite PSF/MWCNT thông qua phương pháp đúc dung dịch, giúp tăng đáng kể độ dẫn điện với hàm lượng MWCNT từ 0,05% đến 0,3%.
(2) Ép đùn thổi
Các nghiên cứu đã khám phá màng PSF/PVDF nhiều lớp được sản xuất thông qua phương pháp đúc thổi đùn đồng thời nhiều lớp, xác định hướng tinh thể α ưu tiên trong các lớp PVDF so với giao diện PSF/PVDF.
2. Sửa đổi phim PSF (1) Cải tiến ghép
(2) Sửa đổi chất độn
3. Ứng dụng màng PSF Màng PSF được sử dụng rộng rãi trong pin nhiên liệu và tụ điện màng do có đặc tính điện môi, cơ học và hóa học vượt trội.
Phim PI (Polyimide)
PI là một loại nhựa nhiệt dẻo với nhóm imide trong cấu trúc xương sống, nổi tiếng với khả năng chịu nhiệt, độ bền cơ học, độ ổn định kích thước và tính chất cách điện vượt trội. Nó được ứng dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, điện tử, viễn thông và vật liệu composite. Màng PI có màu vàng nhạt, trong suốt và có khả năng hoạt động lâu dài trong khoảng từ -269°C đến 280°C, với khả năng chịu nhiệt ngắn hạn lên đến 400°C. Những đặc tính này khiến màng PI đặc biệt phù hợp cho mạch in mềm dẻo, truyền thông 5G và màn hình LCD.
(1) Đúc dung dịch
Các nhà nghiên cứu đã phát triển màng PI thông qua quá trình đúc dung dịch axit polyamic, sấy khô, kéo giãn và imid hóa nhiệt.
(2) Thổi khuôn
Trung tâm Nghiên cứu Langley của NASA đã phát triển một quy trình thổi khuôn mới cho màng PI siêu mỏng, khác với các kỹ thuật thổi khuôn thông thường. Thiết kế thổi từ trên xuống dưới của họ đã dẫn đến việc tạo ra một nguyên mẫu thiết bị sản xuất thành công màng PI siêu mỏng.
2. Sửa đổi màng PI (1) Sửa đổi chất độn
Các nhà nghiên cứu đã kết hợp các hạt nano BaTiO3 vào PI thông qua quá trình trùng hợp tại chỗ, sau đó xử lý màng bằng phương pháp đúc dung dịch.
(2) Xử lý huyết tương
3. Ứng dụng của màng PI Nhờ khả năng chịu nhiệt độ cao, độ ổn định về kích thước và tính chất cơ học vượt trội, màng PI được sử dụng trong pin nhiên liệu, mạch in mềm, màn hình LCD, truyền thông 5G, linh kiện cách điện, hệ thống dây điện và vi điện tử.
