Polyimide có khả năng chịu nhiệt cực cao, chịu nhiệt độ cực thấp và độ ổn định kích thước tốt.
Polyimide là gì?
Polyimide (PI) là một loại vật liệu polyme có khả năng chịu nhiệt cao được phát triển vào những năm 1950. Nó thường dùng để chỉ một loại polyme có chứa vòng imide (—CO—NH—CO—) trên mạch chính.
Đặc điểm hiệu suất
Vì cấu trúc polyimide chứa các vòng dị vòng thơm rất ổn định nên nó có nhiều đặc tính tuyệt vời:
1. Khả năng chịu nhiệt:
Polyimide có khả năng chịu nhiệt cực kỳ mạnh. Phân tích nhiệt trọng lượng TGA cho thấy nhiệt độ phân hủy của polyimide có thể đạt tới 500℃-600℃. Đây là một trong những loại polymer ổn định nhất ở giai đoạn này.
2. Khả năng chịu nhiệt độ thấp
Vật liệu polyimide có khả năng chịu nhiệt độ cực thấp. Ngay cả trong nitơ lỏng ở nhiệt độ cực thấp, nó vẫn không bị giòn và vẫn có thể duy trì độ bền cơ học nhất định.
3. Tính chất cơ học tốt:
Độ bền kéo của màng polyimide homophenylene (Kapton) là 170 MPa và mô đun kéo là 3,0 GPa, trong khi độ bền kéo của polyimide biphenyl (Upilex) đạt 400 MPa và mô đun kéo là 3 ~ 4 GPa và có thể lớn hơn 200 GPa sau khi tăng cường.
4. Độ ổn định kích thước tốt:
Vật liệu polyimide có hệ số giãn nở nhiệt cực thấp. Hệ số giãn nở nhiệt thường nằm trong khoảng 2×105 ~ 3×10-5/℃. Hệ số giãn nở nhiệt của polyimide biphenyl là 1×10-6/℃. Hệ số giãn nở nhiệt của từng sản phẩm có thể đạt 1×10-7/℃, gần bằng hệ số giãn nở nhiệt của kim loại. Chính nhờ hệ số giãn nở nhiệt thấp này mà PI có thể được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bảng mạch in mềm.
5. Tính chất điện môi và cách điện tốt:
Hằng số điện môi của vật liệu polyimide thường nằm trong khoảng từ 3,0 đến 3,6. Khi đưa nguyên tử flo vào hoặc phân tán không khí ở kích thước nano vào, hằng số điện môi có thể giảm xuống còn từ 2,5 đến 2,7, hoặc thậm chí thấp hơn. Tổn thất điện môi khoảng 1×10-3, cường độ điện môi khoảng 100 ~ 300 Kv/mm, và điện trở thể tích khoảng 1×1017 Ω.cm. Polyimide có hằng số điện môi thấp này đảm bảo khả năng ứng dụng làm vật liệu đóng gói và vật liệu cách điện trong ngành công nghiệp vi điện tử.
6. Khả năng chống bức xạ tốt:
Vật liệu polyimide ổn định ở nhiệt độ cao, chân không cao và chiếu xạ, đồng thời có hàm lượng chất dễ bay hơi thấp.
7. Độ ổn định hóa học tốt:
Thông thường, polyimide không tan trong dung môi hữu cơ thông thường, và polyimide tan thông thường chỉ tan trong một số dung môi hữu cơ phân cực cụ thể. Tuy nhiên, giống như các polyme thơm khác, polyimide không chịu được axit sunfuric đậm đặc, axit nitric đậm đặc và halogen. Polyimide có khả năng thủy phân mạnh đối với axit loãng và độ ổn định cao đối với chất oxy hóa và chất khử, đặc biệt là ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, các loại polyimide nói chung không chịu được thủy phân, đặc biệt là thủy phân kiềm.
8. Khả năng chống cháy tốt:
Polyimide là một loại polymer tự dập tắt với tỷ lệ khói rất thấp. Tỷ lệ cặn cacbon sau khi đốt ở nhiệt độ cao thường đạt hơn 50%. Đây là chất chống nhiệt và chống cháy tốt.
9. Không độc hại và tương thích sinh học:
Polyimide không độc hại, và một số polyimide còn rất tương thích sinh học. Polyimide có thể được sử dụng để sản xuất đồ dùng trên bàn ăn và thiết bị y tế, và có thể chịu được hàng ngàn lần khử trùng.
10. Polyimide cũng có những nhược điểm:
Polyimide truyền thống không nóng chảy và khó gia công, màng phim cứng, giòn và có độ bền kém; khi sử dụng trong ngành vi điện tử, hệ số giãn nở nhiệt của nó không tốt. Trong ngành truyền thông quang học, độ trong suốt của nó kém; đồng thời, độ bám dính của nó cũng không tốt lắm.
Phương pháp tổng hợp polyimide
Các phương pháp tổng hợp polyimide có thể được chia thành hai loại. Loại thứ nhất là tạo vòng imide trong quá trình trùng hợp hoặc trong phản ứng đại phân tử; loại thứ hai là tổng hợp polyimide từ các monome chứa vòng imide.
Phương pháp tổng hợp loại một chủ yếu bao gồm: phản ứng giữa dianhydride và diamine tạo thành polyimide; phản ứng giữa axit tetrabasic và diamine tạo thành polyimide; phản ứng giữa este dibasic của axit tetrabasic và diamine. Polyimide, v.v. được tạo ra từ phản ứng giữa dianhydride và diisocyanate.
Trong phương pháp tổng hợp loại thứ hai, hầu hết các phản ứng trùng hợp ngưng tụ thông thường đều được sử dụng để tổng hợp nhiều loại polyme có vòng imide từ các monome có vòng imide, chẳng hạn như polyester imide, polyamide amide Imide, polycarbonate imide, polyurethane imide, v.v.
Loại Polyimide
Theo cấu trúc hóa học của các đơn vị lặp lại, polyimide có thể được chia thành ba loại: polyimide mạch thẳng, bán mạch thẳng và mạch thẳng thơm. Theo tính chất nhiệt, nó có thể được chia thành hai loại: nhiệt dẻo (bao gồm nhiệt dẻo thực sự và giả nhiệt dẻo) và nhiệt rắn.
Polyimide nhiệt dẻo có thể chảy và biến dạng khi được gia nhiệt và duy trì hình dạng nhất định sau khi làm nguội. Trong một phạm vi nhiệt độ nhất định, nó có thể được làm mềm nhiều lần bằng cách gia nhiệt và làm cứng lại bằng cách làm nguội. Polyimide ete anhydride thu được bằng cách phản ứng giữa diphenyl ete tetracarboxylic anhydride với diamine thơm thuộc loại này và có thể được đúc nhiều lần ở 390°C.
Polyimide nhiệt rắn có thể mềm và chảy khi được nung nóng lần đầu. Khi được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định, phản ứng hóa học xảy ra - liên kết ngang đông cứng và cứng lại. Sự thay đổi này là không thể đảo ngược. Sau đó, khi được nung nóng lại, nó không còn mềm và chảy được nữa.
Polyimide nhiệt rắn thường được làm từ polyimide hoặc axit polyamic có trọng lượng phân tử thấp với các nhóm không bão hòa ở đầu, và được trùng hợp thông qua các nhóm đầu không bão hòa khi sử dụng. Theo các tác nhân đóng nắp và phương pháp tổng hợp khác nhau, chúng chủ yếu được chia thành nhựa bismaleimide, nhựa polyimide loại PMR, nhựa polyimide đầu phenylnyl, và nhựa polyimide gốc dianhydride bất đối xứng. Nhựa imine, nhựa polyimide hòa tan sau khi imid hóa, và nhựa polyimide đầu ethynyl.
