基本介紹
- 中文名：聚醯亞胺薄膜
- 外文名：PolyimideFilm
- 簡稱：PI膜
- 類型：薄膜類絕緣材料
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聚醯亞胺薄膜
特性
呈黃色透明，相對密度1.39～1.45，聚醯亞胺薄膜具有優良的耐高低溫性、電氣絕緣性、粘結性、耐輻射性、耐介質性，能在－269℃～280℃的溫度範圍內長期使用，短時可達到400℃的高溫。玻璃化溫度分別為280℃(Upilex R)、385℃(Kapton)和500℃以上(Upilex S)。20℃時拉伸強度為200MPa，200℃時大於100MPa。特別適宜用作柔性印製電路板基材和各種耐高溫電機電器絕緣材料。
分類
聚醯亞胺通常分為兩大類:
薄膜分類
包括均苯型聚醯亞胺薄膜和聯苯型聚醯亞胺薄膜兩類。前者為美國杜邦公司產品，商品名Kapton，由均苯四甲酸二酐與二苯醚二胺製得。後者由日本宇部興產公司生產，商品名Upilex，由聯苯四甲酸二酐與二苯醚二胺(R型)或間苯二胺(S型)製得。
聚醯亞胺優點
(2)優異的機械性能。未增強的基體材料的抗張強度都在100MPa以上。用均酐製備的Kapton薄膜抗張強度為170MPa,而聯苯型聚醯亞胺(Upilex S)可達到400MPa。聚醯亞胺纖維的彈性模量可達到500MPa,僅次於碳纖維。
(3)良好的化學穩定性及耐濕熱性。聚醯亞胺材料一般不溶於有機溶劑,耐腐蝕、耐水解。改變分子設計可以得到不同結構的品種。有的品種經得起2個大氣壓下、120℃,500h的水煮。
(5)良好的介電性能。介電常數小於3.5,如果在分子鏈上引入氟原子,介電常數可降到2.5左右,介電損耗為10，介電強度為100至300kV/mm，體積電阻為1015-17Ω·cm。因此,含氟聚醯亞胺材料的合成是目前較為熱門的研究領域。
套用行業
套用領域
(1)薄膜:是聚醯亞胺最早的商品之一,用於電機的槽絕緣及電纜繞包材料。主要產品有杜邦的Kapton ,日本宇部興產的Upilex 系列和鐘淵的Apical 。透明的聚醯亞胺薄膜可作為柔軟的太陽能電池底板;
(3)先進複合材料的基體樹脂:用於航天、航空飛行器結構或功能部件以及火箭、飛彈等的零部件,是最耐高溫的結構材料之一;
(6)工程塑膠:有熱固性也有熱塑性,可以模壓成型也可用注射成型或傳遞模塑(RTM) ,主要用於自潤滑、密封、絕緣及結構材料。此外聚醯亞胺還可以作為高溫環境中的膠粘劑、分離膜、光刻膠、介電緩衝層、液晶取向劑、電-光材料等
現狀
聚醯亞胺作為一種特種工程材料，已廣泛套用在航空、航天、電氣/電子、微電子、納米、液晶、分離膜、雷射、機車、汽車、精密機械和自動辦公機械等領域。近來，各國都在將聚醯亞胺的研究、開發及利用列入21世紀最有希望的工程塑膠之一。聚醯亞胺，因其在性能和合成方面的突出特點，不論是作為結構材料或是作為功能性材料，其巨大的套用前景已經得到充分的認識，被稱為是"解決問題的能手"（protion solver），並認為"沒有聚醯亞胺就不會有今天的微電子技術"。在眾多的聚合物材料中,只有6 種在美國化學文摘(CA) 中被單獨列題,聚醯亞胺即是其中之一。由此可見,聚醯亞胺在技術和商業上有著非常重要的意義。隨著IT業，平板顯示業，光伏業等的興起及蓬勃發展，必然帶動相關配套材料的發展及市場需求的增長。電子工程用（電子級）聚醯亞胺薄膜作為音質電路板，積體電路，平板顯示器，太陽電池，電子標籤等的重要材料，越來越在上述電子產品套用領域中起到十分重要的作用。
聚醯亞胺前景
聚醯亞胺作為很有發展前途的高分子材料已經得到充分的認識，在絕緣材料中和結構材料方面的套用正不斷擴大。在功能材料方面正嶄露頭角，其潛力仍在發掘中。但是在發展了40年之後仍未成為更大的品種，其主要原因是，與其他聚合物比較，成本還是太高。因此，今後聚醯亞胺研究的主要方向之一仍應是在單體合成及聚合方法上尋找降低成本的途徑。
PI膜未來發展
PI膜按照用途分為一般絕緣和耐熱為目的的電工級以及附有撓性等要求的電子級兩大類。電工級PI膜因要求較低國內已能大規模生產且性能與國外產品沒有明顯差別；電子級PI膜是隨著FCCL的發展而產生的，是PI膜最大的套用領域，其除了要保持電工類PI膜優良的物理力學性能外，對薄膜的熱膨脹係數，面內各向同性（厚度均勻性）提出了更嚴格的要求。未來仍需進口大量的電子級PI膜，其原因是國產PI膜在性能上與進口PI膜存在一定的差距，不能滿足FCCL中高端產品的要求。在預測未來市場價格方面，長期以來電子級PI膜的定價權一直由杜邦公司，鐘淵公司所掌控，但是隨著近年來韓國SKC和KOLON兩家公司的分別加入重組，以及經濟危機對電子產品外銷的影響，產品價格也有所降低，但是電子級PI膜仍存在著較高的利潤空間。
薄膜製造工藝
聚醯亞胺薄膜的生產基本上是二步法，第一步：合成聚醯胺酸，第二步：成膜亞胺化。成膜方法主要有浸漬法（或稱鋁箔上膠法）、流延法和流涎拉伸法。浸漬法設備簡單、工藝簡單，但薄膜表面經常粘有鋁粉，薄膜長度受到限制，生產效率低，此法不宜發展；流涎法設備精度高，薄膜均勻性好，表面乾淨平整，薄膜長度不受限制，可以連續化生產，薄膜各方面性能均不錯，一般要求的薄膜均可採用此法生產；拉伸法生產的薄膜，性能有顯著提高，但工藝複雜生產條件苛刻，投資大，產品價格高，只有高質量薄膜才採用此法。流涎法主要設備：不鏽鋼樹脂溶液儲罐、流涎嘴、流涎機、亞胺化爐、收卷機和熱風系統等。製備步驟：消泡後的聚醯胺酸溶液，由不鏽鋼溶液儲罐經管路壓入前機頭上的流涎嘴儲槽中。鋼帶以圖所示方向勻速運行，將儲槽中的溶液經流涎嘴前刮板帶走，而形成厚度均勻的液膜，然後進入烘乾道乾燥。潔淨乾燥的空氣由鼓風機送入加熱器預熱到一定溫度後進入上、下烘乾道。熱風流動方向與鋼帶運行方向相反，以便使液膜在乾燥時溫度逐漸升高，溶劑逐漸揮發，增加乾燥效果。聚醯胺酸薄膜在鋼帶上隨其運行一周，溶劑蒸發成為固態薄膜，從鋼帶上剝離下的薄膜 經導向輥引向亞胺化爐。亞胺化爐一般為多輥筒形式，與流涎機同步速度的導向輥引導聚醯胺酸薄膜進入亞胺化爐，高溫亞胺化後，由收卷機收卷。
