《聚酰亞胺吳恒明》ppt課件

1、聚酰亞胺 報(bào)告人：吳恒明指點(diǎn)教師：盧建軍 報(bào)告日期：2021年4月26號(hào) 聚酰亞胺的概述 聚酰亞胺的運(yùn)用 聚酰亞胺的性能 聚酰亞胺的合成方法 聚酰亞胺的合成途徑聚酰亞胺 聚酰亞胺的概述 聚酰亞胺( Polyimide 簡(jiǎn)稱PI ) 是綜合性能最正確的有機(jī)高分子資料之一, 耐高溫達(dá)400以上, 長(zhǎng)期運(yùn)用溫度范圍200 300, 無(wú)明顯熔點(diǎn), 具有高絕緣性能。聚酰亞胺作為一種特種工程資料, 已廣泛運(yùn)用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分別膜、激光等領(lǐng)域。近來(lái),各國(guó)都在將聚酰亞胺的研討、開(kāi)發(fā)及利用列入21 世紀(jì)最有希望的工程塑料之一。聚酰亞胺, 因其在性能和合成方面的突出特點(diǎn), 不論是作為構(gòu)造資料或

2、是作為功能性資料,其宏大的運(yùn)用前景曾經(jīng)得到充分的認(rèn)識(shí), 被稱為是 處理問(wèn)題的能手!并以為 沒(méi)有聚酰亞胺就不會(huì)有今天的微電子技術(shù)! 聚酰亞胺的運(yùn)用 1 薄膜: 是聚酰亞胺最早的商品之一, 用于電機(jī)的槽絕緣及電纜繞包資料。主要產(chǎn)品有杜邦Kapton, 宇部興產(chǎn)的 Upilex 系列和鐘淵Apcal。透明的聚酰亞胺薄膜可作為柔軟的太陽(yáng)能電池底版。2 涂料: 作為絕緣漆用于電磁線, 或作為耐高溫涂料運(yùn)用。3 先進(jìn)復(fù)合資料: 用于航天、航空器及火箭部件。是最耐高溫的構(gòu)造資料之一。例如美國(guó)的超音速客機(jī)方案所設(shè)計(jì)的速度為2.4M, 飛行時(shí)外表溫度為177 , 要求運(yùn)用壽命為60000h, 據(jù)報(bào)道已確定50%

3、的構(gòu)造資料為以熱塑型聚酰亞胺為基體樹(shù)脂的碳纖維加強(qiáng)復(fù)合資料, 每架飛機(jī)的用量約為30t。 4 纖維: 彈性模量?jī)H次于碳纖維, 作為高溫介質(zhì)及放射性物質(zhì)的過(guò)濾資料和防彈、防火織物。5 泡沫塑料: 用作耐高溫隔熱資料。6 工程塑料: 有熱固性也有熱塑型, 熱塑型可以模壓成型也可以用注射成型或傳送模塑。主要用于自光滑、密封、絕緣及構(gòu)造資料。廣成聚酰亞胺資料已開(kāi)場(chǎng)運(yùn)用在緊縮機(jī)旋片、活塞環(huán)及特種泵密封等機(jī)械部件上。7 膠粘劑: 用作高溫構(gòu)造膠。廣成聚酰亞胺膠粘劑作為電子元件高絕緣灌封料已消費(fèi)。8 分別膜: 用于各種氣體對(duì), 如氫/ 氮、氮/ 氧、二氧化碳/ 氮或甲烷等的分別, 從空氣烴類原料氣及醇類中脫

4、除水分。也可作為浸透蒸發(fā)膜及超濾膜。由于聚酰亞胺耐熱和耐有機(jī)溶劑性能, 在對(duì)有機(jī)氣體和液體的分別上具有特別重要的意義。 9 光刻膠: 有負(fù)性膠和正性膠, 分辨率可達(dá)亞微米級(jí)。與顏料或染料配合可用于彩色濾光膜, 可大大簡(jiǎn)化加工工序。10 在微電子器件中的運(yùn)用: 用作介電層進(jìn)展層間絕緣, 作為緩沖層可以減少應(yīng)力、提高廢品率。作為維護(hù)層可以減少環(huán)境對(duì)器件的影響, 還可以對(duì)a-粒子起屏蔽作用,減少或消除器件的軟誤差。11 液晶顯示用的取向陳列劑: 聚酰亞胺在T N-LCD、SH N-LCD、TFT-CD 及鐵電液晶顯示器的取向劑資料方面都占有非常重要的位置。12 電光資料: 用作無(wú)源或有源波導(dǎo)資料光學(xué)

5、開(kāi)關(guān)資料等, 含氟的聚酰亞胺在通訊波長(zhǎng)范圍內(nèi)為透明, 以聚酰亞胺作為發(fā)色團(tuán)的基體可提高資料的穩(wěn)定性。 聚酰亞胺的性能 聚酰亞胺樹(shù)脂( PI ) 的綜合性能, 非常優(yōu)秀, 它具有抗腐蝕、抗疲勞、耐高溫、耐磨損、耐沖擊、密度小、噪音低、運(yùn)用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 優(yōu)良的高低溫性能( 長(zhǎng)期269 280不變形) ; 熱分解溫度可高達(dá)600, 是迄今聚合物中熱穩(wěn)定性最高的種類之一, 在269的液態(tài)氦中不會(huì)脆裂。 在極廣溫度范圍內(nèi)堅(jiān)持長(zhǎng)期的耐蠕變和耐疲勞性。 在280 ( 512) 下有足夠高的抗拉強(qiáng)度和彎曲模量、改良的耐壓強(qiáng)度, 未填充的塑料的抗張強(qiáng)度都在100Mpa以上, 有些型號(hào)的聚酰亞胺僅次于碳纖維。

6、對(duì)化學(xué)品、溶劑, 光滑油和燃料的超凡抗力, 密封性好。由于是自熄性聚合物, 具有固有的阻燃性、無(wú)煙塵排放性。噪音低, 自光滑性能好, 可無(wú)油自光滑;熱膨脹系數(shù)低;熱膨脹系數(shù)在210-5 3 10-5, 個(gè)別型號(hào)可10-7。良好的電氣性; 介電常數(shù)為3.4 左右, 介電損耗為10-3 , 介電強(qiáng)度為100 300KV/ mm, 熱塑性聚酰亞胺為300KV/ mm, 體積電阻為1017 / m。極好的抗水解性能和極低的吸水率, 如經(jīng)得起120，500 h 水煮。 聚酰亞胺的合成方法 聚酰亞胺是一類環(huán)鏈化合物，根據(jù)其構(gòu)造和制備方法，可分成主鏈含有脂肪鏈的聚酰亞胺和主鏈中含有芳環(huán)鏈的聚酰亞胺2 大類。

7、其通式為： 聚酰亞胺由四酸二酐與二胺聚合而成，合成方法有一步法、二步法、三步法和氣相堆積法。NOCRCOOCCONRn1.一步法 一步法是二酐和二胺在高沸點(diǎn)溶劑中直接聚合生成聚酰亞胺，即單體不經(jīng)由聚酰胺酸而直接合成聚酰亞胺。該法的反響條件比熱處置要溫暖得多，關(guān)鍵要選擇適宜的溶劑。為提高聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量，應(yīng)盡量脫去水份。通常采用帶水劑進(jìn)展共沸以脫去生成的水，或用異氰酸酯替代二胺和生成的聚酰胺酸鹽在高溫高壓下聚合。此法的控制工藝尚需完善，并正向適用化邁進(jìn)。反響方程式如圖1。OOCCOOCCH3CH3OOCCOO+H2NONH2OOCCONCCH3CH3OOCCONOn 圖1 一步法合成聚酰亞胺

8、方程式Fig.1 Formula for PI synthesis by one-step method2.二步法 二步法是先由二酐和二胺獲得前驅(qū)體聚酰胺酸，再經(jīng)過(guò)加熱或化學(xué)方法，分子內(nèi)脫水閉環(huán)生成聚酰亞胺?；瘜W(xué)亞胺化法，即用脫水劑處置聚酰胺酸；化學(xué)環(huán)化后生成的聚酰亞胺中含有大量異酰亞胺，該法制得的聚酰亞胺與用加熱方法制得的聚酰亞胺，物理和化學(xué)性能有差別，特別是異酰亞胺環(huán)具有較低的熱穩(wěn)定性和高化學(xué)反響活性；運(yùn)用不同的脫水劑，環(huán)化產(chǎn)物中亞胺/ 異酰亞胺的比例不同，可以為是互變異構(gòu)的高度不穩(wěn)定所引起的。二步法工藝成熟，但聚酰胺酸溶液不穩(wěn)定，對(duì)水汽很敏感，儲(chǔ)存過(guò)程中常發(fā)生分解，所以又出現(xiàn)聚酰胺酸烷基

9、酯法、聚酰胺酸硅烷基酯法等改良方法。 聚酰亞胺的另一種前驅(qū)體聚酰胺酯，是一種相對(duì)穩(wěn)定的聚合物，能以固態(tài)或溶液方式長(zhǎng)期存放。高相對(duì)分子質(zhì)量的聚酰胺酯通常是由芳香二酸二酯經(jīng)酰氯化后，與芳香二胺進(jìn)展溶液縮聚或界面縮聚制得；聚酰胺酯受熱或在有機(jī)堿的催化下發(fā)生酰亞胺化反響生成聚酰亞胺，但脫掉的小分子化合物是醇或- 烯烴而不是水。中間體聚酰胺酯的溶解性好于聚酰胺酸，可溶于常用低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑，如二氯甲烷、四氫呋喃等，并可獲得高濃度溶液，而且可經(jīng)過(guò)改動(dòng)酯基構(gòu)造使聚酰胺酯性能各異，可用于制備高強(qiáng)高模資料，是合成聚酰亞胺的典型方法。但其酰亞胺化反響活性低，工藝復(fù)雜，制造本錢高，有待優(yōu)化。反響方程式如圖2 。 圖2

10、 二步法合成聚酰亞胺方程式Fig.2 Formula for PI synthesis by two-step methodOCCOOOCCOO+OH2NNH2縮聚COOHCONHHOOCCOOHNn脫水環(huán)化OCNCOOCCONOn3.三步法 三步法是經(jīng)由聚異酰亞胺得到聚酰亞胺的方法。聚異酰亞胺構(gòu)造穩(wěn)定，作為聚酰亞胺的先母體，由于熱處置時(shí)不會(huì)放出水等低分子物質(zhì)，容易異構(gòu)化成酰亞胺，能制得性能優(yōu)良的聚酰亞胺。聚異酰亞胺是由聚酰胺酸在脫水劑作用下，脫水環(huán)化為聚異酰亞胺，然后在酸或堿等催化劑作用下異構(gòu)化成聚酰亞胺，此異構(gòu)化反響在高溫下很容易進(jìn)展。聚異酰亞胺溶解性好，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，加工性能優(yōu)良。

11、聚酰亞胺為不溶、不熔性資料，難于加工，通常采用先在預(yù)聚物聚酰亞胺階段加工，但由于在高溫下進(jìn)展，亞胺化時(shí)閉環(huán)脫水易使制品產(chǎn)生氣孔，導(dǎo)致制品的機(jī)械性能和電性能下降，難以獲得理想的產(chǎn)品，作為聚酰亞胺預(yù)聚體的聚異酰亞胺，其玻璃化溫度低于對(duì)應(yīng)的聚酰亞胺，熱處置時(shí)不會(huì)放出水分，易異構(gòu)化成聚酰亞胺，因此用聚異酰亞胺替代聚酰胺酸作為聚酰亞胺的前身體料，可制得性能優(yōu)良的制品。該法較新穎，正遭到廣泛關(guān)注。4.氣相堆積法 氣相堆積法主要用于制備聚酰亞胺薄膜，反響是在高溫下使二酸酐與二胺直接以氣流的方式保送到混煉機(jī)內(nèi)進(jìn)展混煉，制成薄膜，這是由單體直接合成聚酰亞胺涂層的方法。 聚酰亞胺的合成途徑 聚酰亞胺種類繁多、方式

12、多樣, 在合成上具有多種途徑, 因此可以根據(jù)各種運(yùn)用目的進(jìn)展選擇, 這種合成上的易變通性也是其他高分子所難以具備的。 1 聚酰亞胺主要由二元酐和二元胺合成, 這兩種單體與眾多其他雜環(huán)聚合物, 如聚苯并咪唑、聚苯并啞唑、聚苯并噻唑、聚喹啞啉和聚喹啉等單體比較, 原料來(lái)源廣,合成也較容易。二酐、二胺種類繁多, 不同的組合就可以獲得不同性能的聚酰亞胺。 2 聚酰亞胺可以由二酐和二胺在極性溶劑, 如DM F,DMAC, NMP 或TH E/ 甲醇混合溶劑中先進(jìn)展低溫縮聚,獲得可溶的聚酰胺酸, 成膜或紡絲后加熱至300 左右脫水成環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)榫埘啺? 也可以向聚酰胺酸中參與乙酐和叔胺類催化劑, 進(jìn)展化學(xué)脫

13、水環(huán)化, 得到聚酰亞胺溶液和粉末。二胺和二酐還可以在高沸點(diǎn)溶劑, 如酚類溶劑中加熱縮聚, 一步獲得聚酰亞胺。此外, 還可以由四元酸的二元酯和二元胺反響獲得聚酰亞胺; 也可以由聚酰胺酸先轉(zhuǎn)變?yōu)榫郛愼啺? 然后再轉(zhuǎn)化為聚酰亞胺。這些方法都為加工帶來(lái)方便, 前者稱為PMR 法, 可以獲得低粘度、高固量溶液, 在加工時(shí)有一個(gè)具有低熔體粘度的窗口, 特別適用于復(fù)合資料的制造; 后者那么添加了溶解性, 在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中不放出低分子化合物。 3 只需二酐( 或四酸) 和二胺的純度合格, 不論采用何種縮聚方法, 都很容易獲得足夠高的分子量, 參與單元酐或單元胺還可以很容易的對(duì)分子量進(jìn)展調(diào)控。 4 以二酐( 或四酸) 和二胺縮聚, 只需到達(dá)一等摩爾比, 在真空中熱處置, 可以將固態(tài)的低分子量預(yù)聚物的分子量大幅度的提高, 從而給加工和成粉帶來(lái)方便。 5 很