Полиимиды

Сокращения: ПИ, PI

Тип полимера: термопласты

Полиимиды (ПИ) – полимерные соединения, содержащие имидные циклы. Из таких циклов состоят органические соединения – имиды. Примеры их структурной формулы приведены ниже:

Цепь молекулы полиимидов содержит ароматические кольца, связанные атомами серы, кислорода или углерода (кроме имидных циклов). Пример:

Значительную роль оказывают соотношение между количеством имидных и ароматических циклов в звене, а также характер и количество атомов, которые разделяют ароматические циклы – все это оказывает влияние на свойства рассматриваемых соединений.

Физико-химические свойства полиимидов

Далее приведен ряд ценных качеств, которые выделяют ПИ в сравнении с другими пластмассами. К их достоинствам относят:

• стойкость к повышенным температурам (до 300°C). При условии кратковременного нагревания, ПИ выдерживает и до 320°C;

• изделия из полиимида могут эксплуатироваться при криогенных температурах;

• высокий уровень скольжения (максимум 350 м/мин);

• материалы из рассматриваемого полимера устойчивы к воздействию ультрафиолета;

• у ПИ низкий показатель водопоглощения (0,7% в интервале температур от 0°C до 120°C);

• низкий коэффициент «рабочей усталости» – всего 35мПа при осуществлении 1000000 циклических измерений, проходящих при температуре до 20°C;

• предел прочности на разрыв 125 МПа;

• материал устойчив к механическим нагрузкам, химическим растворителям, слабокислым средам и топливным материалам;

• сохраняет свои свойства при понижении давления до вакуума;

• устойчив к сжатию и ползучести;

• устойчив к воздействию радиационного излучения;

• устойчив к воздействию окружающей среды и коррозии;

• износостоек;

• обладает свойствами изоляционного материала;

• прост в обработке;

• является негорючим;

• термореактивные соединения имеют желтый или оранжевый цвет

• Также следует упомянуть и о недостатках рассматриваемого соединения:

• вступает в реакцию гидролиза, вследствие чего свойства ПИ ухудшаются при контакте с водяным паром;

• не является плавким материалом.

Свойства полиимида и полиэтилентерефталата

Получение полиимидов

Получение же полиимидов основывается на проведении реакции ПК (поликонденсации) диангидридов тетракарбоновых кислот и ароматических диаминов. Полиимиды, в получении которых задействован диангидрид пиромеллитовой кислоты, именуются полимиромеллитимидами.

Как правило, процесс получения ПИ проводят в две стадии: для начала в среде растворителя, например, диметилформамида или диметилацетамида, получают полиамидокислоту по нижеприведенной реакции:

Данная реакция протекает при эквимолярном соотношении исходных мономеров с охлаждением. Полиамидкислота получается с концентрацией 12- 17%.;

Последующая стадия образования ПИ протекает уже в твердой фазе при температуре 300 – 500°C. Реакция с образованием полиимида из полиамидокислоты протекает с выделением воды, так как в реакции образуются циклы:

Также полиимиды могут быть получены и из других диаминов. Например, из диаминодифенила или из диаминодифенилметана. Их структурные формулы представлены ниже:

Отметим, что помимо рассмотренных способов получения ПИ существует множество других.;

Обратимся к вопросу получения полиимидов. Технология получения ПИ отличается от технологии получения наибольшего количества поликонденсационных соединений линейного строения. Отличие состоит в том, что данный процесс протекает в две стадии, и стадия циклодегидратации полиамидоксилот протекает в самих полимерных изделиях.;

Схема получения полиимидной пленки

Первая стадия аналогична стадии получения ПИ в растворе. Отметим, что для проведения реакции между ангидридами тетракарбоновых кислот и диаминов требуется отвод тепла, так как взаимодействие протекает с выделением тепла. С этой целью к раствору диамина в сухом виде добавляют диангидрид. Раствор полиамидкислоты фильтруется, отделяется от воздуха, а далее подается на тонкую полиимидную подложку, нанесенную на металлическую ленту. Растворитель отделяется путем прохождения ленты через сушильную камеру с циркуляцией инертного газа (например, азота). Далее пленка проходит термокамеру, в которой перепад температур составляет 150 – 300°C. Окончательная обработка пленки проводится кратковременным нагреванием при температуре около 400°C. Для двухосной ориентации пленку полиамидокислоты подвергают термообработке в спецзажимах, которые предотвращают ее усадку. С целью более эффективного удаления растворителя пленку полиамидокислоты нагревают до 250°C под давлением, пропуская ее через один или несколько пар валов.

В зависимости от способа получения полиимидной пленки выделяют широкий спектр марок, применимых в разных областях.

Марка ПМ-1 – полиимидные пленки

Полиимидная пленка (ПМ-1) изготавливается методом полива из полиимидного лака АД-9103, полученного в растворе диметилформамида.

Полиимидная пленка прозрачна, ее цвет меняется в зависимости от толщины:от темно-желтого до светло-коричневого.

Основной особенностью этого материала является способность сохранять механические и электроизоляционные свойства в широком интервале температур (от -200 до + 400°С).

Основные области применения: герметизация вакуумных сосудов, защитные пожарные маски, погружные насосы, мембраны ультразвуковых датчиков, изоляция обмотки любых двигателей, тяговые ремни на скоростных принтерах, липкие термостойкие ленты, производство фольгированных материалов и инертных систем.

Основные физико-механические и электрические характеристики полиимидной пленки ПМ-1

Марка ПМФ – полиимидо-фторопластовые пленки

Полиимидо-фторопластовая пленка (ПМФ) представляет собой комбинированный пленочный материал на основе пленки полиимидной ПМ-1 толщиной 30, 40, 50, 60, 100 мкм с покрытием из фторопласта марки 4МД толщиной 5 и 10 мкм с одной или двух сторон.

Важным преимуществом ПМФ-пленок является свариваемость (спекаемость), что увеличивает герметичность упаковки, повышает химстойкость и гидростабильность.

Полиимидо-фторопластовая пленка предназначена для электрической изоляции проводов и кабелей, а также различных устройств, работающих длительно в интервале температур от -60°C до + 200°С и пониженном атмосферном давлении до 7 ГПа (5 мм рт ст).

Основные свойства ПМФ-пленки

Марка ПМ-К – электропроводящие полиимидные пленки

Электропроводящая полиимидная пленка (ПМ-К) изготавливается методом многослойного нанесения лака АД-9103, содержащего диспергированные частицы сажи марки ПМ-30, на полиимидную пленку ПМ-1.

Основной особенностью этого материала является способность сохранять механические и электрические свойства в широком интервале температур от -200°С до + 250°С и кратковременно до + 400°С.

Применяется ПМ-К в электро- и радиотехнике и вдругих отраслях промышленности в качестве радиопоглощающих и антистатических материалов.

Основные свойства полиимидной пленки ПМ-К

Марка ПМ-РД – полиимидные пленки с термосвариваемым полиимидным покрытием

Полиимидная пленка с термосвариваемым полиимидным покрытием (ПМ-РД) изготавливается путем многократного нанесения лака РД (адгезив) на полиимидную пленку ПМ с одной или двух сторон с последующей термообработкой.

Область применения: в качестве изоляционного материала для кабельных изделий, устойчивых к воздействию спецфакторов и работающих в интервале от -60°С до +220°С

Основные характеристики

Лаки на основе полиамидокислот используют как связующие стекловолокнистых материалов, а также пропиточных составов для цементации обмоток, выполненных из проводов с полиимидной изоляцией. Пленки, полученные на основе полиимидов, используют для пазовой и обмоточной электроизоляции в конденсаторах, электодвигателях, гибких печатных схемах. Что касается пластиков, которые получают на основе рассматриваемого полимера, – их применяют в поршневых кольцах, уплотнениях, подшипниках, турбинах, электросоединениях, арматуре атомных реакторов. Для лопаток турбин в перспективе возможно использование армированных стеклопластиков, а также обтекателей самолетов. Пенопласты на основе полиимидов применимы в качестве высокотермостойкой звукоизоляции, к примеру, в реактивных двигателях.