Poznaj wysokowydajne folie polimerowe, takie jak PPS, LCP, PI i PEI — ich produkcję, właściwości, modyfikacje i zastosowania w elektronice, lotnictwie i sieciach 5G.
Folia PPS (polisiarczek fenylenu)
PPS to żywica termoplastyczna z rdzeniem zawierającym grupy siarczku benzenu. Szybko stała się jednym z najszybciej rozwijających się tworzyw konstrukcyjnych ze względu na wysoką odporność cieplną, trudnopalność, minimalne pełzanie w wysokich temperaturach, stabilność wymiarową i doskonałe właściwości mechaniczne.
Folie PPS wykazują wyjątkową stabilność termiczną, szczególnie w warunkach wysokiej wilgotności i naprężeń. Jak pokazano w poniższych danych, folia PPS ma porównywalną wytrzymałość na rozciąganie i moduł sprężystości do PET, ale zachowuje doskonałe właściwości mechaniczne nawet w temperaturach kriogenicznych (-196°C). Ponadto oferuje znaczną elastyczność, co czyni ją odpowiednim materiałem izolacyjnym do zastosowań nadprzewodzących. Folia PPS ma również wyjątkowe właściwości elektryczne o wysokiej częstotliwości, ze stabilną stałą dielektryczną w szerokim zakresie temperatur i częstotliwości, a jej tangens strat dielektrycznych jest tak niski jak w przypadku PP.
Typowe właściwości folii PPS, PI i PET
| Przedmiot |
|
PPS |
LICZBA PI |
ZWIERZAK DOMOWY |
| Wytrzymałość na rozciąganie (wzdłużne/poprzeczne)/MPa |
300/250 |
180/180 |
250/270 |
| Temperatura topnienia/℃ |
285 |
Bez topienia |
265 |
| Rozszerzalność cieplna współczynnik/x10-7℃-1 |
3 |
2 |
1.7 |
| Absorpcja wody/% (wilgotność wynosi 75%) |
0,05 |
22 |
0,4 |
| Rezystancja/x10Ω |
0,5 |
1 |
1 |
| Stała dielektryczna |
1KHz |
3.0 |
3.5 |
3.3 |
| 1MHz |
3.0 |
3.4 |
3.2 |
| 1 GHz |
3.0 |
- |
3.1 |
| Tangens strat dielektrycznych |
1KHz |
0,0006 |
0,003 |
0,002 |
| 1MHz |
0,0018 |
0,01 |
0,01 |
| 1 GHz |
0,0015 |
- |
0,01 |
1. Metody przygotowania filmu PPS (1) Formowanie metodą wytłaczania z rozdmuchem
PPS krystalizuje szybko i ma słabą wytrzymałość, co utrudnia jego przetwarzanie ze względu na niestabilną lepkość stopu. Jest podatny na pękanie podczas formowania z rozdmuchem ekstruzyjnym. Naukowcy opracowali folie PPS przy użyciu zarówno metody formowania z rozdmuchem ekstruzyjnym z pojedynczym pęcherzykiem, jak i podwójnym pęcherzykiem. Folie wykazują wysoką wytrzymałość na rozciąganie i moduł, chociaż wydłużenie przy zerwaniu jest niższe w przypadku folii z podwójnym pęcherzykiem.
(2) Odlewanie metodą wytłaczania
Obecnie jedynym przemysłowym procesem produkcji folii PPS jest odlewanie ekstruzyjne z następującym po nim rozciąganiem dwuosiowym.
2. Modyfikacja folii PPS (1) Modyfikacja wypełniacza
(2) Leczenie plazmą
3. Zastosowania folii PPS
Folia PPS jest powszechnie stosowana ze względu na wysoką odporność cieplną, doskonałe właściwości izolacyjne, znakomite parametry dielektryczne, ognioodporność i znakomite właściwości mechaniczne.
(1) Materiały izolacyjne elektryczne
W porównaniu do folii PET, folie PPS oferują lepszą odporność na ciepło, odporność na napięcie i izolację elektryczną, zachowując jednocześnie wytrzymałość mechaniczną w wysokich temperaturach. Są idealne do stosowania w silnikach elektrycznych, bateriach, sprężarkach rotacyjnych i innych szybkoobrotowych maszynach wirujących w celu zwiększenia niezawodności. Folie PPS są również stosowane w transformatorach dużej mocy, gdzie wymagana jest miniaturyzacja i rygorystyczne normy bezpieczeństwa.
(2) Materiały izolacyjne kondensatorów
Kondensatory foliowe PPS charakteryzują się niską stratą i niską równoważną rezystancją szeregową (ESR), co czyni je odpowiednimi do zasilaczy impulsowych o wysokiej częstotliwości i wysokim natężeniu prądu. Podobnie jak kondensatory PP, kondensatory PPS charakteryzują się niską absorpcją wilgoci i doskonałą odpornością chemiczną, zapewniając stabilną pojemność w wilgotnych środowiskach.
Folia LCP (polimer ciekłokrystaliczny)
LCP to polimer pośredni pomiędzy kryształami stałymi a cieczami, oferujący doskonałe właściwości mechaniczne, stabilność wymiarową, parametry elektryczne, odporność chemiczną, ognioodporność, odporność na ciepło i niski współczynnik rozszerzalności cieplnej. Folie LCP są wysoce elastyczne i mają doskonałe właściwości dielektryczne, co czyni je idealnymi do komunikacji 5G i zastosowań LCD. Jednak wyzwania obejmują wysoką anizotropię, trudną kontrolę przetwarzania i tendencję do fibrylacji.
1. Metody przygotowania filmu LCP (1) Odlewanie metodą wytłaczania
Folie LCP produkowane metodą odlewania ekstruzyjnego mają znaczną orientację wzdłużną, co sprawia, że są podatne na rozdarcia w kierunku poprzecznym. Wykazują jednak wysoką elastyczność i sztywność, co sprawia, że nadają się do laminatów pokrytych miedzią (CCL).
(2) Formowanie metodą wytłaczania z rozdmuchem
Metoda ta skutecznie rozwiązuje problem anizotropii w filmach LCP i jest obecnie najbardziej dojrzałym procesem przemysłowym stosowanym w produkcji filmów LCP.
2. Modyfikacja filmu LCP (1) Modyfikacja chemiczna Dzięki zastosowaniu miedziowania bezprądowego z zastosowaniem KMnO4 jako środka trawiącego, folie LCP osiągają maksymalną wytrzymałość adhezyjną 12,08 MPa przy optymalnym czasie trawienia wynoszącym 20 minut, przewyższając wcześniej zgłaszane wartości 8,0 MPa.
(2) Leczenie plazmą
3. Zastosowanie folii LCP
Folia LCP charakteryzuje się niską stałą dielektryczną i stratami dielektrycznymi, dzięki czemu jest szeroko stosowana w komunikacji 5G, elastycznych obwodach drukowanych i innych dziedzinach.
Folia PEI (polieteroimidowa)
PEI ma wyjątkową temperaturę rozkładu (530–550°C) i niski próg kruchości (-160°C), co czyni go wysoce odpornym na ekstremalne temperatury. Spośród tworzyw sztucznych niewzmocnionych ma najwyższą wytrzymałość na rozciąganie w temperaturze pokojowej i doskonałą odporność na pełzanie. Posiada również niezwykle wysoką rezystywność objętościową (>1×10¹⁷ Ω·cm) i wytrzymałość na przebicie dielektryczne 33–35 kV/mm, utrzymując stabilne właściwości dielektryczne w szerokim zakresie częstotliwości i temperatur.
(1) Odlewanie metodą wytłaczania
(2) Odlewanie roztworem
2. Modyfikacja folii PEI (1) Modyfikacja wypełniacza
(2) Modyfikacja szczepienia
(3) Modyfikacja promieniowania UV
3. Zastosowania folii PEI Folie PEI są powszechnie stosowane w ekranowaniu EMI, wyświetlaczach i ogniwach paliwowych ze względu na ich doskonałą odporność chemiczną, stabilność w wysokich temperaturach oraz doskonałe właściwości mechaniczne i elektryczne.
Folia PSF (polisulfonowa)
PSF to żywica termoplastyczna z grupami difenylosulfonowymi w strukturze cząsteczkowej, oferująca wysoką wytrzymałość, wysoki moduł, niskie pełzanie, doskonałą stabilność termiczną i doskonałą odporność na starzenie. Zachowuje swoje właściwości mechaniczne nawet w wysokich temperaturach i zachowuje elastyczność w temperaturze -100°C. Ponadto folie PSF wykazują wyjątkową stabilność dielektryczną w szerokim zakresie temperatur i częstotliwości, co czyni je idealnymi do odpornych na ciepło kondensatorów foliowych.
1. Metody przygotowania filmu PSF (1) Odlewanie roztworem
Naukowcy opracowali kompozytowe folie PSF/MWCNT wytwarzane metodą odlewania z roztworu, co znacznie poprawiło przewodność przy zawartości MWCNT na poziomie od 0,05% do 0,3%.
(2) Formowanie metodą wytłaczania z rozdmuchem
Badania dotyczyły wielowarstwowych folii PSF/PVDF wytwarzanych metodą współwytłaczania z rozdmuchem i mnożeniem warstw. Określono preferowaną orientację kryształów α w warstwach PVDF w stosunku do interfejsu PSF/PVDF.
2. Modyfikacja folii PSF (1) Modyfikacja szczepienia
(2) Modyfikacja wypełniacza
3. Zastosowania folii PSF Folie PSF są szeroko stosowane w ogniwach paliwowych i kondensatorach foliowych ze względu na ich doskonałe właściwości dielektryczne, mechaniczne i chemiczne.
Folia PI (poliimidowa)
PI to żywica termoplastyczna z grupami imidowymi w swoim szkielecie, znana z wyjątkowej odporności cieplnej, wytrzymałości mechanicznej, stabilności wymiarowej i właściwości izolacji elektrycznej. Znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle lotniczym, elektronicznym, telekomunikacyjnym i materiałach kompozytowych. Folie PI są żółtawe, przezroczyste i zdolne do długotrwałej pracy w temperaturach od -269°C do 280°C, z krótkotrwałą odpornością na ciepło do 400°C. Te cechy sprawiają, że folie PI są szczególnie odpowiednie do elastycznych obwodów drukowanych, komunikacji 5G i wyświetlaczy LCD.
(1) Odlewanie roztworem
Naukowcy opracowali folie PI poprzez odlewanie z roztworu kwasu poliamidowego, suszenie, rozciąganie i imidyzację termiczną.
(2) Formowanie rozdmuchowe
Centrum Badawcze Langley NASA opracowało nowatorski proces formowania rozdmuchowego dla ultracienkich folii PI, różniący się od konwencjonalnych technik formowania rozdmuchowego. Ich konfiguracja, rozdmuch od góry do dołu, doprowadziła do prototypu urządzenia, które z powodzeniem produkuje ultracienkie folie PI.
2. Modyfikacja filmu PI (1) Modyfikacja wypełniacza
Naukowcy wprowadzili nanocząsteczki BaTiO3 do PI metodą polimeryzacji in-situ, a następnie przetworzyli folie metodą odlewania z roztworu.
(2) Leczenie plazmą
3. Zastosowania folii PI Ze względu na doskonałą odporność na wysokie temperatury, stabilność wymiarową i właściwości mechaniczne, folie PI są stosowane w ogniwach paliwowych, elastycznych obwodach drukowanych, wyświetlaczach LCD, komunikacji 5G, elementach izolacyjnych, okablowaniu i mikroelektronice.
