راهنمایی جامع و کلی در خصوص پلی ایمید ها یا PI
پلی ایمید به عنوان یک ماده عایق جذاب، به طور گسترده ای در صنایع مختلف از جمله الکترونیک، هوافضا و خودروسازی به کاربرده شده است و توانسته تا نیاز روزافزون به موادی را که تحت شرایط دشوار عملکرد خوبی دارند را برطرف سازد مانند زمانی که ماده در معرض دمای فزاینده قرار میگیرد.
از انجایی که پلی ایمید ها دسته ای مهم از پلیمرهای گام محور هستند، دارای ویژگی هایی همچون ثبات گرمایی بالا، خواص فیزیکی و مقاومت شیمیایی می باشند.
در این مقاله میتوانید با ویژگی های اصلی این نوع از پلیمر به همراه خواص فیزیکی و شیمیایی و الکتریکی و گرمایی ان اشنا شوید و علت به کارگیری این ماده به عنوان یک انتخاب ایده ال در مصارف مهندسی را متوجه شوید.
ویژگی های اصلی و مصارف پلی ایمیدها کدامند؟
پلی ایمید نوعی پلیمر با عملکرد مطلوب است که از مونومرهای ایمید ساخته میشود و در ان دو گروه اصیل (C=O) به یک نیتروژن متصل شده است. این نوع از پلیمرها به علت عملکرد مناسب خود در دمای بالا (به طور معمول 400 تا 500 درجه سانتی گراد) و همچنین مقاومت شیمیایی خوب شهرت دارند.
از پلی ایمیدها به جای شیشه در محصولات استفاده میشود.
پلی ایمید دارای خواص مکانیکی خیلی مطلوبی میباشد و به همین دلیل برای محصولاتی به کاربرده میشود که به موادی سخت و محکم نیاز دارند مانند:
میتوان این نوع از پلیمرها را به صورت پلاستیک، فیلم، رزینهای ورقه ورقه، پوشش های عایق و مواد چسبنده ی ساختاری در دمای بالا استفاده کرد.
پلی ایمیدها به دوصورت موجود میباشند: ترموستینگ و ترموپلاستیک.
همچنین این مواد میتوانند با توجه به نوع زنجیره خود، در دسته های ترموست و یا ترموپلاستیک الیفاتیک، اروماتیک، نیمه ارومایتک قرار گیرند.
پلی ایمیدها از سال 1955 در حجم بالایی تولید میشوند.
ترکیب پلی ایمیدها
مشارکت بین سیستمهای حلقه های هتروسایکلیک سخت و مستحکم و پایدار با زنجیره های پلیمری باعث میشود تا پلی ایمیدها بوجود ایند. اگرچه وجود یک حلقه ی داخلی ایمیدی و یک واکنش شدید بین زنجیری مانند انسجام بالای داخل پلیمر میتواند باعث ایجاد ثبات بالای گرمایی در پلیمر شود.
متد قدیمی و سنتی ترکیب پلی ایمیدها همان واکنش بین دیان هیدراید و دیامین است.
ترکیب پلی ایمید ها اولین بار در سال 1908اغاز شد. از انجایی که انجام فرایندهایی از طریق بسپارش ذوب امکان پذیر نبود، پیشرفتهای اصلی در سنتز پلی ایمیدها و فراوری انها حاصل نشد. در اوایل دهه 60، شرکت DuPont اولین کمپانی بود که به صورت تجاری توانست پلی ایمید را تولید کند. ماده یاد شده با دیان هیدراید پیروملیتیک و اتر دیامینو دیفنیل 4,4’ ساخته شد.
این نوع از واکنش دارای دو مرحله میباشد:
بیشتر انواع پلی ایمیدها گذارناپذیر و نامحلول هستند که ناشی از ساختار دو وجهی اروماتیک و ساختار چند گانه اروماتیک انها می باشد.
این امکان وجود دارد که پایداری گرمایی پلیمر را با به کارگیری حلقه های اروماتیک بروی پیکره اصلی یا گروه های اصلی بهبود بخشید. علاه بر چنین پایداری گرمایی بالایی، طبیعت ساختار شیمیایی ایمید های محکم و سخت و حلقه های اروماتیک همیشه چنین ویژگی هایی را ارائه میکنند:
علاوه برآن، میتوان سایر ویژگی ها را نیز به پیکره اصلی یا فرعی با توجه به نوع نیازمندی محصول اضافه کرد مانند:
ویژگی های مشهور پلی ایمیدها کدامند؟
پلی ایمیدها ترکیبی بی نظیر از ثبات گرمایی (بالای 500 درجه سانتی گراد)، سختی مکانیکی و مقاومت شیمیایی را ارائه میکنند. همچنین انها عایق های خیلی خوبی هستند.
حالت طولی و استحکام پیکره اصلی سایکلیک باعث میشود تا ترتیب مولکولی شکل گیرد. این رخداد، کاهش ضریب گسترش گرمایی را در پی دارد و این مقدار در مقایسه با پلیمرهای ترموپلاستیک حاوی زنجیره های انعطاف پذیر و مارپیچ کمتر است.
علاوه بر آن، حالت زنجیره های بلند و طولی که حاوی مونومرهای منظم میباشند، باعث میشود تا حلال مقاومت بیشتری در برابر پلی ایمیدهای اروماتیک داشته باشد.
ساختار نسبتا مستحکم پلی ایمیدها، دمای گذار شیشه را بالای میبرد ( بالاتر از 300 درجه سانتی گراد) و استحکام خوب مکانیکی و ضریب بالا را به ان القا میکند.
نقاط قوت و ضعف پلی ایمیدها کدامند؟
اگرچه این پلیمرها محدویدت هایی نیز دارند که از ان جمله میتوان به این موارد اشاره کرد:
قالب پلی ایمیدها نقش مهمی در تولید قطعات ترکیبی ایفا میکند. این مواد نه تنها ثبات گرمایی و خواص فیزیکی را افزایش میدهند، بلکه روش های فراوری و کیفیت را نیز بهبود می بخشند.
اگرچه طراحی و ترکیب قالب پلی ایمیدها برای قطعات ترکیبی در دمای بالا کار دشواری است زیرا قالب رزینها نه تنها باید حاوی ویژگی های گرمایی و مکانیکی خیلی خوبی باشند بلکه قابلیت فراوری در هنگام ذوب را داشته باشند.
تعدادی از ترکیباتی که بر پایه ی پلی ایمیدهای ترموست تقویت شده با فیبر کربن ساخته میشوند، برای انواع روش های فراوری مناسب هستند مانند اتوکلاو یا دیگ خودفشار و قالب گیری انتقالی رزین. همچنین این ماده دارای خواصی است که به خوبی میتوان ان را در دمای 370 درجه سانتی گراد به کار برد.
پرکاربردترین مصارف پلی ایمیدها کدامند؟
پلی ایمید که با نام کاپتون یا به طور اختصاری PI نیز شناخته میشود، به طور گسترده ای در تولید محصولاتی در صنایع هوا و فضا و خودروسازی به کار برده میشود و این موضوع نیز ناشی از قدرت بالای مکانیکی، نارسانایی در برابر برق و پایداری گرمایی است.
مصارف پلی ایمیدها در الکترونیک شامل صفحات حامل و راهبر، پایه تست، ظرف تراشه، سیم پیچ، عایق سیم، قطعات دیسک سخت، بستهای الکتریکی و کپی کننده های دیجیتالی و قطعات پرینتر برای بازار الکترونیک میشود.
در سالهای اخیر،مواد حسگر پلی ایمید محور، بنا به دلایل زیر توجه زیادی را به خود جلب کرده اند:
فیلم های پلی ایمید دارای خواص بی نظیر فیزیکی، الکتریکی و مکانیکی در دماهای متفاوت هستند (از 269درجه سانتی گراد تا 400 درجه سانتی گراد) و به همین دلیل دریچه ای از مصارف جدید را بروی این فیلمها باز کرده اند.
فیلمهای یلی ایمیدی گزینه ای مطلوب برای برد های مدارهای عایق، پوشش های پودری و تولیدات انتقالی هستند زیرا به خوبی در برابر دمای بالا مقاومت کرده و پایداری ابعادی خوبی نیز دارند.
به کار گیری گسترده ی فیلمهای پلی ایمید به عنوان زیر لایه های عایق در سلولهای خورشیدی منعطف به دلیل وجود خواصی مانند پایداری بالای گرمایی، سفتی و سختی و انعطاف پذیری است. از این فیلمها به منظور تولید سلولهای خورشیدی با بازدهی بیشینه هم استفاده میشود.
لوله گذاری با پلیمرهای پلی ایمید و ساخت پوشش سیم از محصولات متنوعی هستند که در حوزه تجهیزات پزشکی به طور وسیعی به کار برده میشوند. از مصارف معمول انها میتوان به این موارد اشاره کرد: کاتتر های قلبی عروقی، دستگاه های بازیابی و بهبود، حلقه فشار، باندهای علامت زن، آنژیوپلاستی، دستگاه های استنت گذار، دستگاه های نورولوژیکی، عایق های الکتریکی و سیستمهای تحویل دارو.
پلی ایمید خواص زیر را به لوله های تجهیزات پزشکی می بخشد:
پلی ایمید چگونه فراوری میشود؟
اگرچه پلی ایمید نوعی پلیمر بلورین است، محصولاتی که با روش های روزان رانی یا تزریق قالب گیری میشوند، شکل نامنظم و غیر بلورینی دارند. به منظور بهبود دمای کارکرد از 240 درجه سانتی گراد در حالت بی شکل تا 340 درجه سانتی گراد در حالت بلورین، میتوان از تابکاری (گرم کردن ماده و سپس سرد کردن ان به منظور کاهش شکنندگی و فشار درونی) استفاده نمود.
برای قالب گیری تزریقی پلی ایمیدها، دمای قالب باید بین 170 تا 210درجه سانتی گراد باشد و دمای مناسب روش روزن رانی نیز 400درجه سانتی گراد است.
