استكشف أفلام البوليمر عالية الأداء مثل PPS وLCP وPI وPEI - التصنيع والخصائص والتعديلات والتطبيقات في الإلكترونيات والفضاء و5G.
فيلم PPS (كبريتيد البوليفينيلين)
PPS هو راتنج حراري بلاستيكي ذو أساس يحتوي على مجموعات كبريتيد البنزين. وقد برز بسرعة كواحد من أسرع المواد البلاستيكية الهندسية نموًا بفضل مقاومته العالية للحرارة، ومقاومته للهب، وقدرته على الزحف عند درجات الحرارة العالية، وثباته البعدي، وخصائصه الميكانيكية الممتازة.
تتميز أفلام PPS بثبات حراري ممتاز، خاصةً في ظل ظروف الرطوبة العالية والإجهاد. وكما هو موضح في البيانات أدناه، تتمتع أفلام PPS بقوة شد ومعامل مرونة مماثلين لـ PET، لكنها تحافظ على خصائص ميكانيكية ممتازة حتى في درجات الحرارة المنخفضة جدًا (-196 درجة مئوية). بالإضافة إلى ذلك، توفر هذه الأفلام مرونة كبيرة، مما يجعلها مادة عزل مناسبة لتطبيقات الموصلية الفائقة. كما تتميز أفلام PPS بخصائص كهربائية عالية التردد استثنائية، مع ثابت عازل ثابت على نطاق واسع من درجات الحرارة والترددات، وظل فقدانها العازل منخفض مثل ظل مادة PP.
الخصائص النموذجية لأفلام PPS وPI وPET
| غرض |
|
بي بي اس |
باي |
حيوان أليف |
| قوة الشد (طولي/عرضي)/ميجا باسكال |
300/250 |
180/180 |
250/270 |
| نقطة الانصهار/درجة مئوية |
285 |
لا ذوبان |
265 |
| التمدد الحراري معامل/x10-7℃-1 |
3 |
2 |
1.7 |
| امتصاص الماء/% (الرطوبة 75%) |
0.05 |
22 |
0.4 |
| المقاومة/x10Ω |
0.5 |
1 |
1 |
| ثابت العزل الكهربائي |
1 كيلوهرتز |
3.0 |
3.5 |
3.3 |
| 1 ميجا هرتز |
3.0 |
3.4 |
3.2 |
| 1 جيجاهرتز |
3.0 |
- |
3.1 |
| ظل الخسارة العازلة |
1 كيلوهرتز |
0.0006 |
0.003 |
0.002 |
| 1 ميجا هرتز |
0.0018 |
0.01 |
0.01 |
| 1 جيجاهرتز |
0.0015 |
- |
0.01 |
1. طرق تحضير فيلم PPS (1) البثق والنفخ
يتبلور PPS بسرعة، ويتميز بصلابة ضعيفة، مما يُصعّب معالجته نظرًا لعدم استقرار لزوجة الصهر. وهو عرضة للتمزق أثناء عملية النفخ بالبثق. وقد طوّر الباحثون أغشية PPS باستخدام طريقتي النفخ بالبثق أحادي الفقاعة ومزدوج الفقاعة. تتميز هذه الأغشية بقوة شد ومرونة عالية، مع أن استطالتها عند الكسر تكون أقل في الأغشية ثنائية الفقاعة.
(2) الصب بالبثق
في الوقت الحالي، تتضمن العملية الصناعية الوحيدة لإنتاج فيلم PPS عملية الصب بالبثق متبوعة بالتمدد ثنائي المحور.
2. تعديل فيلم PPS (1) تعديل الحشو
(2) علاج البلازما
3. تطبيقات أفلام PPS
يتم استخدام فيلم PPS على نطاق واسع بسبب مقاومته العالية للحرارة وخصائص العزل الممتازة والأداء العازل المتميز ومقاومة اللهب والخصائص الميكانيكية الفائقة.
(1) مواد العزل الكهربائي
مقارنةً بأفلام PET، تتميز أفلام PPS بمقاومة فائقة للحرارة والجهد والعزل الكهربائي، مع الحفاظ على القوة الميكانيكية في درجات الحرارة العالية. وهي مثالية للاستخدام في المحركات الكهربائية والبطاريات والضواغط الدوارة وغيرها من الآلات الدوارة عالية السرعة لتعزيز الموثوقية. كما تُستخدم أفلام PPS في المحولات عالية القدرة التي تتطلب تصغيرًا في الحجم ومعايير سلامة صارمة.
(2) مواد عزل المكثفات
تتميز مكثفات غشاء PPS بفقدان منخفض ومقاومة متسلسلة مكافئة (ESR)، مما يجعلها مناسبة لإمدادات الطاقة عالية التردد والتيار العالي. وكما هو الحال مع مكثفات PP، تتميز مكثفات PPS بامتصاص منخفض للرطوبة ومقاومة كيميائية ممتازة، مما يضمن استقرار السعة في البيئات الرطبة.
فيلم LCP (بوليمر الكريستال السائل)
LCP هو بوليمر في حالة وسيطة بين البلورات الصلبة والسائلة، يتميز بخصائص ميكانيكية ممتازة، وثبات أبعاد، وأداء كهربائي، ومقاومة كيميائية، ومقاومة للهب، ومقاومة للحرارة، ومعامل تمدد حراري منخفض. تتميز أغشية LCP بمرونة عالية وخصائص عازلة ممتازة، مما يجعلها مثالية لاتصالات الجيل الخامس (5G) وتطبيقات شاشات الكريستال السائل (LCD). ومع ذلك، تشمل التحديات تباين الخواص العالي، وصعوبة التحكم في المعالجة، والميل إلى الالتواء.
1. طرق تحضير فيلم LCP (1) الصب بالبثق
تتميز أفلام LCP المُنتجة بتقنية الصب بالبثق بتوجه طولي كبير، مما يجعلها عرضة للتمزق في الاتجاه العرضي. ومع ذلك، تتميز بمرونة وصلابة عاليتين، مما يجعلها مناسبة للصفائح النحاسية المكسوة (CCL).
(2) البثق والنفخ
تعالج هذه الطريقة بشكل فعال مشكلة التباين في أفلام LCP وهي حاليًا العملية الصناعية الأكثر نضجًا لإنتاج أفلام LCP.
2. تعديل فيلم LCP (1) التعديل الكيميائي من خلال تطبيق طلاء النحاس الخالي من الكهرباء مع KMnO4 كمادة حاكة، تحقق أفلام LCP قوة التصاق قصوى تبلغ 12.08 ميجا باسكال في وقت حفر مثالي يبلغ 20 دقيقة، متجاوزة القيم المبلغ عنها سابقًا والتي بلغت 8.0 ميجا باسكال.
(2) علاج البلازما
3. تطبيق فيلم LCP
يتميز فيلم LCP بالثابت العازل المنخفض والخسارة العازلة، ويُستخدم على نطاق واسع في اتصالات 5G والدوائر المطبوعة المرنة وغيرها من المجالات.
فيلم PEI (بولي إيثير إيميد)
يتميز PEI بدرجة حرارة تحلل استثنائية (530-550 درجة مئوية) وعتبة هشاشة منخفضة (-160 درجة مئوية)، مما يجعله مقاومًا للغاية لدرجات الحرارة القصوى. ومن بين المواد البلاستيكية غير المقواة، يتميز بأعلى قوة شد في درجة حرارة الغرفة، بالإضافة إلى مقاومة ممتازة للزحف. كما يتميز بمقاومة حجمية عالية جدًا (>1×10¹⁷ Ω·cm) وقوة انهيار عازلة تتراوح بين 33 و35 كيلو فولت/مم، مما يحافظ على ثبات خصائصه العازلة على نطاق واسع من الترددات ودرجات الحرارة.
(1) الصب بالبثق
(2) صب الحلول
2. تعديل فيلم PEI (1) تعديل الحشو
(2) تعديل التطعيم
(3) تعديل الأشعة فوق البنفسجية
3. تطبيقات أفلام جزيرة الأمير إدوارد تُستخدم أفلام PEI على نطاق واسع في حماية EMI والشاشات وخلايا الوقود نظرًا لمقاومتها الكيميائية الفائقة واستقرارها في درجات الحرارة العالية وخصائصها الميكانيكية والكهربائية الممتازة.
فيلم PSF (بولي سلفون)
PSF هو راتنج حراري بلاستيكي يحتوي على مجموعات ثنائي فينيل سلفون في بنيته الجزيئية، ويتميز بقوة عالية، ومعامل مرونة عالٍ، وزحف منخفض، وثبات حراري ممتاز، ومقاومة فائقة للشيخوخة. يحافظ على خواصه الميكانيكية حتى في درجات الحرارة العالية، ويحافظ على مرونته عند -100 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، تتميز أغشية PSF بثبات عازل ممتاز على نطاق واسع من درجات الحرارة والترددات، مما يجعلها مثالية لمكثفات الأغشية المقاومة للحرارة.
1. طرق تحضير فيلم PSF (1) صب الحلول
قام الباحثون بتطوير أفلام مركبة من PSF/MWCNT من خلال الصب بالمحلول، مما أدى إلى تعزيز التوصيل بشكل كبير مع محتويات MWCNT بين 0.05٪ و 0.3٪.
(2) البثق والنفخ
استكشفت الدراسات أفلام PSF/PVDF متعددة الطبقات المنتجة عن طريق نفخ القوالب المشتركة متعددة الطبقات، مما أدى إلى تحديد اتجاه البلورة α المفضل في طبقات PVDF بالنسبة لواجهة PSF/PVDF.
2. تعديل فيلم PSF (1) تعديل التطعيم
(2) تعديل الحشو
3. تطبيقات أفلام PSF تُستخدم أفلام PSF على نطاق واسع في خلايا الوقود ومكثفات الأفلام نظرًا لخصائصها العازلة والميكانيكية والكيميائية المتفوقة.
فيلم PI (بولي إيميد)
PI هو راتنج حراري لدن يتكون أساسه من مجموعات إيميد، ويتميز بمقاومته الاستثنائية للحرارة، ومتانته الميكانيكية، وثبات أبعاده، وخصائص عزله الكهربائي. يُستخدم على نطاق واسع في صناعات الطيران، والإلكترونيات، والاتصالات، والمواد المركبة. تتميز أفلام PI بلونها الأصفر وشفافيتها، وقدرتها على العمل لفترات طويلة في درجات حرارة تتراوح بين -269 درجة مئوية و280 درجة مئوية، مع مقاومة حرارية قصيرة المدى تصل إلى 400 درجة مئوية. هذه الخصائص تجعل أفلام PI مناسبة بشكل خاص للدوائر المطبوعة المرنة، واتصالات الجيل الخامس، وشاشات LCD.
(1) صب الحلول
قام الباحثون بتطوير أفلام PI من خلال صب محلول حمض البولياميك، والتجفيف، والتمدد، والمعالجة الحرارية.
(2) النفخ
طوّر مركز لانغلي للأبحاث التابع لناسا عملية نفخ مبتكرة لأغشية البولي إيثيلين فائقة الرقة، تختلف عن تقنيات النفخ التقليدية. وقد أدى تركيبها، الذي يعتمد على النفخ من الأعلى إلى الأسفل، إلى تطوير نموذج أولي لجهاز يُنتج بنجاح أغشية البولي إيثيلين فائقة الرقة.
2. تعديل فيلم PI (1) تعديل الحشو
قام الباحثون بدمج جسيمات نانوية من BaTiO3 في PI عن طريق البلمرة في الموقع، ثم قاموا بمعالجة الأفلام من خلال الصب بالمحلول.
(2) علاج البلازما
3. تطبيقات أفلام PI بفضل مقاومتها العالية لدرجات الحرارة العالية، واستقرارها الأبعادي، وخصائصها الميكانيكية، تُستخدم أفلام PI في خلايا الوقود، والدوائر المطبوعة المرنة، وشاشات LCD، واتصالات 5G، ومكونات العزل، والأسلاك، والإلكترونيات الدقيقة.
