يتمتع البولي إيميد بمقاومة قوية للغاية للحرارة ومقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة للغاية واستقرار أبعادي جيد.
ما هو البوليميد؟
البولي إيميد (PI) هو نوع من المواد البوليمرية عالية المقاومة للحرارة، طُوّر في خمسينيات القرن العشرين. يشير هذا المصطلح عمومًا إلى نوع من البوليمر يحتوي على حلقة إيميد (—CO—NH—CO—) على السلسلة الرئيسية.
خصائص الأداء
نظرًا لأن بنية البولي إيميد تحتوي على حلقات غير متجانسة عطرية مستقرة جدًا، فإنها تتمتع بالعديد من الخصائص الممتازة:
1. مقاومة الحرارة:
يتميز البولي إيميد بمقاومة حرارية عالية جدًا. يُظهر تحليل الوزن الحراري (TGA) أن درجة حرارة تحلل البولي إيميد يمكن أن تصل إلى 500-600 درجة مئوية. وهو من أكثر البوليمرات استقرارًا في هذه المرحلة.
2. مقاومة درجات الحرارة المنخفضة
تتميز مادة البولي إيميد بمقاومة فائقة لدرجات الحرارة المنخفضة. حتى في النيتروجين السائل ذي درجات الحرارة المنخفضة جدًا، لا تصبح هشة، وتحافظ على قوتها الميكانيكية.
3. خصائص ميكانيكية جيدة:
تبلغ قوة الشد لفيلم بوليميد هوموفينيلين (كابتون) 170 ميجا باسكال ومعامل الشد 3.0 جيجا باسكال، في حين تصل قوة الشد لبوليميد بيفينيل (أوبيلكس) إلى 400 ميجا باسكال ومعامل الشد 3 ~ 4 جيجا باسكال، ويمكن أن تكون أكبر من 200 جيجا باسكال بعد التحسين.
4. استقرار أبعاد جيد:
تتميز مادة البولي إيميد بمعامل تمدد حراري منخفض للغاية. يتراوح معامل التمدد الحراري عادةً بين 2×105 و3×10-5/℃. أما بولي إيميد ثنائي الفينيل، فيبلغ معامل التمدد الحراري 1×10-6/℃. ويمكن أن يصل معامل التمدد الحراري للمنتجات الفردية إلى 1×10-7/℃، وهو قريب من معامل التمدد الحراري للمعدن. وبفضل هذا المعامل المنخفض، تُستخدم البولي إيميدات على نطاق واسع في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة المرنة.
5. خصائص عازلة وكهربائية جيدة:
يتراوح ثابت العزل الكهربائي لمواد البولي إيميد عادةً بين 3.0 و3.6. عند إضافة ذرات الفلور أو تشتيت هواء نانوي فيها، يمكن خفض ثابت العزل الكهربائي إلى ما بين 2.5 و2.7، أو حتى أقل. يبلغ فقدان العزل الكهربائي حوالي 1×10-3، وتتراوح قوة العزل الكهربائي بين 100 و300 كيلو فولت/مم، وتبلغ مقاومة الحجم 1×1017 أوم.سم. يضمن هذا البولي إيميد ذو ثابت العزل الكهربائي المنخفض استخدامه كمواد تغليف ومواد عازلة في صناعة الإلكترونيات الدقيقة.
6. مقاومة جيدة للإشعاع:
تتمتع مواد البولي إيميد بثبات في درجات الحرارة العالية والفراغ العالي والإشعاع، كما تحتوي على نسبة منخفضة من المادة المتطايرة.
7. الاستقرار الكيميائي الجيد:
عادةً ما يكون البولي إيميد غير قابل للذوبان في المذيبات العضوية الشائعة، كما أنه لا يذوب إلا في بعض المذيبات العضوية القطبية المحددة. ومع ذلك، فإن البولي إيميد، كغيره من البوليمرات العطرية، لا يقاوم حمض الكبريتيك المركز وحمض النيتريك المركز والهالوجينات. يتميز البولي إيميد بمقاومة عالية للتحلل المائي للأحماض المخففة، وثبات عالٍ تجاه المؤكسدات وعوامل الاختزال، خاصةً في درجات الحرارة العالية. إلا أن بعض الأنواع لا تقاوم التحلل المائي، وخاصةً التحلل المائي القلوي.
8. مقاومة جيدة للهب:
البولي إيميد بوليمر ذاتي الإطفاء، ذو معدل دخان منخفض جدًا. غالبًا ما تتجاوز نسبة بقايا الكربون بعد الاحتراق في درجات حرارة عالية 50%. وهو مقاوم جيد للحرارة والهب.
9. غير سامة ومتوافقة حيويا:
البولي إيميدات غير سامة، وبعضها متوافق حيويًا للغاية. يمكن استخدامها في صناعة أدوات المائدة والمعدات الطبية، وتتحمل آلاف عمليات التعقيم.
10.البوليميد له عيوبه أيضًا:
البولي إيميد التقليدي غير قابل للانصهار ويصعب معالجته، وغشاؤه صلب وهش وقليل المتانة؛ وعند استخدامه في صناعة الإلكترونيات الدقيقة، يكون معامل تمدده الحراري ضعيفًا. وفي صناعة الاتصالات البصرية، تكون شفافيته ضعيفة، وفي الوقت نفسه، يكون التصاقه ضعيفًا.
طريقة تصنيع البولي إيميد
يمكن تقسيم طرق تخليق البولي إيميد إلى فئتين. النوع الأول هو تكوين حلقة إيميد أثناء عملية البلمرة أو في تفاعل جزيئي كبير؛ والنوع الثاني هو تخليق البولي إيميد من مونومرات تحتوي على حلقات إيميد.
يتضمن النوع الأول من طرق التخليق بشكل رئيسي: تفاعل ثنائي الهيدريد مع ثنائي الأمين لتكوين بولي إيميد؛ تفاعل حمض رباعي القاعدة مع ثنائي الأمين لتكوين بولي إيميد؛ تفاعل إستر ثنائي القاعدة لحمض رباعي القاعدة مع ثنائي الأمين. ويُحصل على بولي إيميد، وما إلى ذلك، من تفاعل ثنائي الهيدريد مع ثنائي إيزوسيانات.
في النوع الثاني من طريقة التخليق، تم استخدام جميع تفاعلات البلمرة التكثيفية الشائعة تقريبًا لتخليق بوليمرات مختلفة بحلقات إيميد من مونومرات بحلقات إيميد، مثل إيميد البوليستر، إيميد البولي أميد، إيميد البولي كربونات، إيميد البولي يوريثين، إلخ.
نوع البولي إيميد
وفقًا للتركيب الكيميائي للوحدات المتكررة، تُقسّم البوليميدات إلى ثلاثة أنواع: بوليميدات أليفاتية، وشبه عطرية، وعطرية. أما من حيث الخواص الحرارية، فتُقسّم إلى نوعين: بلاستيك حراري (يشمل اللدائن الحرارية الحقيقية واللدائن الحرارية الزائفة) وبلاستيك حراري متصلب.
بولي إيميد اللدائن الحرارية يتدفق ويتشوه عند تسخينه، ويحافظ على شكله بعد التبريد. ضمن نطاق درجة حرارة معين، يمكن تليينه مرارًا وتكرارًا بالتسخين وتصليبه بالتبريد. تنتمي بولي إيميدات أنهيدريد الإيثر، المُحصل عليها من تفاعل أنهيدريد ثنائي فينيل إيثر رباعي الكربوكسيل مع ثنائيات الأمين العطرية، إلى هذه الفئة، ويمكن تشكيلها عدة مرات عند درجة حرارة 390 درجة مئوية.
يمكن للبولي إيميد المتصلب بالحرارة أن يلين ويتدفق عند تسخينه لأول مرة. عند تسخينه إلى درجة حرارة معينة، يحدث تفاعل كيميائي - يتصلب الترابط ويتصلب. هذا التغيير لا رجعة فيه. بعد ذلك، عند تسخينه مرة أخرى، يفقد قدرته على اللين والتدفق.
يُصنع البولي إيميد المتصلب بالحرارة عادةً من بولي إيميد منخفض الوزن الجزيئي أو حمض بولي أميك ذي مجموعات غير مشبعة في نهايته، ويُبلمر باستخدام مجموعات غير مشبعة في نهايته عند استخدامه. وفقًا لعوامل التغطية النهائية المختلفة وطرق التصنيع، يُصنف البولي إيميد بشكل رئيسي إلى راتنج بيسمياليميد، وراتنج بولي إيميد من نوع PMR، وراتنج بولي إيميد منتهي بالفينيل، وراتنج بولي إيميد غير متماثل قائم على ثنائي الهيدريد. راتنج الإيمين، وراتنج بولي إيميد قابل للذوبان بعد عملية الإيميد، وراتنج بولي إيميد منتهي بالإيثينيل.
