Terokai filem polimer berprestasi tinggi seperti PPS, LCP, PI dan PEI—pembuatan, sifat, pengubahsuaian dan aplikasi dalam elektronik, aeroangkasa dan 5G.
Filem PPS (Polyphenylene Sulfide).
PPS ialah resin termoplastik dengan tulang belakang yang mengandungi kumpulan benzena sulfida. Ia telah muncul dengan pantas sebagai salah satu plastik kejuruteraan yang paling pesat berkembang kerana rintangan haba yang tinggi, kalis api, rayapan minimum pada suhu tinggi, kestabilan dimensi dan sifat mekanikal yang sangat baik.
Filem PPS mempamerkan kestabilan haba yang luar biasa, terutamanya dalam keadaan kelembapan dan tekanan yang tinggi. Seperti yang ditunjukkan dalam data di bawah, filem PPS mempunyai kekuatan tegangan dan modulus yang setanding dengan PET tetapi mengekalkan sifat mekanikal yang sangat baik walaupun pada suhu kriogenik (-196°C). Selain itu, ia menawarkan fleksibiliti yang ketara, menjadikannya bahan penebat yang sesuai untuk aplikasi superkonduktor. Filem PPS juga mempunyai sifat elektrik frekuensi tinggi yang luar biasa, dengan pemalar dielektrik yang stabil pada julat suhu dan frekuensi yang luas, dan tangen kehilangan dielektriknya adalah serendah PP.
Sifat tipikal filem PPS, PI dan PET
| item |
|
PPS |
PI |
PET |
| Kekuatan tegangan (membujur/melintang)/MPa |
300/250 |
180/180 |
250/270 |
| Takat lebur/℃ |
285 |
Tidak Mencair |
265 |
| Pengembangan terma pekali/x10-7℃-1 |
3 |
2 |
1.7 |
| Penyerapan air/% (kelembapan ialah 75%) |
0.05 |
22 |
0.4 |
| Rintangan/x10Ω |
0.5 |
1 |
1 |
| Pemalar dielektrik |
1 KHz |
3.0 |
3.5 |
3.3 |
| 1 MHz |
3.0 |
3.4 |
3.2 |
| 1 GHz |
3.0 |
- |
3.1 |
| tangen kehilangan dielektrik |
1 KHz |
0.0006 |
0.003 |
0.002 |
| 1 MHz |
0.0018 |
0.01 |
0.01 |
| 1 GHz |
0.0015 |
- |
0.01 |
1. Kaedah Penyediaan Filem PPS (1) Pengacuan Tiupan Penyemperitan
PPS menghablur dengan cepat dan mempunyai keliatan yang lemah, menjadikannya sukar untuk diproses kerana kelikatan cair yang tidak stabil. Ia terdedah kepada pecah semasa pengacuan tamparan penyemperitan. Penyelidik telah membangunkan filem PPS menggunakan kaedah pengacuan tamparan penyemperitan buih tunggal dan dua buih. Filem ini mempamerkan kekuatan tegangan dan modulus yang tinggi, walaupun pemanjangan semasa pecah adalah lebih rendah untuk filem gelembung berganda.
(2) Tuangan Penyemperitan
Pada masa ini, satu-satunya proses perindustrian untuk penghasilan filem PPS melibatkan tuangan penyemperitan diikuti dengan regangan dwipaksi.
2. Pengubahsuaian Filem PPS (1) Pengubahsuaian Pengisi
(2) Rawatan Plasma
3. Aplikasi Filem PPS
Filem PPS digunakan secara meluas kerana rintangan haba yang tinggi, sifat penebat yang sangat baik, prestasi dielektrik yang cemerlang, kalis api, dan sifat mekanikal yang unggul.
(1) Bahan Penebat Elektrik
Berbanding dengan filem PET, filem PPS menawarkan rintangan haba yang unggul, rintangan voltan dan penebat elektrik, sambil mengekalkan kekuatan mekanikal pada suhu tinggi. Ia sesuai untuk digunakan dalam motor elektrik, bateri, pemampat berputar dan jentera berputar berkelajuan tinggi lain untuk meningkatkan kebolehpercayaan. Filem PPS juga digunakan dalam transformer berkuasa tinggi di mana pengecilan dan piawaian keselamatan yang ketat diperlukan.
(2) Bahan Penebat Kapasitor
Kapasitor filem PPS mempamerkan kehilangan rendah dan rintangan siri setara rendah (ESR), menjadikannya sesuai untuk bekalan kuasa pensuisan arus tinggi frekuensi tinggi. Sama seperti kapasitor PP, kapasitor PPS mempunyai penyerapan lembapan yang rendah dan rintangan kimia yang sangat baik, memastikan kemuatan yang stabil dalam persekitaran lembap.
Filem LCP (Liquid Crystal Polymer).
LCP ialah polimer keadaan pertengahan antara kristal pepejal dan cecair, menawarkan sifat mekanikal yang sangat baik, kestabilan dimensi, prestasi elektrik, rintangan kimia, kalis api, rintangan haba dan pekali pengembangan haba yang rendah. Filem LCP sangat fleksibel dengan sifat dielektrik yang sangat baik, menjadikannya sesuai untuk komunikasi 5G dan aplikasi LCD. Walau bagaimanapun, cabaran termasuk anisotropi tinggi, kawalan pemprosesan yang sukar, dan kecenderungan ke arah fibrilasi.
1. Kaedah Penyediaan Filem LCP (1) Tuangan Penyemperitan
Filem LCP yang dihasilkan melalui tuangan penyemperitan mempunyai orientasi membujur yang ketara, menjadikannya terdedah kepada koyak dalam arah melintang. Walau bagaimanapun, ia mempamerkan fleksibiliti dan kekakuan yang tinggi, menjadikannya sesuai untuk lamina bersalut tembaga (CCL).
(2) Pengacuan Tiupan Penyemperitan
Kaedah ini berkesan menangani isu anisotropi dalam filem LCP dan kini merupakan proses perindustrian yang paling matang untuk pengeluaran filem LCP.
2. Pengubahsuaian Filem LCP (1) Pengubahsuaian Kimia Dengan menggunakan penyaduran kuprum tanpa elektro dengan KMnO4 sebagai etsa, filem LCP mencapai kekuatan lekatan maksimum 12.08 MPa pada masa goresan optimum selama 20 minit, melebihi nilai yang dilaporkan sebelum ini iaitu 8.0 MPa.
(2) Rawatan Plasma
3. Penggunaan filem LCP
Filem LCP mempunyai ciri pemalar dielektrik rendah dan kehilangan dielektrik, dan digunakan secara meluas dalam komunikasi 5G, litar bercetak fleksibel dan bidang lain.
Filem PEI (Polyetherimide).
PEI mempunyai suhu penguraian yang luar biasa (530–550°C) dan ambang kerosakkan suhu rendah (-160°C), menjadikannya sangat tahan terhadap suhu yang melampau. Antara plastik tidak bertetulang, ia mempunyai kekuatan tegangan suhu bilik tertinggi dan rintangan rayapan yang sangat baik. Ia juga mempunyai kerintangan isipadu yang sangat tinggi (>1×10¹⁷ Ω·cm) dan kekuatan pecahan dielektrik 33–35 kV/mm, mengekalkan sifat dielektrik yang stabil pada julat frekuensi dan suhu yang luas.
(1) Tuangan Penyemperitan
(2) Tuangan Penyelesaian
2. Pengubahsuaian Filem PEI (1) Pengubahsuaian Pengisi
(2) Pengubahsuaian Cantuman
(3) Pengubahsuaian Sinaran UV
3. Aplikasi Filem PEI Filem PEI digunakan secara meluas dalam pelindung, paparan dan sel bahan api EMI kerana rintangan kimia yang unggul, kestabilan suhu tinggi dan sifat mekanikal dan elektrik yang sangat baik.
Filem PSF (Polysulfone).
PSF ialah resin termoplastik dengan kumpulan difenil sulfon dalam struktur molekulnya, menawarkan kekuatan tinggi, modulus tinggi, rayapan rendah, kestabilan haba yang sangat baik dan rintangan penuaan yang unggul. Ia mengekalkan sifat mekanikalnya walaupun pada suhu tinggi dan mengekalkan fleksibiliti pada -100°C. Selain itu, filem PSF menunjukkan kestabilan dielektrik yang luar biasa pada julat suhu dan frekuensi yang luas, menjadikannya sesuai untuk kapasitor filem kalis haba.
1. Kaedah Penyediaan Filem PSF (1) Tuangan Penyelesaian
Penyelidik telah membangunkan filem komposit PSF/MWCNT melalui tuangan larutan, meningkatkan kekonduksian dengan ketara dengan kandungan MWCNT antara 0.05% dan 0.3%.
(2) Pengacuan Tiupan Penyemperitan
Kajian telah meneroka filem PSF/PVDF berbilang lapisan yang dihasilkan melalui pengacuan tiupan penyemperitan bersama darab, mengenal pasti orientasi α-kristal pilihan dalam lapisan PVDF berbanding antara muka PSF/PVDF.
2. Pengubahsuaian Filem PSF (1) Pengubahsuaian Cantuman
(2) Pengubahsuaian Pengisi
3. Aplikasi Filem PSF Filem PSF digunakan secara meluas dalam sel bahan api dan kapasitor filem kerana sifat dielektrik, mekanikal dan kimianya yang unggul.
Filem PI (Polyimide).
PI ialah resin termoplastik dengan kumpulan imida di tulang belakangnya, terkenal dengan rintangan haba yang luar biasa, kekuatan mekanikal, kestabilan dimensi dan sifat penebat elektrik. Ia menemui aplikasi yang meluas dalam aeroangkasa, elektronik, telekomunikasi dan bahan komposit. Filem PI berwarna kekuningan, lutsinar, dan mampu beroperasi jangka panjang antara -269°C dan 280°C, dengan rintangan haba jangka pendek sehingga 400°C. Atribut ini menjadikan filem PI sangat sesuai untuk litar bercetak fleksibel, komunikasi 5G dan paparan LCD.
(1) Tuangan Penyelesaian
Penyelidik telah membangunkan filem PI melalui tuangan larutan asid poliamik, pengeringan, regangan, dan imidisasi haba.
(2) Pengacuan Tiupan
Pusat Penyelidikan Langley NASA telah membangunkan proses pengacuan tamparan novel untuk filem PI ultra-nipis, berbeza daripada teknik acuan tamparan konvensional. Persediaan mereka, bertiup dari atas ke bawah, telah membawa kepada peranti prototaip berjaya menghasilkan filem PI ultra-nipis.
2. Pengubahsuaian Filem PI (1) Pengubahsuaian Pengisi
Penyelidik telah memasukkan nanopartikel BaTiO3 ke dalam PI melalui pempolimeran in-situ, kemudian memproses filem melalui tuangan larutan.
(2) Rawatan Plasma
3. Aplikasi Filem PI Oleh kerana rintangan suhu tinggi yang unggul, kestabilan dimensi dan sifat mekanikalnya, filem PI digunakan dalam sel bahan api, litar bercetak fleksibel, paparan LCD, komunikasi 5G, komponen penebat, pendawaian dan mikroelektronik.
