Scopri i film polimerici ad alte prestazioni come PPS, LCP, PI e PEI: produzione, proprietà, modifiche e applicazioni nei settori dell'elettronica, aerospaziale e 5G.
Pellicola in PPS (solfuro di polifenilene)
Il PPS è una resina termoplastica con una struttura portante contenente gruppi solfuro di benzene. Si è rapidamente affermata come una delle materie plastiche ingegneristiche in più rapida crescita grazie alla sua elevata resistenza al calore, alla sua ignifugazione, al minimo creep ad alte temperature, alla stabilità dimensionale e alle eccellenti proprietà meccaniche.
I film in PPS mostrano un'eccezionale stabilità termica, in particolare in condizioni di elevata umidità e stress. Come mostrato nei dati sottostanti, il film in PPS presenta una resistenza alla trazione e un modulo elastico paragonabili a quelli del PET, ma mantiene eccellenti proprietà meccaniche anche a temperature criogeniche (-196 °C). Inoltre, offre una notevole flessibilità, rendendolo un materiale isolante adatto per applicazioni superconduttive. Il film in PPS presenta inoltre eccezionali proprietà elettriche ad alta frequenza, con una costante dielettrica stabile in un ampio intervallo di temperature e frequenze, e una tangente di perdita dielettrica bassa quanto quella del PP.
Proprietà tipiche dei film PPS, PI e PET
| Articolo |
|
PPS |
PI |
ANIMALE DOMESTICO |
| Resistenza alla trazione (longitudinale/trasversale)/MPa |
300/250 |
180/180 |
250/270 |
| Punto di fusione/℃ |
285 |
Nessuna fusione |
265 |
| dilatazione termica coefficiente/x10-7℃-1 |
3 |
2 |
1.7 |
| Assorbimento d'acqua/% (l'umidità è del 75%) |
0,05 |
22 |
0,4 |
| Resistenza/x10Ω |
0,5 |
1 |
1 |
| costante dielettrica |
1 kHz |
3.0 |
3.5 |
3.3 |
| 1 MHz |
3.0 |
3.4 |
3.2 |
| 1 GHz |
3.0 |
- |
3.1 |
| Tangente di perdita dielettrica |
1 kHz |
0,0006 |
0,003 |
0,002 |
| 1 MHz |
0,0018 |
0,01 |
0,01 |
| 1 GHz |
0,0015 |
- |
0,01 |
1. Metodi di preparazione della pellicola PPS (1) Stampaggio per estrusione e soffiaggio
Il PPS cristallizza rapidamente e ha una scarsa tenacità, rendendolo difficile da processare a causa dell'instabilità della viscosità del fuso. È soggetto a rotture durante lo stampaggio per estrusione-soffiaggio. I ricercatori hanno sviluppato film di PPS utilizzando metodi di stampaggio per estrusione-soffiaggio sia a bolla singola che a doppia bolla. I film presentano elevata resistenza a trazione e modulo elastico, sebbene l'allungamento a rottura sia inferiore per i film a doppia bolla.
(2) Fusione per estrusione
Attualmente, l'unico processo industrializzato per la produzione di pellicole in PPS prevede l'estrusione e la fusione seguite da stiramento biassiale.
2. Modifica della pellicola PPS (1) Modifica del riempitivo
(2) Trattamento al plasma
3. Applicazioni del film PPS
La pellicola PPS è ampiamente utilizzata per la sua elevata resistenza al calore, le eccellenti proprietà isolanti, le straordinarie prestazioni dielettriche, la resistenza alla fiamma e le superiori proprietà meccaniche.
(1) Materiali isolanti elettrici
Rispetto ai film in PET, i film in PPS offrono una resistenza al calore, alla tensione e un isolamento elettrico superiori, mantenendo al contempo la resistenza meccanica alle alte temperature. Sono ideali per l'uso in motori elettrici, batterie, compressori rotativi e altri macchinari rotanti ad alta velocità per migliorarne l'affidabilità. I film in PPS vengono utilizzati anche nei trasformatori ad alta potenza, dove sono richiesti miniaturizzazione e rigorosi standard di sicurezza.
(2) Materiali isolanti per condensatori
I condensatori a film PPS presentano basse perdite e una bassa resistenza equivalente in serie (ESR), rendendoli adatti per alimentatori switching ad alta frequenza e alta corrente. Analogamente ai condensatori PP, i condensatori PPS presentano un basso assorbimento di umidità e un'eccellente resistenza chimica, garantendo una capacità stabile in ambienti umidi.
Pellicola LCP (polimero a cristalli liquidi)
L'LCP è un polimero allo stato intermedio tra cristalli solidi e liquidi, che offre eccellenti proprietà meccaniche, stabilità dimensionale, prestazioni elettriche, resistenza chimica, ignifugazione, resistenza al calore e un basso coefficiente di dilatazione termica. I film LCP sono altamente flessibili con eccellenti proprietà dielettriche, rendendoli ideali per le comunicazioni 5G e le applicazioni LCD. Tuttavia, presentano alcune difficoltà, tra cui l'elevata anisotropia, la difficoltà di controllo della lavorazione e la tendenza alla fibrillazione.
1. Metodi di preparazione del film LCP (1) Fusione per estrusione
I film LCP prodotti tramite fusione per estrusione presentano un significativo orientamento longitudinale, che li rende soggetti a strappi in direzione trasversale. Tuttavia, presentano un'elevata flessibilità e rigidità, che li rende adatti per la produzione di laminati rivestiti in rame (CCL).
(2) Stampaggio per estrusione e soffiaggio
Questo metodo risolve in modo efficace il problema dell'anisotropia nei film LCP ed è attualmente il processo industriale più maturo per la produzione di film LCP.
2. Modifica della pellicola LCP (1) Modifica chimica Applicando la placcatura in rame chimica con KMnO4 come agente mordenzante, i film LCP raggiungono una forza di adesione massima di 12,08 MPa con un tempo di incisione ottimale di 20 minuti, superando i valori precedentemente riportati di 8,0 MPa.
(2) Trattamento al plasma
3. Applicazione del film LCP
La pellicola LCP presenta le caratteristiche di bassa costante dielettrica e bassa perdita dielettrica ed è ampiamente utilizzata nelle comunicazioni 5G, nei circuiti stampati flessibili e in altri campi.
Pellicola PEI (polieterimmide)
Il PEI ha un'eccezionale temperatura di decomposizione (530–550 °C) e una soglia di fragilità a bassa temperatura (-160 °C), che lo rendono altamente resistente alle temperature estreme. Tra le plastiche non rinforzate, presenta la più elevata resistenza alla trazione a temperatura ambiente e un'eccellente resistenza al creep. Vanta inoltre un'elevatissima resistività di volume (>1×10¹⁷ Ω·cm) e una resistenza alla rottura dielettrica di 33–35 kV/mm, mantenendo proprietà dielettriche stabili in un ampio intervallo di frequenza e temperatura.
(1) Fusione per estrusione
(2) Fusione in soluzione
2. Modifica della pellicola PEI (1) Modifica del riempitivo
(2) Modifica dell'innesto
(3) Modifica delle radiazioni UV
3. Applicazioni della pellicola PEI Le pellicole PEI sono ampiamente utilizzate nella schermatura EMI, nei display e nelle celle a combustibile grazie alla loro superiore resistenza chimica, alla stabilità alle alte temperature e alle eccellenti proprietà meccaniche ed elettriche.
Pellicola PSF (polisulfone)
Il PSF è una resina termoplastica con gruppi difenilsolfone nella sua struttura molecolare, che offre elevata resistenza, elevato modulo elastico, basso creep, eccellente stabilità termica e una superiore resistenza all'invecchiamento. Mantiene le sue proprietà meccaniche anche ad alte temperature e mantiene la flessibilità a -100 °C. Inoltre, i film di PSF dimostrano un'eccezionale stabilità dielettrica in un ampio intervallo di temperature e frequenze, rendendoli ideali per condensatori a film resistenti al calore.
1. Metodi di preparazione del film PSF (1) Fusione in soluzione
I ricercatori hanno sviluppato pellicole composite PSF/MWCNT mediante fusione in soluzione, migliorando significativamente la conduttività con contenuti di MWCNT compresi tra lo 0,05% e lo 0,3%.
(2) Stampaggio per estrusione e soffiaggio
Sono stati condotti studi su pellicole multistrato PSF/PVDF prodotte mediante stampaggio a soffiaggio per coestrusione a moltiplicazione di strati, identificando un orientamento preferito dei cristalli α negli strati di PVDF rispetto all'interfaccia PSF/PVDF.
2. Modifica della pellicola PSF (1) Modifica dell'innesto
(2) Modifica del riempitivo
3. Applicazioni del film PSF I film PSF sono ampiamente utilizzati nelle celle a combustibile e nei condensatori a film grazie alle loro superiori proprietà dielettriche, meccaniche e chimiche.
Pellicola PI (poliimmide)
PI è una resina termoplastica con gruppi immidici nella sua struttura principale, nota per la sua eccezionale resistenza al calore, resistenza meccanica, stabilità dimensionale e proprietà di isolamento elettrico. Trova ampie applicazioni nei settori aerospaziale, elettronico, delle telecomunicazioni e dei materiali compositi. I film PI sono giallastri, trasparenti e in grado di funzionare a lungo termine tra -269 °C e 280 °C, con una resistenza al calore a breve termine fino a 400 °C. Queste caratteristiche rendono i film PI particolarmente adatti per circuiti stampati flessibili, comunicazioni 5G e display LCD.
(1) Fusione in soluzione
I ricercatori hanno sviluppato pellicole PI mediante fusione di soluzione di acido poliammidico, essiccazione, stiramento e immidizzazione termica.
(2) Stampaggio a soffiaggio
Il Langley Research Center della NASA ha sviluppato un nuovo processo di stampaggio a soffiaggio per film di PI ultrasottili, diverso dalle tecniche di stampaggio a soffiaggio convenzionali. La configurazione, che prevede il soffiaggio dall'alto verso il basso, ha portato alla realizzazione di un prototipo di dispositivo in grado di produrre con successo film di PI ultrasottili.
2. Modifica del film PI (1) Modifica del riempitivo
I ricercatori hanno incorporato nanoparticelle di BaTiO3 nel PI tramite polimerizzazione in situ, quindi hanno elaborato le pellicole tramite fusione in soluzione.
(2) Trattamento al plasma
3. Applicazioni del film PI Grazie alla loro elevata resistenza alle alte temperature, alla stabilità dimensionale e alle proprietà meccaniche, i film PI vengono utilizzati nelle celle a combustibile, nei circuiti stampati flessibili, nei display LCD, nelle comunicazioni 5G, nei componenti isolanti, nei cablaggi e nella microelettronica.
