聚酰亚胺薄膜生产工艺及物性.doc

聚酰亚胺薄膜生产工艺及物性聚酰亚胺薄膜是一种新型的耐高温有机聚合物薄膜 , 是由均苯四甲酸二酐(PMDA)和二氨基二苯醚(ODA)在极强性溶剂二甲基乙酰胺(DMAC)中经缩聚并流涎成膜,再经亚胺化而成.它是目前世界上性能最好的薄膜类绝缘材料,具有优良的力学性能 、 电性能 、 化学稳定性以及很高的抗辐射性能、 耐高温和耐低温性能 (-269 至 + 400 )。1959 年美国杜邦公司首先合成出芳香族聚酰亚胺 ,1962 年试制成聚酰亚胺薄膜 (PI薄膜 ),1965 年开始生产 , 商品牌号为 KAPTON。我国 60 年代末可以小批量生产聚酰亚胺薄膜，现在已广泛应用于航空、航海、宇宙飞船、火箭导弹、原子能、电子电器工业等各个领域。 一、薄膜的制造聚酰亚胺薄膜的生产基本上是二步法，第一步：合成聚酰胺酸，第二步：成膜亚胺化。成膜方法主要有浸渍法（或称铝箔上胶法）、流延法和流涎拉伸法。浸渍法设备简单、工艺简单，但薄膜表面经常粘有铝粉，薄膜长度受到限制，生产效率低，此法不宜发展；流涎法设备精度高，薄膜均匀性好，表面干净平整，薄膜长度不受限制，可以连续化生产，薄膜各方面性能均不错，一般要求的薄膜均可采用此法生产；拉伸法生产的薄膜，性能有显著提高，但工艺复杂生产条件苛刻，投资大，产品价格高，只有高质量薄膜才采用此法。因此本站只介绍流涎法。流涎法主要设备：不锈钢树脂溶液储罐、流涎嘴、流涎机、亚胺化炉、收卷机和热风系统等。制备步骤：消泡后的聚酰胺酸溶液，由不锈钢溶液储罐经管路压入前机头上的流涎嘴储槽中。钢带以图所示方向匀速运行，将储槽中的溶液经流涎嘴前刮板带走，而形成厚度均匀的液膜，然后进入烘干道干燥。洁净干燥的空气由鼓风机送入加热器预热到一定温度后进入上、下烘干道。热风流动方向与钢带运行方向相反，以便使液膜在干燥时温度逐渐升高，溶剂逐渐挥发，增加干燥效果。聚酰胺酸薄膜在钢带上随其运行一周，溶剂蒸发成为固态薄膜，从钢带上剥离下的薄膜 经导向辊引向亚胺化炉。亚胺化炉一般为多辊筒形式，与流涎机同步速度的导向辊引导聚酰胺酸薄膜进入亚胺化炉，高温亚胺化后，由收卷机收卷。二、薄膜的检测聚酰亚胺薄膜从深冷269 至高温 400 范围内仍能显示优异的物理、力学和电 气性能。产品制造好后，均要对其拉伸强度、断裂伸长率、工频电气强度、表面电阻率、体积电阻率等进行测试。主要检测设备简介YDQC系列轻型高压试验变压器主要用于测试聚酰亚胺薄膜的电气强度例如：厚度0.025mm,0.04mm,0.05mm的薄膜,电气强度:平均值150Mv/m,个别值100Mv/m厚度0.075mm的薄膜,电气强度:平均值130Mv/m,个别值80Mv/m厚度0.1mm的薄膜,电气强度:平均值110Mv/m,个别值70Mv/mJD3投影立式光学计用于测试聚酰亚胺薄膜的厚度公差例如:厚度0.025mm薄膜的厚度公差 上公差+4,下公差-3厚度0.04mm薄膜的厚度公差 上公差+6,下公差-5厚度0.05mm薄膜的厚度公差 上公差+7,下公差-6厚度0.075mm薄膜的厚度公差 上公差+8,下公差-6厚度0.10mm薄膜的厚度公差 上公差+10,下公差-7MZ-4000C微控电子万能试验机用于测试聚酰亚胺薄膜在拉伸状态下的物理性能,具有速度显示、伸长显示、综合显示三个显示窗口，具有测试数据、打印、通讯功能。本机采用软件设定，具有参数贮存，限位保护等功能。力值精度：示值的-1%至+1%之内 有效位伸距离900mm拉伸强度：纵向135Mpa,横向115Mpa断裂伸长率：纵向、横向35%三、薄膜的应用 在带状电缆和软印刷电路中应用由于薄膜柔软 , 尺寸稳定性好 , 介电性能优越 , 适于作带状电缆或软印刷电路的基材或覆盖层 , 在加工过程中 , 钢箔与薄膜在热辊下复合 , 能耐受化学腐蚀、焊接等的高温和化学处理 , 用它制成的带状电缆或软印刷电路体积小、质量轻、可靠性高、耐高温、抗辐射，适用于计算机等微型电路中。在绕包电磁线中应用以薄膜为基材，在其单面或双面涂聚全氟乙丙烯乳液，制成粘带。这种粘带可包绕在裸铜线上，后进入高温炉（约350 ），薄膜因收缩与导线贴紧，使绕包的粘带层间熔融成一个整体，待导线出高温炉冷却时，在导线两边加一对压辊以提高粘带层间粘接强度。特点：耐热性好、绝缘层厚度薄而均匀、密封性好，提高了导线的防潮性能、电性能、抗切通性能，由于薄膜柔韧性好，使导线在弯曲时绝缘层完好，无破裂现象。适用于H级、F级电机绕阻。匝间绝缘厚度比双丝漆包线减薄约 1/3 ，导热性好，缩小电机体积，提高电机可靠性。广泛应用在宇宙飞船、高压电机、机车牵引电机、深井潜油泵电机和冶金电机等方面。 3 在电机绝缘中应用薄膜除具有优异的热、电、力学性能外，它在高温下能承受压缩蠕变，它适合于单层或与芳香族聚酰胺纤维纸复合作级中小型电机槽绝缘，也可作矿山电机、机车牵引电机的对地绝缘及其它辅助绝缘。用聚酰亚胺薄膜代替玻璃漆布作为槽绝缘，可提高导线槽满率 8%， 在同样机座条件下，提高电机功率约 20%。 此外聚酰亚胺薄膜还可作大功率电力机车、交流发电机、抗辐射电机及各种精密电机的绝缘。 总之，在电子电工领域，作为绝缘材料，聚酰亚胺薄膜广泛应用于宇航、航海、一般武器、电磁线、电缆、变压器、音响、麦克风、手机、电脑、直发钳以及各种电机等，还用作柔性电路板、覆铜板、压敏胶带的基材、半导体的包封材料、高温电容介质，以及仪表通讯、石油化工等工业部门。碲化镉太阳能电池组件，来源：瑞士联邦材料测试与研究实验室（Empa）2011年6月9日物理学家组织网站报道，杜邦卡普顿（DuPont Kapton）无色聚酰亚胺薄膜（polyimide film）是一种新材料，目前正在开发，作为柔性基质，用于碲化镉（CdTe：cadmium telluride）薄膜光伏（PV）模块，现在，能源转换效率上已经创造了新的世界纪录。瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa：Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology）有一个小组，已展示了13.8%的转换效率，他们使用了这种新的无色薄膜，刷新了他们过去12.6%的纪录，并接近使用玻璃的纪录。卡普顿聚酰亚胺薄膜薄了100倍，轻了200倍，这是对比通常使用的光伏玻璃而言，因此，就有一种先天的优势，可以过渡到基于柔性薄膜而不是刚性玻璃的碲化镉系统。高速而低成本的卷到卷沉积技术（roll-to-roll deposition technologies）可用于高通量（high-throughput）制造柔性太阳能电池，采用聚合物薄膜（polymer film）作为基板就可以。新的聚酰亚胺薄膜意义重大，潜在地说，可带来更轻更薄的柔性组件，更容易处理，成本更低就可以安装，这使它可以理想地做一些应用，包括建筑一体化光伏应用。“不需要大卡车运送沉重、易碎的玻璃模块，也不需要起重机把它们吊到屋顶，进行光伏安装，人们可以想像，轻巧柔软的薄膜制成的组件，可以简单地卷起来运输，也便于带着上楼梯，”罗伯特G施密特（Robert G. Schmidt）说，他是杜邦电路及包装材料公司（DuPont Circuit & Packaging Materials）光伏部新的业务开发经理。“因为创纪录的效率已经实现，在瑞士联邦材料科学与技术实验室，我们相信，这种柔性、轻便而耐用的材料，有可能彻底改变产业，实现柔性设计，降低系统成本平衡。”提高效率，实现电网平价（grid parity）全单片集成化柔性太阳能电池组件（包括6个单元）是基于碲化镉：瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究人员最近取得了新的世界纪录，这一类型太阳能电池的能量转换效率达到13.8%。来源：瑞士联邦材料科学与技术实验室瑞士联邦材料科学与技术实验室的薄膜与光电实验室（Laboratory for Thin Films and Photovoltaics）正在开发高效率薄膜太阳能电池，强调采用新理念，提高性能，简化生产流程，改进器件结构，用于下一代更有效和低成本的设备。他们一直在做开创性的工作，开发和优化低温沉积工艺（低于450摄氏度），制备的高效率碲化镉太阳能电池可采用玻璃（达到15.6%的效率）和聚合物薄膜（达到12.6%的效率，这是之前的最高值，最近已经提高到13. 8%）。仅在几个星期前，蒂瓦里（Tiwari）的团队还创造了一个新的世界纪录，能量转化效率达到18.7%，那是另一种类型的柔性太阳能电池，是基于铜铟镓（二）硒（也称为CIGS：copper indium gallium selenide）。“找到一种薄膜，既透明又可承受高温加工，这最初是一个挑战，但新的卡普顿（Kapton）无色聚酰亚胺薄膜，既可承受所需要的高温，又具有更高透光率（light transmittance），因为它的透明度，就使它超过了我们先前的世界纪录，刷新了柔性碲化镉太阳能电池的转换效率，”阿约提亚N蒂瓦里（Ayodhya N. Tiwari）说，他是这一实验室的负责人。“因为我们持续提高光伏效率标准，各种材料都带来了明显改观，在这一进步中，我们要努力实现电网平价。当然，进一步的开发，需要解决成本和稳定性问题。”蒂瓦里计划提交一篇技术论文，探讨这全部发现，他将出席第26届欧洲光伏太阳能会议和展览会（26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition），将在德国汉堡举行，时间是2011年9月5日至9日。杜邦卡普顿聚酰亚胺薄膜取得了创新设计方案，已用于一系列产业，在过去45年来，这些产业包括航空航天、汽车和工业应用。因为独特地结合了电、热、化学和机械属性，能够承受极端温度和其他所