폴리이미드는 내열성이 매우 강하고, 초저온 내성이 있으며, 치수 안정성이 우수합니다.
폴리이미드란 무엇인가?
폴리이미드(PI)는 1950년대에 개발된 고내열성 고분자 소재입니다. 일반적으로 주쇄에 이미드 고리(—CO—NH—CO—)를 포함하는 고분자를 말합니다.
성능 특성
폴리이미드 구조는 매우 안정적인 방향족 헤테로고리를 포함하고 있기 때문에 다음과 같은 많은 우수한 특성을 가지고 있습니다.
1. 내열성:
폴리이미드는 매우 강한 내열성을 가지고 있습니다. TGA 열중량 분석 결과, 폴리이미드의 분해 온도는 500℃~600℃에 달할 수 있습니다. 이 단계에서는 가장 안정적인 고분자 중 하나입니다.
2. 저온 저항성
폴리이미드 소재는 초저온 내성을 가지고 있습니다. 초저온 액체 질소에서도 깨지지 않고 일정한 기계적 강도를 유지합니다.
3. 우수한 기계적 특성:
호모페닐렌 폴리이미드 필름(캡톤)의 인장강도는 170MPa이고 인장탄성률은 3.0GPa인 반면, 비페닐 폴리이미드(유필렉스)의 인장강도는 400MPa에 달하고 인장탄성률은 3~4GPa이며, 강화 후 200GPa 이상까지 향상될 수 있다.
4. 치수 안정성이 우수함:
폴리이미드 소재는 열팽창 계수가 매우 낮습니다. 일반적으로 열팽창 계수는 2×10⁻⁻ ~ 3×10⁻⁻/℃입니다. 비페닐 폴리이미드의 열팽창 계수는 1×10⁻⁻/℃입니다. 개별 제품의 열팽창 계수는 1×10⁻⁻/℃로 금속의 열팽창 계수에 가깝습니다. 바로 이러한 낮은 열팽창 계수 덕분에 PI는 연성 인쇄 회로 기판 제조에 널리 사용될 수 있습니다.
5. 우수한 유전 및 절연 특성:
폴리이미드 소재의 유전율은 일반적으로 3.0에서 3.6 사이입니다. 불소 원자를 도입하거나 나노 크기의 공기를 분산시키면 유전율을 2.5에서 2.7 사이, 또는 그보다 더 낮출 수 있습니다. 유전 손실은 약 1×10-3, 유전 강도는 100 ~ 300 Kv/mm, 체적 저항은 1×1017 Ω·cm입니다. 이처럼 유전율이 낮은 폴리이미드는 마이크로일렉트로닉스 산업에서 패키징 소재 및 절연 소재로의 응용 가능성을 보장합니다.
6. 좋은 방사선 저항성:
폴리이미드 소재는 고온, 고진공, 방사선 조사 환경에서도 안정적이며 휘발성 물질이 낮습니다.
7. 우수한 화학적 안정성:
일반적으로 폴리이미드는 일반적인 유기 용매에 녹지 않으며, 일반적인 가용성 폴리이미드는 특정 극성 유기 용매에만 녹습니다. 그러나 폴리이미드는 다른 방향족 고분자와 마찬가지로 진한 황산과 진한 질산, 그리고 할로겐에 대한 내성이 없습니다. 폴리이미드는 묽은 산에 대한 강한 가수분해 저항성과 특히 고온에서 산화제 및 환원제에 대한 높은 안정성을 가지고 있습니다. 그러나 일반적인 폴리이미드는 가수분해, 특히 알칼리 가수분해에 대한 내성이 없습니다.
8. 우수한 난연성:
폴리이미드는 자기소화성 고분자로 연기 발생률이 매우 낮습니다. 고온 연소 후 탄소 잔류율은 종종 50%를 넘습니다. 우수한 내열성 및 난연성을 가지고 있습니다.
9. 무독성 및 생체적합성:
폴리이미드는 무독성이며, 일부 폴리이미드는 생체적합성이 매우 뛰어납니다. 폴리이미드는 식기류와 의료 장비 제작에 사용될 수 있으며, 수천 번의 살균에도 견딜 수 있습니다.
10. 폴리이미드에도 단점이 있습니다.
기존 폴리이미드는 불용성으로 가공이 어렵고, 필름이 단단하고 부서지기 쉬우며 강도가 약합니다. 마이크로전자 산업에 사용될 경우 열팽창 계수가 좋지 않습니다. 광통신 산업에서는 투명성이 낮고 접착력도 좋지 않습니다.
폴리이미드 합성 방법
폴리이미드의 합성 방법은 두 가지로 나눌 수 있습니다. 첫 번째는 중합 과정이나 거대분자 반응에서 이미드 고리를 형성하는 방법이고, 두 번째는 이미드 고리를 포함하는 단량체로부터 폴리이미드를 합성하는 방법입니다.
첫 번째 유형의 합성 방법은 주로 다음과 같습니다. 이무수물과 디아민을 반응시켜 폴리이미드를 형성합니다. 사염기산과 디아민을 반응시켜 폴리이미드를 형성합니다. 사염기산의 이염기성 에스테르와 디아민을 반응시킵니다. 폴리이미드 등은 이무수물과 디이소시아네이트의 반응으로 얻습니다.
두 번째 합성 방법에서는 이미드 고리를 가진 단량체로부터 이미드 고리를 가진 다양한 중합체, 예를 들어 폴리에스터 이미드, 폴리아미드 아미드 이미드, 폴리카보네이트 이미드, 폴리우레탄 이미드 등을 합성하기 위해 거의 모든 일반적인 축합 중합 반응이 사용되었습니다.
폴리이미드 유형
폴리이미드는 반복 단위의 화학 구조에 따라 지방족 폴리이미드, 반방향족 폴리이미드, 방향족 폴리이미드의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 열적 특성에 따라 열가소성(진짜 열가소성 및 유사 열가소성 포함)과 열경화성 폴리이미드의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
열가소성 폴리이미드는 가열 시 유동 및 변형이 가능하며, 냉각 후에도 일정한 형상을 유지합니다. 특정 온도 범위 내에서 가열에 의해 연화되고 냉각에 의해 경화되는 것을 반복할 수 있습니다. 디페닐 에테르 테트라카르복실산 무수물과 방향족 디아민을 반응시켜 얻은 에테르 무수물 폴리이미드는 이 범주에 속하며, 390°C에서 여러 번 성형할 수 있습니다.
열경화성 폴리이미드는 처음 가열하면 부드러워지고 흐를 수 있습니다. 특정 온도까지 가열하면 화학 반응이 일어나 가교 결합이 응고되고 경화됩니다. 이러한 변화는 되돌릴 수 없습니다. 그 후 다시 가열하면 더 이상 부드러워지거나 흐를 수 없습니다.
열경화성 폴리이미드는 일반적으로 말단에 불포화기를 갖는 저분자량 폴리이미드 또는 폴리아믹산으로 제조되며, 사용 시 불포화 말단기를 통해 중합됩니다. 말단 캡핑제 및 합성 방법에 따라 비스말레이미드 수지, PMR형 폴리이미드 수지, 페닐 말단 폴리이미드 수지, 비대칭 이무수물 기반 폴리이미드 수지로 크게 구분됩니다. 이민 수지, 이미드화 후 가용성 폴리이미드 수지, 에티닐 말단 폴리이미드 수지가 있습니다.
