Polyimid (PI) ist eine Klasse von Polymerverbindungen, die in ihrer Hauptkette einen Imidring (-CO-N-CO-) enthalten. Es verfügt über hervorragende Eigenschaften wie hohe Temperaturbeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit, chemische Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und hohen Modul und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt-, Elektronik-, Automobil- und Maschinenindustrie eingesetzt. Der Produktionsprozess von Polyimid umfasst hauptsächlich die Rohstoffvorbereitung, die Polymerisationsreaktion, die Imidisierungsreaktion, die Nachbearbeitung und das Formen.
In der Rohstoffvorbereitungsphase gehören zu den Hauptrohstoffen Dianhydride (wie Pyromellitsäuredianhydrid PMDA) und Diamine (wie Diaminodiphenylether ODA) sowie Lösungsmittel (wie N,N-Dimethylacetamid DMAc, N-Methylpyrrolidon NMP usw.). Rohstoffe müssen einer strengen Qualitätskontrolle unterzogen werden, um sicherzustellen, dass ihre Reinheit und ihr Gehalt an Verunreinigungen den Produktionsanforderungen entsprechen. Die Wahl des Lösungsmittels hat einen erheblichen Einfluss auf die Polymerisationsgeschwindigkeit und die Leistung von Polyimid; Daher muss es auf der Grundlage spezifischer Produktanforderungen ausgewählt werden.
Die Polymerisationsreaktion ist der Kernschritt bei der Polyimidproduktion und wird typischerweise in einem zweistufigen Verfahren durchgeführt. Der erste Schritt ist die Vorpolymerisation, bei der Dianhydrid und Diamin in einem bestimmten Verhältnis in einem Lösungsmittel gemischt und einer Polykondensationsreaktion bei niedriger Temperatur unterzogen werden, um eine Polyamidsäurelösung (PAA) zu erzeugen. Dieser Schritt erfordert eine strenge Kontrolle der Reaktionstemperatur, -zeit und des Rohstoffverhältnisses, um sicherzustellen, dass das Molekulargewicht und die Verteilung der Polyamidsäure den Anforderungen entsprechen. Der zweite Schritt ist die Polymerisation, bei der die vorpolymerisierte Polyamidsäurelösung bei höherer Temperatur weiter umgesetzt wird, damit die Molekülketten weiter wachsen und hochmolekulare Polyamidsäure mit hohem Molekulargewicht entsteht.
Die Imidisierung ist der Schlüsselschritt bei der Umwandlung von Polyamidsäure in Polyimid. Die Imidisierung kann entweder durch thermische Imidisierung oder chemische Imidisierung durchgeführt werden. Bei der thermischen Imidierung wird die Polyamidsäurelösung auf ein Substrat aufgetragen und bei hoher Temperatur gebrannt, um die Polyamidsäure zu dehydrieren und zu zyklisieren und so einen Polyimidfilm zu bilden. Bei der chemischen Imidierung werden der Polyamidsäurelösung ein Dehydratisierungsmittel (z. B. Essigsäureanhydrid) und ein Katalysator (z. B. Pyridin) zugesetzt und bei einer niedrigeren Temperatur reagiert, um Polyimid zu erzeugen. Die chemische Imidisierung weist eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit auf, die Produktleistung kann jedoch etwas schlechter sein als die thermisch imidisierter Produkte.
Zu den Nachbearbeitungsschritten gehören Waschen, Trocknen und Pulverisieren mit dem Ziel, Lösungsmittel, nicht umgesetzte Rohstoffe und Verunreinigungen aus Polyimid zu entfernen und so die Reinheit und Leistung des Produkts zu verbessern. Das Waschen erfolgt typischerweise mit Wasser oder organischen Lösungsmitteln, um restliche Lösungsmittel und Verunreinigungen zu entfernen. Beim Trocknen kommen Methoden wie Heißlufttrocknung oder Vakuumtrocknung zum Einsatz, um Feuchtigkeit und flüchtige Substanzen aus dem Polyimid zu entfernen und so die Produktstabilität zu gewährleisten. Durch das Pulverisieren werden die getrockneten Polyimidblöcke zu Pulver zerkleinert, was die nachfolgenden Formprozesse erleichtert.
Bei Formprozessen wird Polyimidpulver oder -folie zu Produkten mit der gewünschten Form und Größe geformt. Zu den Formverfahren gehören Spritzguss, Extrusion, Formpressen und Strecken. Das Spritzgießen eignet sich zur Herstellung von Polyimidprodukten mit komplexen Formen und hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit, wie z. B. Zahnräder und Lager. Das Extrusionsformen eignet sich für die Herstellung von Polyimidprofilen mit durchgehender Länge, beispielsweise Rohren und Stangen. Das Formpressen eignet sich für die Herstellung großformatiger, dickwandiger Polyimidprodukte wie Platten und Strukturbauteile. Das Streckformen wird hauptsächlich zur Herstellung von Polyimidfolien eingesetzt, wobei die Ausrichtung und die mechanischen Eigenschaften der Folie durch Strecken verbessert werden.
Bei der Herstellung von Polyimid muss auf Sicherheit und Umweltschutz geachtet werden. Bei den Polymerisations- und Imidisierungsreaktionen können schädliche Gase und Abfallflüssigkeiten entstehen, die wirksame Belüftungs- und Abgasbehandlungsmaßnahmen erfordern, um eine sichere Produktionsumgebung zu gewährleisten. Gleichzeitig müssen Abfallflüssigkeiten und Rückstände ordnungsgemäß behandelt werden, um eine Umweltverschmutzung zu verhindern.
