3.7.6. Фізичні властивости

Полііміди – це частково кристалічні полімери з високою температурою розм’якшення і термостійкістю, які мають забарвлення від жовтого до темно-червоного. Фізико-механічні властивости, термостійкість і експлуатаційні властивости цих продуктів визначаються будовою макромолекул та внутрішньо– і міжмолекулярною взаємодією сеґментів ланцюга, наявністю (чи відсутністю) зв’язків, що надають гнучкости макромолекулам та часткою аліфатичних атомів Карбону за відношенням до ароматичних і циклоаліфатичних елементів ланцюгу. Полііміди, які містять у макромолекулах аліциклічні чи аліфатичні фраґменти, а також N-заміщені лінійні полімалеіміди, у більшости випадків плавляться і розм’якшуються при температурі нижче 473К. Полііміди, які отримані із діангідридів ароматичних тетракарбонових кислот і аліфатичних діамінів, розм’якшуються в інтервалі температур 473-573К; плавким являються полімери на основі піромелітового діангідриду і аліфатичних діамінів з кількістю атомів Карбону більше семи. Густина їх складає 1,30–1,36г/см3.

Ароматичні полііміди – жорсткі тверді полімери, міцність яких (1000–2000кгс/см2) мало залежить від будови; модуль пружности залежить від кількости атомів –О–, –S–, –CO–, –CH2–, –C(CH3)2– і зменшується послідовно від полімерів групи І до полімерів групи ІV, тоді як подовження змінюється навпаки. Забарвлення поліімідів визначається спряженням імідного циклу з ароматичними ядрами і залежить від наявности атомів і груп атомів між ними. Поліпіромелітіміди діамінодифенілсульфону мають світло-жовте забарвлення, амінодифенілоксиду – жовте, діамінодифенілсульфіду – темно-червоне. Густина ароматичних поліімідів коливається від 1,32 до 1,50г/см3.

3.7.7. Фізико-механічні властивости

Технічна цінність полімерів суттєво, а іноді повністю визначається їх механічними властивостями. Полііміди також не мали би великого технічного значення, якщо б їх висока теплостійкість, добрі діелектричні характеристики, відмінна радіаційна стійкість та інші переваги не поєднувались з високою міцністю та гнучкістю. З іншого боку, вивчення механічних властивостей дозволяє отримати дані про фазовий та аґреґатний стан, структуру та внутрішні дії у полімерах.

Ароматичні полііміди негорючі і в широкому температурному інтервалі мають добрі фізико-механічні і діелектричні властивости. Фізико-механічні властивости ароматичних поліімідів наведені в табл.3.18.

Вироби із поліімідів характеризуються високою стабільністю розмірів і низькою повзучістю при високих температурах, низьким коефіцієнтом тертя (f = 0,05ч0,1 по сталі) [10].

3.7.8. Релаксаційні властивости

При аналізі залежностей фізичних властивостей полімерів від температури і часу широко використовується інформація про характеристики і механізми релаксаційних переходів [1]. Основна інформація про релаксаційні переходи у поліімідах отримана механічним і діелектричним динамічними методами. У всіх ароматичних поліімідах твердо встановлено існування трьох основних релаксаційних переходів: високотемпературного (б), середньотемпературного (в) та низькотемпературного (г). Рівень механічних втрат в б, в–максимумах залежить від ступеня кристалічности, а в г– максимумі – від вмісту адсорбованої вологи. Для добре висушених зразків г–перехід не спостерігається.

Таблиця 3.18.

Фізико-механічні властивости ароматичних поліімідів [83,91]

Група | Елементарна ланка | Міцність при розтягу, МПа | Відносне подовження при розриві, % | Модуль пружности, МПа–

195єС | 20єС | 400єС– | 195єС | 20єС | 400єС | 20єС

І |

2000

1500

2300 | 1000 |

2

4

8 | 15 |

120000

75000

70000

ІІ |

1500

1400

1500 |

5

9

4 |

65000

39000

ІІІ |

3500

3000 | 2020

2000 | 400

400 | 40

30 | 100

130 | 120

140 | 35000

32000

ІV |

2500 |

2000

1500 |

8 |

100

50 |

30000

27000

3.7.9. Теплофізичні властивости

Теплоємність зразка полііміду BPADA-m-PDA, отриманого поліконденсацією або методом ступеневої полімеризації, досліджено в інтервалі температур між 80 і 380К. Не знайдено термічних аномалій в цьому температурному інтервалі. Додатковий експеримент методом ДСК проведено в інтервалі температур 373 – 673К. Не знайдено фазових переходів на цій ділянці температур. Склування спостерігається за температури 492,42К. Для дослідження характеристик розкладу проведено дослідження полііміду BPADA-m-PDA методом ТГА і знайдено, що цей поліімід починає розкладатися при 630К [13].

3.8. Поліімідні матеріали і їх використання

3.8.1. Поліімідні плівки

У 60 роках фірма «Dupon» (США) починає комерційний випуск поліімідної плівки Карton на основі діангідриду піромелітової кислоти і 4,4?–діамінодифенілового етеру. Ширина плівки до 1,5 м. В даний час випускаються три типи цієї плівки: Kapton–H, Y, I F. Плівки Н і Y складаються в основному із полііміду , а плівка F – із двох компонентів полііміду та фторопласту.

Фізичні і хемічні властивости плівок Н і Y різних марок близькі. Ці плівки не розм’якшуються, не плавляться і не зварюються. Плівка Y відрізняється від плівки Н меншим осадом при нагріванні. Так, при витримці 1 год при 473К для плівки Н допускається осад до 0,25%, а для плівки Y – не більше 0,05%. Але плівка Y має в порівнянні з Н декілька збільшений коефіцієнт термічного лінійного розширення (2,5•10-5 та 2,0•10-5 К–1 відповідно).

Плівка Kapton–F комбінована одно– і двохстороннім покриттям з фторопласту. Це покриття надає плівці здатність зварюватися з такою ж плівкою та іншими матеріалами. Крім того, воно збільшує хемічну стійкість, а також підвищує термоокиснювальну стабільність. За маркою плівки можна розшифрувати її конструкцію. Механічні властивости плівки F визначаються співвідношенням товщини шарів із полііміду і фторопласту. Міцність різних плівок F лежить в межах від 90 до 140 МПа, а подовження при