聚酰亚胺薄膜生产工艺及物性

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

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

≥100Mv/m

厚度0.075mm的薄膜,电气强度:平均值≥130Mv/m,个

厚度0.1mm的薄膜,电气强度:平均值≥110Mv/m,个别JD3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-7

MZ-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

１．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。

２．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Ｈ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，