Explore filmes de polímero de alto desempenho como PPS, LCP, PI e PEI — fabricação, propriedades, modificações e aplicações em eletrônicos, aeroespacial e 5G.
Filme PPS (sulfeto de polifenileno)
O PPS é uma resina termoplástica com estrutura composta por grupos sulfeto de benzeno. Emergiu rapidamente como um dos plásticos de engenharia de crescimento mais rápido devido à sua alta resistência ao calor, retardância à chama, fluência mínima em altas temperaturas, estabilidade dimensional e excelentes propriedades mecânicas.
Os filmes de PPS apresentam excelente estabilidade térmica, especialmente em condições de alta umidade e estresse. Conforme demonstrado nos dados abaixo, o filme de PPS possui resistência à tração e módulo de elasticidade comparáveis aos do PET, mas mantém excelentes propriedades mecânicas mesmo em temperaturas criogênicas (-196 °C). Além disso, oferece flexibilidade significativa, tornando-se um material isolante adequado para aplicações supercondutoras. O filme de PPS também possui propriedades elétricas excepcionais em alta frequência, com uma constante dielétrica estável em uma ampla faixa de temperaturas e frequências, e sua tangente de perdas dielétricas é tão baixa quanto a do PP.
Propriedades típicas de filmes de PPS, PI e PET
| Item |
|
PPS |
PI |
BICHO DE ESTIMAÇÃO |
| Resistência à tração (longitudinal/transversal)/MPa |
300/250 |
180/180 |
250/270 |
| Ponto de fusão/℃ |
285 |
Sem derretimento |
265 |
| Expansão térmica coeficiente/x10-7℃-1 |
3 |
2 |
1.7 |
| Absorção de água/% (a umidade é 75%) |
0,05 |
22 |
0,4 |
| Resistência/x10Ω |
0,5 |
1 |
1 |
| Constante dielétrica |
1 kHz |
3.0 |
3,5 |
3.3 |
| 1 MHz |
3.0 |
3.4 |
3.2 |
| 1 GHz |
3.0 |
- |
3.1 |
| Tangente de perda dielétrica |
1 kHz |
0,0006 |
0,003 |
0,002 |
| 1 MHz |
0,0018 |
0,01 |
0,01 |
| 1 GHz |
0,0015 |
- |
0,01 |
1. Métodos de preparação de filme PPS (1) Moldagem por extrusão e sopro
O PPS cristaliza rapidamente e apresenta baixa tenacidade, o que o torna difícil de processar devido à viscosidade instável do fundido. É propenso à ruptura durante a moldagem por extrusão-sopro. Pesquisadores desenvolveram filmes de PPS utilizando métodos de moldagem por extrusão-sopro com bolha única e dupla. Os filmes apresentam alta resistência à tração e módulo de elasticidade, embora o alongamento na ruptura seja menor para os filmes com bolha dupla.
(2) Fundição por extrusão
Atualmente, o único processo industrializado para produção de filmes PPS envolve fundição por extrusão seguida de estiramento biaxial.
2. Modificação do filme PPS (1) Modificação de enchimento
(2) Tratamento de Plasma
3. Aplicações de Filmes PPS
O filme PPS é amplamente utilizado devido à sua alta resistência ao calor, excelentes propriedades de isolamento, excelente desempenho dielétrico, retardância de chamas e propriedades mecânicas superiores.
(1) Materiais de Isolamento Elétrico
Comparados aos filmes de PET, os filmes de PPS oferecem resistência superior ao calor, à tensão e ao isolamento elétrico, mantendo a resistência mecânica em altas temperaturas. São ideais para uso em motores elétricos, baterias, compressores rotativos e outras máquinas rotativas de alta velocidade, aumentando a confiabilidade. Os filmes de PPS também são utilizados em transformadores de alta potência, onde a miniaturização e padrões de segurança rigorosos são exigidos.
(2) Materiais de isolamento do capacitor
Os capacitores de filme PPS apresentam baixa perda e baixa resistência série equivalente (ESR), tornando-os adequados para fontes de alimentação chaveadas de alta frequência e alta corrente. Assim como os capacitores PP, os capacitores PPS apresentam baixa absorção de umidade e excelente resistência química, garantindo capacitância estável em ambientes úmidos.
Filme LCP (Polímero de Cristal Líquido)
O LCP é um polímero de estado intermediário entre cristais sólidos e líquidos, oferecendo excelentes propriedades mecânicas, estabilidade dimensional, desempenho elétrico, resistência química, retardância à chama, resistência ao calor e baixo coeficiente de expansão térmica. Os filmes de LCP são altamente flexíveis, com excelentes propriedades dielétricas, tornando-os ideais para comunicações 5G e aplicações de LCD. No entanto, os desafios incluem alta anisotropia, difícil controle de processamento e tendência à fibrilação.
1. Métodos de preparação de filme LCP (1) Fundição por extrusão
Os filmes de LCP produzidos por fundição por extrusão apresentam orientação longitudinal significativa, o que os torna propensos a rasgos na direção transversal. No entanto, apresentam alta flexibilidade e rigidez, tornando-os adequados para laminados revestidos de cobre (CCL).
(2) Moldagem por extrusão e sopro
Este método aborda efetivamente o problema da anisotropia em filmes LCP e é atualmente o processo industrial mais maduro para produção de filmes LCP.
2. Modificação do filme LCP (1) Modificação química Ao aplicar revestimento de cobre químico com KMnO4 como agente de corrosão, os filmes de LCP atingem uma força de adesão máxima de 12,08 MPa em um tempo de corrosão ideal de 20 minutos, superando os valores relatados anteriormente de 8,0 MPa.
(2) Tratamento de Plasma
3. Aplicação do filme LCP
O filme LCP tem as características de baixa constante dielétrica e perda dielétrica, e é amplamente utilizado em comunicações 5G, circuitos impressos flexíveis e outros campos.
Filme PEI (polieterimida)
O PEI possui uma temperatura de decomposição excepcional (530–550 °C) e um limiar de fragilização a baixas temperaturas (-160 °C), o que o torna altamente resistente a temperaturas extremas. Entre os plásticos não reforçados, apresenta a maior resistência à tração à temperatura ambiente e excelente resistência à fluência. Também apresenta uma resistividade volumétrica extremamente alta (>1×10¹⁷ Ω·cm) e uma resistência à ruptura dielétrica de 33–35 kV/mm, mantendo propriedades dielétricas estáveis em uma ampla faixa de frequência e temperatura.
(1) Fundição por extrusão
(2) Fundição de solução
2. Modificação do filme PEI (1) Modificação de enchimento
(2) Modificação de Enxertia
(3) Modificação da radiação UV
3. Aplicações de filmes PEI Os filmes PEI são amplamente utilizados em blindagem EMI, displays e células de combustível devido à sua resistência química superior, estabilidade em altas temperaturas e excelentes propriedades mecânicas e elétricas.
Filme PSF (Polissulfona)
PSF é uma resina termoplástica com grupos difenil sulfona em sua estrutura molecular, oferecendo alta resistência, alto módulo, baixa fluência, excelente estabilidade térmica e resistência superior ao envelhecimento. Mantém suas propriedades mecânicas mesmo em altas temperaturas e mantém a flexibilidade a -100 °C. Além disso, os filmes de PSF demonstram excelente estabilidade dielétrica em uma ampla faixa de temperatura e frequência, tornando-os ideais para capacitores de filme resistentes ao calor.
1. Métodos de preparação de filme PSF (1) Fundição de solução
Pesquisadores desenvolveram filmes compostos de PSF/MWCNT por meio de fundição em solução, melhorando significativamente a condutividade com teores de MWCNT entre 0,05% e 0,3%.
(2) Moldagem por extrusão e sopro
Estudos exploraram filmes multicamadas de PSF/PVDF produzidos por moldagem por sopro e coextrusão com multiplicação de camadas, identificando uma orientação preferencial de cristal α em camadas de PVDF em relação à interface PSF/PVDF.
2. Modificação do filme PSF (1) Modificação de Enxertia
(2) Modificação de enchimento
3. Aplicações de filmes PSF Os filmes PSF são amplamente utilizados em células de combustível e capacitores de filme devido às suas propriedades dielétricas, mecânicas e químicas superiores.
Filme de PI (poliimida)
O PI é uma resina termoplástica com grupos imida em sua estrutura, conhecida por sua excepcional resistência ao calor, resistência mecânica, estabilidade dimensional e propriedades de isolamento elétrico. Encontra amplas aplicações nos setores aeroespacial, eletrônico, de telecomunicações e de materiais compósitos. Os filmes de PI são amarelados, transparentes e capazes de operar por longos períodos entre -269 °C e 280 °C, com resistência ao calor de curto prazo de até 400 °C. Essas características tornam os filmes de PI particularmente adequados para circuitos impressos flexíveis, comunicações 5G e telas LCD.
(1) Fundição de solução
Pesquisadores desenvolveram filmes de PI por meio de fundição de solução de ácido poliâmico, secagem, estiramento e imidização térmica.
(2) Moldagem por sopro
O Centro de Pesquisa Langley da NASA desenvolveu um novo processo de moldagem por sopro para filmes de PI ultrafinos, diferente das técnicas convencionais de moldagem por sopro. Sua configuração, soprando de cima para baixo, levou a um protótipo que produz com sucesso filmes de PI ultrafinos.
2. Modificação do filme PI (1) Modificação de enchimento
Pesquisadores incorporaram nanopartículas de BaTiO3 em PI por meio de polimerização in situ e, em seguida, processaram os filmes por meio de fundição em solução.
(2) Tratamento de Plasma
3. Aplicações de filmes PI Devido à sua resistência superior a altas temperaturas, estabilidade dimensional e propriedades mecânicas, os filmes de PI são usados em células de combustível, circuitos impressos flexíveis, displays LCD, comunicações 5G, componentes de isolamento, fiação e microeletrônica.
