Explore películas de polímeros de alto rendimiento como PPS, LCP, PI y PEI: fabricación, propiedades, modificaciones y aplicaciones en electrónica, aeroespacial y 5G.
Película de PPS (sulfuro de polifenileno)
El PPS es una resina termoplástica con una estructura principal que contiene grupos de sulfuro de benceno. Se ha consolidado rápidamente como uno de los plásticos de ingeniería de mayor crecimiento gracias a su alta resistencia térmica, resistencia a la llama, mínima fluencia a altas temperaturas, estabilidad dimensional y excelentes propiedades mecánicas.
Las películas de PPS presentan una estabilidad térmica excepcional, especialmente en condiciones de alta humedad y tensión. Como se muestra en los datos a continuación, la película de PPS tiene una resistencia a la tracción y un módulo de tensión comparables a los del PET, pero mantiene excelentes propiedades mecánicas incluso a temperaturas criogénicas (-196 °C). Además, ofrece una gran flexibilidad, lo que la convierte en un material aislante ideal para aplicaciones superconductoras. La película de PPS también posee excepcionales propiedades eléctricas de alta frecuencia, con una constante dieléctrica estable en un amplio rango de temperaturas y frecuencias, y su tangente de pérdida dieléctrica es tan baja como la del PP.
Propiedades típicas de las películas de PPS, PI y PET
| Artículo |
|
PPS |
PI |
MASCOTA |
| Resistencia a la tracción (longitudinal/transversal)/MPa |
300/250 |
180/180 |
250/270 |
| Punto de fusión/℃ |
285 |
Sin derretimiento |
265 |
| Expansión térmica coeficiente/x10-7℃-1 |
3 |
2 |
1.7 |
| Absorción de agua/% (la humedad es del 75%) |
0.05 |
22 |
0.4 |
| Resistencia/x10Ω |
0.5 |
1 |
1 |
| Constante dieléctrica |
1 kHz |
3.0 |
3.5 |
3.3 |
| 1 MHz |
3.0 |
3.4 |
3.2 |
| 1 GHz |
3.0 |
- |
3.1 |
| Tangente de pérdida dieléctrica |
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 preparación de películas PPS (1) Moldeo por extrusión y soplado
El PPS cristaliza rápidamente y presenta baja tenacidad, lo que dificulta su procesamiento debido a la inestabilidad de su viscosidad de fusión. Es propenso a romperse durante el moldeo por extrusión-soplado. Investigadores han desarrollado películas de PPS utilizando métodos de moldeo por extrusión-soplado de burbuja simple y de burbuja doble. Estas películas presentan una alta resistencia a la tracción y un módulo de elasticidad elevado, aunque el alargamiento de rotura es menor en las películas de burbuja doble.
(2) Fundición por extrusión
Actualmente, el único proceso industrializado para la producción de películas de PPS implica la fundición por extrusión seguida de estiramiento biaxial.
2. Modificación de la película PPS (1) Modificación del relleno
(2) Tratamiento con plasma
3. Aplicaciones de la película PPS
La película de PPS se utiliza ampliamente debido a su alta resistencia al calor, excelentes propiedades de aislamiento, excelente rendimiento dieléctrico, resistencia al fuego y propiedades mecánicas superiores.
(1) Materiales de aislamiento eléctrico
En comparación con las películas de PET, las películas de PPS ofrecen una resistencia superior al calor, a la tensión y al aislamiento eléctrico, a la vez que mantienen la resistencia mecánica a altas temperaturas. Son ideales para su uso en motores eléctricos, baterías, compresores rotativos y otras máquinas rotativas de alta velocidad para mejorar la fiabilidad. Las películas de PPS también se utilizan en transformadores de alta potencia que requieren miniaturización y rigurosas normas de seguridad.
(2) Materiales de aislamiento del condensador
Los condensadores de película PPS presentan bajas pérdidas y baja resistencia en serie equivalente (ESR), lo que los hace adecuados para fuentes de alimentación conmutadas de alta frecuencia y alta corriente. Al igual que los condensadores PP, los condensadores PPS presentan baja absorción de humedad y una excelente resistencia química, lo que garantiza una capacitancia estable en ambientes húmedos.
Película de LCP (polímero de cristal líquido)
El LCP es un polímero de estado intermedio entre los cristales sólidos y los líquidos, que ofrece excelentes propiedades mecánicas, estabilidad dimensional, rendimiento eléctrico, resistencia química, retardancia a la llama, resistencia al calor y un bajo coeficiente de expansión térmica. Las películas de LCP son altamente flexibles y tienen excelentes propiedades dieléctricas, lo que las hace ideales para comunicaciones 5G y aplicaciones de LCD. Sin embargo, presenta desafíos como una alta anisotropía, un control de procesamiento complejo y una tendencia a la fibrilación.
1. Métodos de preparación de películas LCP (1) Fundición por extrusión
Las películas LCP producidas mediante fundición por extrusión presentan una orientación longitudinal significativa, lo que las hace propensas a desgarrarse transversalmente. Sin embargo, presentan una alta flexibilidad y rigidez, lo que las hace adecuadas para laminados revestidos de cobre (CCL).
(2) Moldeo por extrusión y soplado
Este método aborda eficazmente el problema de la anisotropía en las películas LCP y actualmente es el proceso industrial más maduro para la producción de películas LCP.
2. Modificación de la película LCP (1) Modificación química Al aplicar un recubrimiento de cobre químico con KMnO4 como agente de grabado, las películas LCP alcanzan una fuerza de adhesión máxima de 12,08 MPa en un tiempo de grabado óptimo de 20 minutos, superando los valores informados anteriormente de 8,0 MPa.
(2) Tratamiento con plasma
3. Aplicación de la película LCP
La película LCP tiene las características de baja constante dieléctrica y pérdida dieléctrica, y se usa ampliamente en comunicaciones 5G, circuitos impresos flexibles y otros campos.
Película de PEI (polieterimida)
El PEI posee una temperatura de descomposición excepcional (530–550 °C) y un umbral de fragilización a baja temperatura (-160 °C), lo que lo hace altamente resistente a temperaturas extremas. Entre los plásticos no reforzados, posee la mayor resistencia a la tracción a temperatura ambiente y una excelente resistencia a la fluencia. También presenta una resistividad volumétrica extremadamente alta (>1 × 10¹⁷ Ω·cm) y una resistencia a la ruptura dieléctrica de 33–35 kV/mm, manteniendo propiedades dieléctricas estables en un amplio rango de frecuencias y temperaturas.
(1) Fundición por extrusión
(2) Fundición de solución
2. Modificación de la película PEI (1) Modificación del relleno
(2) Modificación del injerto
(3) Modificación de la radiación UV
3. Aplicaciones de la película PEI Las películas de PEI se utilizan ampliamente en blindaje EMI, pantallas y celdas de combustible debido a su resistencia química superior, estabilidad a altas temperaturas y excelentes propiedades mecánicas y eléctricas.
Película de PSF (polisulfona)
El PSF es una resina termoplástica con grupos difenilsulfona en su estructura molecular, que ofrece alta resistencia, alto módulo, baja fluencia, excelente estabilidad térmica y una resistencia superior al envejecimiento. Mantiene sus propiedades mecánicas incluso a altas temperaturas y conserva su flexibilidad a -100 °C. Además, las películas de PSF demuestran una estabilidad dieléctrica excepcional en un amplio rango de temperatura y frecuencia, lo que las hace ideales para condensadores de película resistentes al calor.
1. Métodos de preparación de películas PSF (1) Fundición en solución
Los investigadores han desarrollado películas compuestas de PSF/MWCNT a través de fundición en solución, mejorando significativamente la conductividad con contenidos de MWCNT entre 0,05% y 0,3%.
(2) Moldeo por extrusión y soplado
Los estudios han explorado películas multicapa de PSF/PVDF producidas a través del moldeo por soplado y coextrusión con multiplicación de capas, identificando una orientación preferida del cristal α en las capas de PVDF en relación con la interfaz de PSF/PVDF.
2. Modificación de la película PSF (1) Modificación del injerto
(2) Modificación del relleno
3. Aplicaciones de la película PSF Las películas de PSF se utilizan ampliamente en celdas de combustible y condensadores de película debido a sus propiedades dieléctricas, mecánicas y químicas superiores.
Película de PI (poliimida)
El PI es una resina termoplástica con grupos imida en su estructura principal, conocida por su excepcional resistencia térmica, resistencia mecánica, estabilidad dimensional y propiedades de aislamiento eléctrico. Tiene amplias aplicaciones en la industria aeroespacial, la electrónica, las telecomunicaciones y los materiales compuestos. Las películas de PI son amarillentas, transparentes y capaces de operar a largo plazo entre -269 °C y 280 °C, con una resistencia térmica a corto plazo de hasta 400 °C. Estas características las hacen especialmente adecuadas para circuitos impresos flexibles, comunicaciones 5G y pantallas LCD.
(1) Fundición en solución
Los investigadores han desarrollado películas de PI mediante fundición de solución de ácido poliámico, secado, estiramiento e imidización térmica.
(2) Moldeo por soplado
El Centro de Investigación Langley de la NASA ha desarrollado un novedoso proceso de moldeo por soplado para películas de PI ultrafinas, diferente de las técnicas convencionales de moldeo por soplado. Su configuración, que consiste en soplar de arriba a abajo, ha dado lugar a un prototipo que produce con éxito películas de PI ultrafinas.
2. Modificación de la película PI (1) Modificación del relleno
Los investigadores incorporaron nanopartículas de BaTiO3 en PI mediante polimerización in situ y luego procesaron las películas mediante fundición en solución.
(2) Tratamiento con plasma
3. Aplicaciones de la película PI Debido a su resistencia superior a altas temperaturas, estabilidad dimensional y propiedades mecánicas, las películas de PI se utilizan en celdas de combustible, circuitos impresos flexibles, pantallas LCD, comunicaciones 5G, componentes de aislamiento, cableado y microelectrónica.
