สำรวจฟิล์มโพลิเมอร์ประสิทธิภาพสูง เช่น PPS, LCP, PI และ PEI การผลิต คุณสมบัติ การดัดแปลง และการใช้งานในด้านอิเล็กทรอนิกส์ อวกาศ และ 5G
ฟิล์ม PPS (โพลีฟีนิลีนซัลไฟด์)
PPS เป็นเรซินเทอร์โมพลาสติกที่มีโครงสร้างหลักประกอบด้วยกลุ่มเบนซีนซัลไฟด์ PPS กลายเป็นหนึ่งในพลาสติกวิศวกรรมที่เติบโตเร็วที่สุดอย่างรวดเร็ว เนื่องจากมีความทนทานต่อความร้อนสูง หน่วงการติดไฟ อัตราการคืบคลานต่ำที่อุณหภูมิสูง มีเสถียรภาพเชิงขนาด และคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม
ฟิล์ม PPS มีเสถียรภาพทางความร้อนที่โดดเด่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะที่มีความชื้นสูงและสภาวะความเค้นสูง ดังแสดงในข้อมูลด้านล่าง ฟิล์ม PPS มีความแข็งแรงและโมดูลัสแรงดึงเทียบเท่า PET แต่ยังคงคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมแม้ในอุณหภูมิต่ำมาก (-196°C) นอกจากนี้ ฟิล์ม PPS ยังมีความยืดหยุ่นสูง จึงเหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุฉนวนไฟฟ้าสำหรับตัวนำยิ่งยวด นอกจากนี้ ฟิล์ม PPS ยังมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าความถี่สูงที่โดดเด่น โดยมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกที่เสถียรในช่วงอุณหภูมิและความถี่ที่หลากหลาย และมีค่าแทนเจนต์การสูญเสียไดอิเล็กทริกต่ำเทียบเท่ากับ PP
คุณสมบัติทั่วไปของฟิล์ม PPS, PI และ PET
| รายการ |
|
พีพีเอส |
พีไอ |
สัตว์เลี้ยง |
| ความแข็งแรงแรงดึง (ตามยาว/ตามขวาง)/MPa |
300/250 |
180/180 |
250/270 |
| จุดหลอมเหลว/℃ |
285 |
ไม่ละลาย |
265 |
| การขยายตัวทางความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์/x10-7℃-1 |
3 |
2 |
1.7 |
| การดูดซึมน้ำ/% (ความชื้น 75%) |
0.05 |
22 |
0.4 |
| ความต้านทาน/x10Ω |
0.5 |
1 |
1 |
| ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก |
1 กิโลเฮิรตซ์ |
3.0 |
3.5 |
3.3 |
| 1 เมกะเฮิรตซ์ |
3.0 |
3.4 |
3.2 |
| 1 กิกะเฮิรตซ์ |
3.0 |
- |
3.1 |
| แทนเจนต์การสูญเสียไดอิเล็กทริก |
1 กิโลเฮิรตซ์ |
0.0006 |
0.003 |
0.002 |
| 1 เมกะเฮิรตซ์ |
0.0018 |
0.01 |
0.01 |
| 1 กิกะเฮิรตซ์ |
0.0015 |
- |
0.01 |
1. วิธีการเตรียมฟิล์ม PPS (1) การขึ้นรูปด้วยการเป่าแบบอัดรีด
PPS ตกผลึกอย่างรวดเร็วและมีความเหนียวต่ำ ทำให้ยากต่อการแปรรูปเนื่องจากความหนืดของของเหลวที่ไม่เสถียร มักเกิดการแตกร้าวระหว่างการเป่าขึ้นรูปโดยการอัดรีด นักวิจัยได้พัฒนาฟิล์ม PPS โดยใช้วิธีการเป่าขึ้นรูปโดยการอัดรีดแบบฟองเดียวและฟองคู่ ฟิล์มเหล่านี้มีความแข็งแรงและโมดูลัสแรงดึงสูง แม้ว่าฟิล์มฟองคู่จะมีค่าการยืดตัวขณะขาดต่ำกว่าก็ตาม
(2) การหล่อแบบอัดรีด
ปัจจุบัน กระบวนการทางอุตสาหกรรมเพียงกระบวนการเดียวสำหรับการผลิตฟิล์ม PPS คือการหล่อแบบอัดรีดตามด้วยการยืดแบบสองแกน
2. การดัดแปลงฟิล์ม PPS (1) การปรับเปลี่ยนฟิลเลอร์
(2) การรักษาด้วยพลาสม่า
3. การประยุกต์ใช้ฟิล์ม PPS
ฟิล์ม PPS ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากทนความร้อนได้สูง มีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม มีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่โดดเด่น หน่วงการติดไฟ และมีคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่า
(1) วัสดุฉนวนไฟฟ้า
เมื่อเปรียบเทียบกับฟิล์ม PET แล้ว ฟิล์ม PPS มีคุณสมบัติทนความร้อน ทนแรงดันไฟฟ้า และเป็นฉนวนไฟฟ้าได้ดีกว่า ในขณะที่ยังคงความแข็งแรงเชิงกลที่อุณหภูมิสูง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในมอเตอร์ไฟฟ้า แบตเตอรี่ คอมเพรสเซอร์โรตารี่ และเครื่องจักรหมุนความเร็วสูงอื่นๆ เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือ ฟิล์ม PPS ยังใช้ในหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังสูง ซึ่งจำเป็นต้องมีการย่อส่วนและมาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวด
(2) วัสดุฉนวนตัวเก็บประจุ
ตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม PPS มีการสูญเสียต่ำและความต้านทานอนุกรมเทียบเท่า (ESR) ต่ำ จึงเหมาะสำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งความถี่สูงและกระแสสูง เช่นเดียวกับตัวเก็บประจุ PP ตัวเก็บประจุ PPS มีการดูดซึมความชื้นต่ำและทนต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม จึงให้ความจุที่เสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น
ฟิล์ม LCP (Liquid Crystal Polymer)
LCP เป็นพอลิเมอร์สถานะกลางระหว่างผลึกของแข็งและของเหลว มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม มีเสถียรภาพเชิงขนาด สมรรถนะทางไฟฟ้า ทนทานต่อสารเคมี หน่วงการติดไฟ ทนความร้อน และมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ฟิล์ม LCP มีความยืดหยุ่นสูงและมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสื่อสาร 5G และการใช้งานด้าน LCD อย่างไรก็ตาม ความท้าทายประกอบด้วยค่าแอนไอโซทรอปิกที่สูง การควบคุมกระบวนการที่ยาก และแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นพลิ้ว
1. วิธีการเตรียมฟิล์ม LCP (1) การหล่อแบบอัดรีด
ฟิล์ม LCP ที่ผลิตโดยการหล่อแบบอัดรีดมีการวางแนวตามยาวอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้มีแนวโน้มที่จะฉีกขาดในทิศทางตามขวาง อย่างไรก็ตาม ฟิล์ม LCP มีความยืดหยุ่นและความแข็งสูง จึงเหมาะสำหรับแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดง (CCL)
(2) การขึ้นรูปด้วยการเป่าแบบอัดรีด
วิธีการนี้แก้ไขปัญหาแอนไอโซทรอปีในฟิล์ม LCP ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปัจจุบันถือเป็นกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ครบถ้วนสมบูรณ์ที่สุดสำหรับการผลิตฟิล์ม LCP
2. การดัดแปลงฟิล์ม LCP (1) การดัดแปลงทางเคมี โดยการใช้การชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้าโดยใช้ KMnO4 เป็นสารกัด ฟิล์ม LCP จะสามารถบรรลุความแข็งแรงการยึดเกาะสูงสุดที่ 12.08 MPa ในระยะเวลากัดที่เหมาะสมที่ 20 นาที ซึ่งสูงกว่าค่าที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้ที่ 8.0 MPa
(2) การรักษาด้วยพลาสม่า
3. การประยุกต์ใช้ฟิล์ม LCP
ฟิล์ม LCP มีคุณลักษณะของค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและการสูญเสียไดอิเล็กตริกต่ำ และใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบสื่อสาร 5G วงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น และสาขาอื่นๆ
ฟิล์ม PEI (โพลีเอเธอร์อิไมด์)
PEI มีอุณหภูมิการสลายตัวที่ยอดเยี่ยม (530–550°C) และเกณฑ์การเปราะบางที่อุณหภูมิต่ำ (-160°C) ทำให้ทนทานต่ออุณหภูมิที่รุนแรงได้สูง เมื่อเทียบกับพลาสติกที่ไม่มีการเสริมแรง PEI มีความแข็งแรงแรงดึงที่อุณหภูมิห้องสูงสุดและทนต่อการคืบคลานได้อย่างยอดเยี่ยม นอกจากนี้ยังมีค่าความต้านทานต่อปริมาตรที่สูงมาก (>1×10¹⁷ Ω·cm) และค่าความต้านทานการแตกตัวของไดอิเล็กทริกที่ 33–35 kV/mm ซึ่งรักษาคุณสมบัติไดอิเล็กทริกให้คงที่ในช่วงความถี่และอุณหภูมิที่กว้าง
(1) การหล่อแบบอัดรีด
(2) การหล่อสารละลาย
2. การดัดแปลงฟิล์ม PEI (1) การปรับเปลี่ยนฟิลเลอร์
(2) การปรับเปลี่ยนการต่อกิ่ง
(3) การปรับเปลี่ยนรังสี UV
3. การใช้งานฟิล์ม PEI ฟิล์ม PEI ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการป้องกัน EMI จอแสดงผล และเซลล์เชื้อเพลิง เนื่องจากมีความทนทานต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม มีเสถียรภาพต่ออุณหภูมิสูง และมีคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม
ฟิล์ม PSF (โพลีซัลโฟน)
PSF คือเรซินเทอร์โมพลาสติกที่มีหมู่ไดฟีนิลซัลโฟนในโครงสร้างโมเลกุล จึงมีความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง คืบคลานต่ำ มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม และทนต่อการเสื่อมสภาพได้ดีเยี่ยม PSF ยังคงคุณสมบัติเชิงกลแม้ในอุณหภูมิสูง และยังคงความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิ -100°C นอกจากนี้ ฟิล์ม PSF ยังมีเสถียรภาพทางไฟฟ้าที่โดดเด่นในช่วงอุณหภูมิและความถี่ที่กว้าง จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับตัวเก็บประจุแบบฟิล์มทนความร้อน
1. วิธีการเตรียมฟิล์ม PSF (1) การหล่อสารละลาย
นักวิจัยได้พัฒนาฟิล์มคอมโพสิต PSF/MWCNT โดยการหล่อสารละลาย ซึ่งช่วยเพิ่มสภาพนำไฟฟ้าได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่อมีปริมาณ MWCNT ระหว่าง 0.05% ถึง 0.3%
(2) การขึ้นรูปด้วยการเป่าแบบอัดรีด
การศึกษาวิจัยได้สำรวจฟิล์ม PSF/PVDF หลายชั้นที่ผลิตขึ้นโดยการเป่าขึ้นรูปร่วมแบบหลายชั้น โดยระบุการวางแนวผลึกอัลฟาที่ต้องการในชั้น PVDF เมื่อเทียบกับอินเทอร์เฟซ PSF/PVDF
2. การดัดแปลงฟิล์ม PSF (1) การปรับเปลี่ยนการต่อกิ่ง
(2) การปรับเปลี่ยนสารตัวเติม
3. การประยุกต์ใช้ฟิล์ม PSF ฟิล์ม PSF ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเซลล์เชื้อเพลิงและตัวเก็บประจุแบบฟิล์มเนื่องจากมีคุณสมบัติทางไฟฟ้า เชิงกล และทางเคมีที่เหนือกว่า
ฟิล์ม PI (โพลีอิไมด์)
PI เป็นเรซินเทอร์โมพลาสติกที่มีหมู่อิไมด์เป็นแกนหลัก มีคุณสมบัติทนความร้อน ความแข็งแรงเชิงกล ความเสถียรของขนาด และคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม PI ถูกนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อิเล็กทรอนิกส์ โทรคมนาคม และวัสดุคอมโพสิต ฟิล์ม PI มีสีเหลืองใส สามารถใช้งานได้ยาวนานที่อุณหภูมิ -269°C ถึง 280°C และทนความร้อนระยะสั้นได้สูงถึง 400°C คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ฟิล์ม PI เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น การสื่อสาร 5G และจอแสดงผล LCD
(1) การหล่อสารละลาย
นักวิจัยได้พัฒนาฟิล์ม PI ผ่านการหล่อด้วยสารละลายกรดโพลีเอมิก การทำให้แห้ง การยืด และการเลียนแบบความร้อน
(2) การเป่าขึ้นรูป
ศูนย์วิจัยแลงลีย์ของนาซาได้พัฒนากระบวนการเป่าขึ้นรูปฟิล์ม PI บางเฉียบแบบใหม่ ซึ่งแตกต่างจากเทคนิคการเป่าขึ้นรูปทั่วไป การติดตั้งระบบเป่าขึ้นรูปจากบนลงล่าง นำไปสู่อุปกรณ์ต้นแบบที่ประสบความสำเร็จในการผลิตฟิล์ม PI บางเฉียบ
2. การดัดแปลงฟิล์ม PI (1) การปรับเปลี่ยนฟิลเลอร์
นักวิจัยได้ผสมนาโนอนุภาค BaTiO3 เข้ากับ PI ผ่านการโพลีเมอไรเซชันในสถานะ จากนั้นจึงประมวลผลฟิล์มผ่านการหล่อสารละลาย
(2) การรักษาด้วยพลาสม่า
3. การประยุกต์ใช้ฟิล์ม PI ฟิล์ม PI ถูกนำมาใช้ในเซลล์เชื้อเพลิง วงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น จอ LCD การสื่อสาร 5G ส่วนประกอบฉนวน สายไฟ และไมโครอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากมีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูง มีเสถียรภาพในมิติ และมีคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่า
