耐高温塑料薄膜知多少
发布时间：2025-03-08
塑料薄膜与我们人类生活以及科学信息技术发展息息相关，而因为薄膜应用的环境和条件不同，对薄膜的耐温性有一定的要求，但相比金属、陶瓷、玻璃等传统材料耐温性，薄膜整体的耐热性不高，这极大限制了其在高温场合的使用。在塑料薄膜中，不同品种塑料的耐热性能存在很大的差异，有的耐热很低、有的则较高。一般按照薄膜绝缘材料的耐热等级中，长期工作温度达到 H 级 180 ℃ 以上，可以称为耐高温薄膜，而我们传统界定指耐温达到 200 ℃ 以上的称为耐高温薄膜。
在耐高温薄膜的研发上，相比欧美和日本等发达国家，我国基础相对比较薄弱，起步较晚，在新材料领域的耐高温薄膜主要被国外企业垄断。因此薄膜通通过对全球最新的材料动态，为大家整理一份耐高温薄膜的资料供行业参考。
一、聚四氟乙烯 PTFE 薄膜
聚四氟乙烯薄膜又称为特氟龙薄膜，为以四氟乙烯作为单体聚合制得的聚合物。白色蜡状、半透明、耐热、耐寒性优良，密度约为 2.2 g/ml，可在 -180～260 ℃ 长期使用。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。聚四氟乙烯的摩擦系数极低，所以可作润滑作用。同时聚四氟乙烯也是一种有毒性材料，被世界卫生组织定为 3 类致癌物质。
该材料大约在 19 世纪 40 年代被美国公司（原杜邦）研发并申请“Teflon”（特氟龙）专利，早期应用于坦克材料，后逐渐应用于民用市场。尽管国内已经具备聚四氟乙烯树脂材料的生产，但在高端材料领域还是主要集中于欧美和日本企业手中。PTFE 薄膜加工工艺复杂，是由悬浮聚四氟乙烯树脂经模压、烧结、冷却成毛坯，再经车削，压延制成，车削成的薄膜为不定向薄膜，不定向薄膜经压延后即成定向薄膜。不定向薄膜压延 1.1-1.8 倍为半定向薄膜。PTFE 薄膜用于电容器介质，作导线绝缘，电器仪表绝缘，密衬垫。由于 PTFE 薄膜具备良好的耐酸碱性，较高的韧性和耐温性，被广泛应用于医疗、电子通信、航空航天以及军工等领域。
二、聚醚醚酮 PEEK 薄膜
聚醚醚酮英文简称 PEEK，是在主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的高聚物，一般采用与芳香族二元酚缩合而得的一类聚芳醚类高聚物，是一类半结晶特种高分子材料，PEEK 膜是6大特种耐温工程材料之一（聚醚醚酮 PEEK、聚砜 PSF、聚酰亚胺 PI、聚芳酯 PAR、聚苯硫醚 PPS、液晶聚合物 LCP），PEEK 材料的密度约为 1.30 g/ml 左右，熔点 345 ℃，软化点 168 ℃，拉伸强度 132～148 MPa，用玻璃纤维或碳纤维增强的 PEEK 制品在 240 ℃ 的高温下，机械强度也不降低，可用作耐高温结构材料和电绝缘材料。
PEEK 薄膜生产可以通过流延法和定向法进行加工，材料具有卓越的机械特性、化学稳定性和电气特性，以及优异的耐高温特性。凭借其良好的耐高温、耐化学药品腐蚀等物理化学性能，PEEK 膜被广泛应用在信息通讯、电子电器、航空航天、医疗器械领域（作为人工骨修复骨缺损）和工业领域。
三、聚酰亚胺 PI 薄膜
聚酰亚胺（Polyimides简称 PI）是一大类主链上含有酞酰亚胺或丁二酰亚胺环的耐高温聚合物，通常由二酐或二胺合成。目前是已经工业化的聚合物中使用温度最高的材料之一，其分解温度达到 550~600 ℃，长期使用温度可达到 200~380 ℃。此外还具有优良的尺寸和氧化稳定性、耐辐照性能，绝缘性能、耐化学腐蚀、耐磨损、强度高等特点。被广泛应用于航空、航天、机械、电气、原子能、微电子、液晶显示等高技术领域。并已经成为全球火箭、宇航等尖端科技领域不可缺少的材料之一。
聚酰亚胺薄膜包括聚苯型聚酰亚胺薄膜和联苯型聚酰亚胺薄膜两类。前者为美国公司（原杜邦）产品，由聚苯四甲酸二酐与二苯醚二胺制得。后者由日本公司生产，由联苯四甲酸二酐与二苯醚二胺（R型）或间苯二胺（S型）制得。薄膜制备方法为：聚酰胺酸溶液流延成膜、拉伸后，高温酰亚胺化。聚酰亚胺薄膜呈黄色透明,相对密度 1.39～1.45，可在 250～280 ℃ 空气中长期使用，玻璃化温度分别为 280 ℃（Upilex R）、385 ℃（Kapton）和 500 ℃以上（Upilex S）。20 ℃ 时拉伸强度为 200 MPa，200 ℃ 时大于 100 MPa。
聚酰亚胺薄膜成为柔性印制电路板基材、5G 电子通讯器材和各种耐高温电机电器绝缘薄膜的重要材料。
四、液晶聚合物 LCP 薄膜
LCP 的全称是液晶聚合物材料，英文名称 Liquid Crystal Polymer，简称 LCP。它是一种新型的高分子材料树脂，主要是缩聚反应合成获得，LCP 与其他有机高分子材料相比，具有较为独特的分子结构和热行为，该材料受热熔融或被溶剂溶解后不再具有固体物质的大部分性质，而是形成一种具有固体和液体部分性质的过渡中间相态——液晶态，其分子排列介于理想的液体和晶体之间，LCP 具备良好的耐热性，其加工温度达到 300-400 ℃，热变形温度约 260-315 ℃。
LCP 的各向异性使其具有高强度、高模量和自增强性能，突出的耐热性能，优异的耐冷热交变性能，优良的耐腐蚀性、阻燃性、电性能和成型加工性能。其线膨胀系数和摩擦系数极小，还具有优异的耐辐射性能和对微波良好的透明性。
LCP 膜生产加工主要通过吹膜法、涂覆法进行生产，其薄膜除了良好的耐温性外，相比 PI 膜最大优势在与其很低的吸湿性和优异的尺寸稳定性，在极潮湿的环境下依然能保持很好的尺寸稳定性和剥离强度，且 LCP 的介质损耗比较小，几乎和 PTFE 在同一水平，适用于高频线路。主要用于 PDP 的驱动器、IC 封装、t-BGA、无线 LAN、通信网络设备和高速数字连接器等。
五、聚苯硫醚PPS薄膜
聚苯硫醚全称为聚苯基硫醚，英文简写为 PPS，是分子主链中带有苯硫基的热塑性树脂，聚苯硫醚是一种结晶性的聚合物。25 ℃ 环境温度密度为 1.36 g/ml，玻璃化温度为 150 ℃；熔点 281 ℃，也是六大特种耐温工程材料之一。
PPS 树脂具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃、均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性以及优良的电性能等特点，其耐热性能介于 PET 材料和 PI 材料之间，在成本上要高于PET膜，但相比 PI 膜成本要低很多。PPS 树脂通过填充、改性后广泛用作特种工程塑料和各种功能性的薄膜、涂层和复合材料。
PPS 薄膜可以通过各种工艺进行成型加工，包括吹膜法、流延法或拉伸法进行生产，但国外较常用的生产工艺为双向拉伸法，拉伸温度约在 80~120 ℃，拉伸比约为 2~6 倍，定型温度为 220 ℃。生产 PPS 薄膜树脂主要由聚对苯硫醚组成，但为了降低结晶化速度有利于加工，需要加入一定量的局间苯硫醚或含醚、联苯、萘、砜等主链结构的芳硫醚树脂。
PPS 薄膜在欧美和日本等地区主要应用于电气电器、电容器等绝缘材料、电线包裹材料、汽化器隔膜等汽车零件等。
六、聚苯并咪唑 PBI 薄膜
聚苯并咪唑英文全称 Polybenzimidazoles，简称 PBI，是主链上含重复苯并咪唑环的一类聚合物，PBI 可由芳族四胺与脂族或芳族二羧酸酯制备成聚烷基苯并咪唑和全芳族聚苯并咪唑，密度为 1.2 g/ml，玻璃化温度为 234~275 ℃，芳族PBI密度为 1.3~1.4 g/ml，玻璃化温度 340~500 ℃，在氮气中的热稳定性大于 500 ℃，因为芳族 PBI 加工难度较达，需要进行改性以适应生产加工需要，但相关性能有所下降。整体而言，BPI 材料具备优良的耐酸碱性、耐焰和自灭性、良好的机械性能和电绝缘性，热收缩极小。因为 PBI 材料树脂昂贵，加工难度大，加工工艺复杂，限制了 PBI 材料的应用开发。
PBI 材料被应用于特殊领域，可用作耐高温黏合剂和制作高性能复合材料，广泛应用于航空航天、化工机械、石油开采、汽车等领域，纤维织物则用作防火、防原子辐射的防护服、飞行服、航空服，也可用于宇宙飞船和喷气式飞机减速用降落伞、减速器，PBI 薄膜材料可以用于燃料电池隔膜、质子交换膜等。
PBI 薄膜主要采用溶剂法生产加工制备，国内还没有实现 PBI 薄膜的量产。目前 PBI 薄膜主要用在燃料电池隔膜、质子交换膜，以及半导体领域绝缘材料。
转自——快塑观点公众号
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