ポリイミドとは何ですか？
ポリイミド（PI）は、1950年代に開発された耐熱性の高いポリマー材料の一種です。一般的には、主鎖にイミド環（-CO-NH-CO-）を含むポリマーを指します。
パフォーマンス特性
ポリイミド構造は非常に安定した芳香族複素環を含んでいるため、多くの優れた特性を持っています。
1. 耐熱性：
ポリイミドは耐熱性が非常に高く、TGA熱重量分析によると、ポリイミドの分解温度は500℃～600℃に達することが示されています。これは、現時点で最も安定したポリマーの一つです。
2. 低温耐性
ポリイミド素材は超低温耐性を有しており、超低温の液体窒素中でも脆くならず、一定の機械的強度を維持します。
3. 優れた機械的特性：
ホモフェニレンポリイミドフィルム（カプトン）の引張強度は170MPa、引張弾性率は3.0GPaですが、ビフェニルポリイミド（ユーピレックス）の引張強度は400MPaに達し、引張弾性率は3〜4GPaであり、強化後は200GPaを超えることもできます。
4. 優れた寸法安定性：
ポリイミド材料は熱膨張係数が極めて低く、一般的には2×10⁻⁻⁻/℃です。一方、ビフェニルポリイミドの熱膨張係数は1×10⁻⁻/℃です。個々の製品の熱膨張係数は1×10⁻⁻/℃と、金属の熱膨張係数に近い値になります。この低い熱膨張係数こそが、PIがフレキシブルプリント基板の製造に広く利用されている理由です。
5. 優れた誘電特性および絶縁特性：
ポリイミド材料の誘電率は一般的に3.0～3.6です。フッ素原子を導入したり、ナノスケールの空気を分散させたりすることで、誘電率は2.5～2.7、あるいはさらに低くすることが可能です。誘電損失は約1×10-3、絶縁耐力は100～300KV/mm、体積抵抗率は1×1017Ω・cmです。この低誘電率ポリイミドは、マイクロエレクトロニクス産業における包装材料や絶縁材料への応用において高い信頼性を有しています。
6.優れた耐放射線性：
ポリイミド材料は高温、高真空、放射線照射下でも安定しており、揮発分も少ないです。
7.優れた化学的安定性：
通常、ポリイミドは一般的な有機溶媒には不溶であり、一般的な可溶性ポリイミドは特定の極性有機溶媒にのみ溶解します。しかし、他の芳香族ポリマーと同様に、ポリイミドは濃硫酸や濃硝酸、そしてハロゲンに対して耐性がありません。ポリイミドは希酸に対して強い耐加水分解性を持ち、特に高温において酸化剤や還元剤に対して高い安定性を示します。しかし、一般的なポリイミドは加水分解、特にアルカリ加水分解に対して耐性がありません。
8.優れた難燃性：
ポリイミドは自己消火性ポリマーで、発煙率が非常に低く、高温燃焼後の炭素残留率は50%を超える場合が多く、優れた耐熱性・難燃性を有します。
9.無毒性で生体適合性がある：
ポリイミドは無毒であり、一部のポリイミドは生体適合性も非常に優れています。食器や医療機器の製造に使用でき、数千回の滅菌にも耐えることができます。
10.ポリイミドにも欠点はあります。
従来のポリイミドは不融性で加工が難しく、フィルムは硬くて脆く、強度が低いという欠点があります。マイクロエレクトロニクス産業では熱膨張係数が良好ではなく、光通信産業では透明性が低く、接着性もあまり良くありません。
ポリイミド合成法
ポリイミドの合成方法は2つに分けられます。1つは重合過程または高分子反応中にイミド環を形成する方法、もう1つはイミド環を含むモノマーからポリイミドを合成する方法です。
第一の合成法は主に、二無水物とジアミンの反応によるポリイミドの形成、四塩基酸とジアミンの反応によるポリイミドの形成、四塩基酸の二塩基エステルとジアミンの反応などです。ポリイミドなどは、二無水物とジイソシアネートの反応から得られます。
2 番目のタイプの合成方法では、ポリエステルイミド、ポリアミドアミドイミド、ポリカーボネートイミド、ポリウレタンイミドなどのイミド環を持つモノマーから、イミド環を持つさまざまなポリマーを合成するために、ほぼすべての一般的な縮合重合反応が使用されています。
ポリイミドタイプ
ポリイミドは、繰り返し単位の化学構造に基づいて、脂肪族ポリイミド、半芳香族ポリイミド、芳香族ポリイミドの3種類に分類されます。また、熱的性質に基づいて、熱可塑性（真熱可塑性および擬似熱可塑性を含む）と熱硬化性の2種類に分類されます。
熱可塑性ポリイミドは、加熱により流動・変形し、冷却後も一定の形状を維持する性質を持ちます。一定の温度範囲内であれば、加熱による軟化と冷却による硬化を繰り返すことができます。ジフェニルエーテルテトラカルボン酸無水物と芳香族ジアミンとの反応で得られるエーテル無水物ポリイミドは、このカテゴリーに属し、390℃で複数回の成形が可能です。
熱硬化性ポリイミドは、初めて加熱すると軟化して流動性を示します。一定の温度まで加熱すると化学反応が起こり、架橋結合が固化して硬化します。この変化は不可逆です。その後、再度加熱しても軟化して流動性を示すことはなくなります。
熱硬化性ポリイミドは、通常、末端に不飽和基を有する低分子量ポリイミドまたはポリアミック酸から構成され、使用時には不飽和末端基を介して重合されます。末端封止剤や合成方法の違いにより、主にビスマレイミド樹脂、PMR型ポリイミド樹脂、フェニニル末端ポリイミド樹脂、非対称二無水物系ポリイミド樹脂に分類されます。イミン樹脂、イミド化後の可溶性ポリイミド樹脂、エチニル末端ポリイミド樹脂などがあります。
