ポリエーテルイミド (PEI): 包括的なガイド

高い強度重量比

熱安定性と酸化安定性

優れた機械的特性

高温耐性など

ポリイミドの特徴的な官能基はイミド基、つまり-C=ONC=O-です。

ポリエーテルイミドは、ポリイミドに関連する課題、つまり、このポリマー シリーズは溶融による加工が難しく、完成部品が非常に高価であることが多いという課題を克服するために開発されました。

ポリイミド分子鎖に適切なエーテル結合を導入すると、芳香族イミドの優れた機械的および熱的特性を維持しながら、良好な溶融加工性を可能にする十分な柔軟性が得られます。

イミドは高温性能を提供します

エーテル基により溶融加工が可能

ポリエーテルイミドは、1982 年に General Electric (現在は SABIC として知られている) によって ULTEM™ 樹脂という商品名で最初に開発されました。

ポリエーテルイミド (PEI) は、高温耐性と優れた機械的および電気的特性で知られる非晶質エンジニアリング熱可塑性プラスチックです。

分子式: [C₃₇H₂₄O₆N₂]

分子量: 592.61 g/mol

この高性能ポリマーは、高い引張強度、優れた難燃性、低発煙性も備えており、自動車、電気、医療、その他の産業用途に理想的な材料となっています。

ポリエーテルイミドの高温耐性は、ポリケトン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィドに匹敵します。

PEI の主要な特性 ポリエーテルイミドの基本的および主要な特性についてはすでに説明しました。さらに、目的の最終用途に特定の熱可塑性プラスチックを選択する前に、他のさまざまな特性を考慮する必要があります。

1. PEIは琥珀色の透明性を持つ非晶性熱可塑性樹脂です。

2. この樹脂は、高い熱たわみ温度 (264 psi で 200°C)、高い引張強度と曲げ弾性率 (480,000 psi)、および高温での機械的特性の優れた保持を特徴としています。

3. 高い比強度、剛性、柔軟性、および優れた寸法安定性の独自の組み合わせを提供します。

4. さらに、この樹脂は良好な電気的特性を示し、マイクロ波を含む幅広い温度および周波数にわたって安定性を保ちます。

5. 耐紫外線性、耐候性に優れています。

6. PEI は本質的に難燃性があり、添加剤の使用を必要としません。

7. 47 という高い限界酸素指数を持っています。 NBS スモークチャンバーの結果と組み合わせると、これはすべての未充填熱可塑性プラスチックの中で煙密度が最も低いことを示しています。

8. ポリエーテルイミドはアルコール、酸、炭化水素溶媒に対して耐性がありますが、一部のハロゲン化溶媒には可溶です。

9. PEI は優れた加水分解安定性も示します。

10. ほとんどの PEI グレードは、UL94 難燃性評価 VTM-0 を有し、FDA 規格、EU 食品接触規格、および ISO 10993 (自然色) に準拠しています。

ポリエーテルイミド樹脂は非強化グレードで入手でき、一般的な加工方法で透明樹脂として使用でき、標準色とカスタム色で入手できます。

以下でも入手可能です。

4 つのガラス繊維強化グレード (10%、20%、30%、40% ガラス)、

ベアリングのグレードと

複数の高温グレード

ガラス強化材料は、ベース PEI の多くの有用な特性を保持しながら、より高い剛性と寸法安定性を提供します。ガラス強化材料により、製品に優れた重量対強度比とより高い引張強度が得られます。

PEIの制限

1. 非常に高いコスト - 要求の厳しい用途に適しています

2. 着色性が低い

3. 極性塩素化溶媒、芳香族炭化水素、酢酸エステルなどによる攻撃を受けやすく、応力亀裂を引き起こします (PEI およびスルホンポリマーの耐薬品性に​​ついては、以下の表を参照してください)。

4. 加工前に長時間の乾燥が必要

5. 射出成形時の熱間金型

PEIはどのように処理されますか?他のほとんどのポリイミドとは異なり、PEI は次のような標準的な方法を使用した加工に適しています。

射出成形

押し出し

熱成形

圧縮成形

ポリマー主鎖にはエーテル結合が存在するため、ポリエーテルイミドは溶融加工が可能です。ただし、ポリイミドと同様の高温特性は保持されます。加工前に、ポリマーは 140 ～ 150°C で 4 ～ 6 時間、最大含水率 0.01% ～ 0.02% で乾燥する必要があります。

1. 加工温度：370～400℃

2. 材料を交換するときはバレルを洗浄する必要があります (PC または HDPE、370 ～ 400 °C)

3. 金型温度：65～180℃

4. 寸法公差が厳しい非常に小さな部品の射出成形に適しています

このポリマーは、従来の金属加工ツールを使用して、簡単に機械加工、塗装、ホットスタンプ、印刷、または金属化が可能です。

PEI フィルムは溶融押出および溶媒キャスティングプロセスによって製造され、PEI 繊維は溶融押出および紡糸によって製造されます。

PEI は通常、次の方法を使用して結合されます。

1. 融着

2.超音波溶着

3. 溶剤結合

4. 接着剤による接合

さらに、PEI は現在、高強度、FST 定格、認定済みの用途向けに 3D プリンティングによる機能プロトタイプや生産部品の作成に広く使用されている樹脂材料です。

5G分野におけるポリエーテルイミド(PEI)の応用

PEI の優れた寸法安定性、高温耐性、電気めっき適合性、光透過性は、5G 通信分野において独自の利点をもたらします。

1: 光通信

5G 基地局とデータセンターの導入の大幅な増加は、光ファイバー相互接続を介して大量のデータを送信する必要性と相まって、光通信市場に新たな機会をもたらしています。光通信信号は主に赤外線スペクトルで伝送されるため、材料は高い赤外線透過率、低損失に加え、優れた長期寸法安定性と耐候性を示す必要があります。

PEI 材料は光通信分野をリードしており、光ファイバ コネクタ、光トランシーバ モジュール、および光学部品に広く使用されています。 PEI 材料は優れた赤外線透過率を示し、850 nm ～ 1550 nm の光通信帯域で透過率が 88% を超えます。温度や湿度の変動にもかかわらず高い屈折率は一定に保たれ、厳格な「ダブル 85」(85°C/湿度 85%) テストに最長 2,000 時間耐えることができます。さらに、PEI は優れた長期寸法安定性を提供し、信号伝送の信頼性の高い光学的位置合わせを保証します。高強度と高弾性率を備えた PEI は、光ファイバーコネクタ、アダプター、その他の構造コンポーネントの製造において金属の代わりになったり、光トランシーバーモジュール用のレンズの製造においてガラスの代わりになったりすることができます。これにより、構造の最適化が可能になり、製造および組立プロセスが簡素化され、正確な寸法が維持されるため、最終製品のコストが大幅に削減されます。

さらに、PEIは高い寸法安定性、高強度、優れた耐候性を備えているため、光ファイバースプリッタボックスや基地局用防水コネクタなどに適用されるとIP67の防水要件を満たし、製品の長期気密性と動作信頼性が大幅に向上します。

2: RFコネクタ

5G 基地局アンテナは Massive MIMO テクノロジーを利用しています。各基地局は 2 ～ 3 個のアンテナ アレイ (AAU) を採用しており、各アレイは 64 ～ 128 チャネルをサポートできます。基板対基板コネクタは、アンテナ基板と RF 基板の接続、およびフィード基板​​とキャビティ フィルタ基板の接続に使用されます。 5G アンテナの RF コネクタの需要が大幅に増加しているため、熱硬化性材料 (PTFE) と CNC 機械加工を使用して量産する従来のアプローチが業界のボトルネックになっています。

RF コネクタ絶縁体には、優れた誘電特性、低く安定した誘電損失、優れた機械的特性、組み立てを容易にする優れた寸法安定性、および信頼性の高い量産能力を備えた材料が必要です。 PEI 材料はこれらのアプリケーション要件をすべて満たしており、RF コネクタ絶縁体に最適な材料となっています。

従来の 3 ピースの基板対基板コネクタであっても、最新のポゴピン設計であっても、PEI 材料は顧客のニーズを満たすことができます。これは、PEIが広い温度範囲にわたる寸法安定性、安定した誘電特性、高い機械的強度、高いワイヤボンディング強度、耐熱性の点で他のエンジニアリングプラスチックよりも優れていることを示しており、お客様により安定した製品性能と低コストを提供します。

基板対基板コネクタに加えて、PEI 材料は、給電線コネクタで使用される DIN コネクタの金属ハウジングや、従来の RF 同軸コネクタの絶縁体やハウジングの代替としても広く採用されています。

3. フィルター

5G アンテナ チャネルの数が大幅に増加し、アンテナと RRU が AAU に統合されたことにより、5G アンテナの重量が 4G アンテナより 30% ～ 80% 重くなることが報告されています。 5G アンテナの重量を軽減する方法は、大手アンテナ メーカーや基地局機器サプライヤーにとって重要な懸案事項となっています。金属フィルターからプラスチックフィルターへの移行が、大手機器メーカーにとって再び焦点となっています。

フィルターハウジングの用途には、耐熱性の高いプラスチック材料が必要です。一部のアンテナ メーカーは、高温のリフローはんだ付けプロセスに耐えられる材料を指定しています。さらに、材料は金属の線膨張係数と一致し、温度が上昇しても一定に保たれる線膨張係数を備えていなければなりません。また、ハウジングの寸法精度と高温および低温下での表面コーティングの強力な密着性を確保するために、優れた電気めっき性能を発揮し、それによって動作中の安定したフィルター性能を保証する必要があります。メタライゼーション後のプラスチック材料は、高低温サイクル試験や湿熱老化試験を含む環境シミュレーションおよび信頼性試験を受け、変形やメッキ剥離がなく、安定した機械的特性を実証します。

PEI 樹脂はガラス転移温度が高いアモルファス材料であり、アルミニウム合金と同様の線熱膨張係数を持ち、温度が上昇しても線膨張係数は一定に保たれます。優れた耐熱性と寸法安定性、長期信頼性、低く安定した誘電損失、電気めっき能力、優れた金属密着性を備えています。これらの特性により、PEI はキャビティ フィルター用途において他のプラスチック材料に比べて比類のない利点をもたらし、5G 基地局アンテナのキャビティ フィルター ユニットの重量を最大 30% 削減することが可能になります。さらに、射出成形によって大規模な生産を実現できるため、バッチ全体の寸法精度が確保され、生産コストが削減されます。

PEIはその優れた特性を活かし、3G、4G時代のチューニングネジ、フライバーベース、取り付けネジなどのフィルター関連部品に広く使用されてきました。 5G テクノロジーの進歩に伴い、製品の寸法が縮小し、精度と機械的性能の要件が厳しくなり、PEI の利点がますます明らかになりました。

4. 位相シフター

基地局アンテナでは、PEI は移相器にも広く使用されています。誘電体移相器の誘電体プレートであれ、リング型移相器の PCB ブラケットであれ、これらのアプリケーションは、広い温度範囲にわたる PEI の優れた寸法安定性と誘電安定性、低誘電損失、高い機械的強度、および優れた復元力の恩恵を受けます。 5G 基地局の段階的な商用化とエネルギー消費とコストのさらなる削減の追求により、従来の誘電体移相器またはリング型移相器がチップベースの移相器に取って代わり、5G 大規模 MIMO アンテナに広く適用される準備が整っています。

要約すると、特殊エンジニアリング プラスチック PEI は、耐熱性、寸法安定性、誘電安定性、金属との適合性の点で他のエンジニアリング プラスチックにはない独自の利点があるため、5G 分野での幅広い応用の可能性を秘めています。