聚酰亚胺基础内容相关情况介绍大全

聚酰亚胺相关基础内容介绍大全

一、概述

聚酰亚胺是分子结构含有酰亚胺基团的芳杂环高分子化合物，英文名Polyimide（简称PI），可分为均苯型PI、可溶性PI、聚酰胺-酰亚胺（PAI）和聚醚亚胺（PEI）四类。PI是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200℃~300℃，无明显熔点，具有高绝缘性能。另外，PI作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一。因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识，被称为是"解决问题的能手并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"。

二、聚酰亚胺结构式

正象主链含酰胺结构的聚合物被称为聚酰胺，主链含亚胺结构的聚合物统称为聚酰亚胺。其中亚胺骨架在主链结构上的聚合物，也就是直链型聚酰亚胺不仅合成困难也无实用性。相反具有环状结构的聚酰亚胺，特别是五员环状聚酰亚胺已知的品种很多，实用性很强。因此，一般所说的聚酰亚胺都是指后面这种环状聚酰亚胺。环状聚酰亚胺与聚苯并咪唑等同是含氮的杂环聚合物的一种。

聚酰亚胺进一步还可分为由芳香族四羧酸和二胺为原料通过缩聚反应得到的缩聚型聚酰亚胺和双马酰亚胺经加聚反应（或缩加聚）得到的加聚型聚酰亚胺。其中前面的缩聚型聚酰亚胺是大家最熟悉也是应用最广的，一般所称的聚酰亚胺都是指这种缩聚型聚酰亚胺。具有代表性的聚酰亚胺就是由美国杜邦公司1960年开发成功，1965年商品化的二苯醚型聚酰亚胺。

这种聚酰亚胺由于具有刚直的主链且不溶于有机溶剂，而且还不

熔融，所以是用特殊的两步合成法合成制造的。即是用均苯四甲

酸酐PMDA和二苯醚二胺ODA为原料，合成可溶性聚酰胺酸，

在这个聚酰胺酸阶段进行成型加工后，通过加热（当然发生化学

反应）脱水环化（亚胺化）得到Kapton薄膜等一系列聚酰亚胺

制品。

从这种聚酰亚胺开始，一系列芳香族聚酰亚胺作为高耐热性塑料虽然在广泛产业界起到了重要的作用，但由于大多数芳香族聚酰亚胺都是不溶不熔的，所以都通过（1）式所示的两步法来合成和制备。由芳香族四甲酸酐和芳香族二胺为原料通过两步法合成聚酰亚胺的一般反应式如（2）式所示

（2）

三、聚酰亚胺的性能

1、全芳香聚酰亚胺按热重分析，其开始分解温度一般都在500℃左右。由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺，热分解温度达到600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。

2、聚酰亚胺可耐极低温，如在－269℃的液态氦中不会脆裂。

3、聚酰亚胺具有优良的机械性能，未填充的塑料的抗张强度都在100Mpa以上，均苯型聚酰亚胺的薄膜(Kapton)为170Mpa以上，而联苯型聚酰亚胺(Upilex S)达到400Mpa。作为工程塑料，弹性膜量通常为3－4Gpa，纤维可达到200Gpa，据理论计算，均苯二酐和对苯二胺合成的纤维可达500Gpa，仅次于碳纤维。

4、一些聚酰亚胺品种不溶于有机溶剂，对稀酸稳定，一般的品种不大耐水解，这个看似缺点的性能却使聚酰亚胺有别于其他高性能聚合物的一个很大的特点，即可以利用碱性水解回收原料二酐和二胺，例如对于Kapton薄膜，其回收率可达80%－90%。改变结构也可以得到相当耐水解的品种，如经得起120℃，500 小时水煮。

5、聚酰亚胺的热膨胀系数在2×10-5－3×10-5℃，广成热塑性聚酰亚胺3×10-5℃，联苯型可达10-6℃，个别品种可达10-7℃。

6、聚酰亚胺具有很高的耐辐照性能，其薄膜在5×109rad快电子辐照后强度保持率为90%。

7、聚酰亚胺具有良好的介电性能，介电常数为3.4左右，引入氟，或将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到2.5左

右。介电损耗为10-3，介电强度为100－300KV/mm，广成热塑性聚酰亚胺为300KV/mm，体积电阻为1017Ω/cm。这些性能在宽广的温度范围和频率范围内仍能保持在较高的水平。

8、聚酰亚胺无毒，可用来制造餐具和医用器具，并经得起数千次消毒。有一些聚酰亚胺还具有很好的生物相容性，例如，在血液相容性实验为非溶血性，体外细胞毒性实验为无毒。

四、聚酰亚胺类型及主要产品

由于聚酰亚胺在性能和合成化学上的特点，其应用也十分广泛，聚酰亚胺的形态也达数10种之众。但我们主要分析5种形态：工程塑料、纤维、薄膜、先进复合材料、泡沫塑料。其他形态包括泡沫塑料、胶粘剂、分离膜、液晶显示用的取向排列剂等。

工程塑料：工程塑料分为热塑性和热固性树脂两大类。热塑性聚酰亚胺材料由于它的不熔性质，影响了这类高性能材料的广泛应用。而热固性工程塑料融优良的加工成型性能和高性能于一体。其中，聚酰亚胺特种工程塑料具有较高的玻璃化转变温度（243℃）和熔点（334℃），负载热变型温度高达316℃，可在250℃下长期使用；PI树脂不仅耐热性比其他耐高温塑料优异，而且具有高强度、高模量、高断裂韧性以及优良的尺寸稳定性。

纤维：聚酰亚胺纤维又被称为芳酰亚胺纤维，分为普通耐热和高强度两类。前者用于高温介质的过滤材料、主要电缆护套、消防服等。后者的力学性能可达到碳纤维水平，是先进复合材料的增强剂，也可以用于防弹背心及其他防护盾甲。目前，用于制造高温过滤材料应用广

泛且迫切。其中，国内市场广泛使用的袋式除尘装置的核心关键——耐高温滤料：普遍应用的是底端的PPS纤维，高端的聚酰亚胺纤维全部进口。

薄膜：1961年美国杜邦首次生产出PI薄膜，目前世界PI薄膜生产技术主要集中于三大生产商：美国杜邦、日本宇部兴产和日本钟渊化学。先进复合材料：聚酰亚胺复合材料是目前最耐高温的树脂基复合材料，主要应用于航空航天等。

泡沫塑料：聚酰亚胺泡沫塑料是聚合物中热稳定性最好的泡沫材料之一，长期可耐250℃~300℃的温度，短时可耐400℃~500℃的高温。自从20世纪70年代开发成功以来，已有近40年的发展历史。聚酰亚胺泡沫塑料按结构可分为热固性聚酰亚胺泡沫、热塑性聚酰亚胺泡沫两类。

五、聚酰亚胺的市场及技术分析

2007年，全球聚酰亚胺（PI）的年消费量为6万吨左右，美国、日本、欧洲是世界上聚酰亚胺最主要的消费市场。2007年，美国、日本、欧洲聚酰亚胺的消费量分别约为1.8万吨、1.6万吨和0.7万吨。专家预测，世界对聚酰亚胺的需要将以每年6%的速度递增，到2012年总消费量将达到约8万吨。

2007年，全球聚酰亚胺（PI）的年消费量为6万吨左右，美国、欧洲、日本是世界上聚酰亚胺最主要的消费市场。2007年，美国、欧洲、日本聚酰亚胺的消费量分别约为1.8万吨、1.6万吨和0.7万吨。

专家预测，世界对聚酰亚胺的需要将以每年6%的速度递增，到2012