聚酰亚胺

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• 2. 涂料:作为绝缘漆用于电磁线,或作为耐高温涂料使用。 • 3. 先进复合材料:用于航天、航空器及火箭部件。是最耐
高温的结构材料之一。例如美国的超音速客机计划所设计 的速度为2.4M,飞行时表面温度为177℃,要求使用寿命 为60000h,据报道已确定50%的结构材料为以热塑型聚 酰亚胺为基体树脂的碳纤维增强复合材料,每架飞机的用 量约为30t。 • 4. 纤维:弹性模量仅次于碳纤维,作为高温介质及放射性 物质的过滤材料和防弹、防火织物。
主要原因。直到20世纪90 生产成本有所下降,其研究在世界范围内又重新活跃起来




• 8. 分离膜:用于各种气体对,如氢/氮、氮/氧、二氧化碳/ 氮或甲烷等的分离,从空气烃类原料气及醇类中脱除水分。 也可作为渗透蒸发膜及超滤膜。由于聚酰亚胺耐热和耐有 机溶剂性能,在对有机气体和液体的分离上具有特别重要 的意义。
• 9. 光刻胶:有负性胶和正性胶,分辨率可达亚微米级。与颜料或染料配合可用于彩色 滤光膜,可大大简化加工工序。
• 10. 在微电子器件中的应用:用作介电层进行层间绝缘,作为缓冲层可以减少应力、提 高成品率。作为保护层可以减少环境对器件的影响,还可以对a-粒子起屏蔽作用,减少 或消除器件的软误差(soft error)。
• 11. 液晶显示用的取向排列剂:聚酰亚胺在TN-LCD、SHN-LCD、TFT-CD及未来的铁 电液晶显示器的取向剂材料方面都占有十分重要的地位。
胺类催化剂,进行化学脱水环化,得到聚酰亚胺溶液和粉
末。二胺和二酐还可以在高沸点溶剂,如酚类溶剂中加热
缩聚,一步获得聚酰亚胺。此外,还可以由四元酸的二元
酯和二元胺反应获得聚酰亚胺;也可以由聚酰胺酸先转变
为聚异酰亚胺,然后再转化为聚酰亚胺。这些方法都为加 工带来方便,前者称为PMR法,可以获得低粘度、高固量 溶液,在加工时有一个具有低熔体粘度的窗口,特别适用
• 纤维纺丝聚酰亚胺或聚酰胺酸溶液一般不 -
湿法纺丝工艺所得的聚酰亚胺纤维原Hale Waihona Puke Baidu的
聚酰亚胺纤维力学性能与其后热处理工艺 则有着更为直接的关系
• 聚酰亚胺纤维的湿法纺丝中喷丝板的设计、凝固浴组成、初生纤维干
98% 制备方法主要有2
250 350℃高温热酰亚胺化、热拉伸和热处理后可得到高性能的聚酰亚胺 步法工艺很好地解决了聚酰亚胺纤维生产过程中选择溶剂的难题。聚 酰亚胺纤维两步法湿法纺丝工艺流程一步法纺丝路线则要求纺丝浆液
和偏苯三酸酐可由石油炼制产品重芳烃油中提取的均四甲 苯和偏三甲苯用气相和液相氧化一步得到。其他重要的二
• 聚合物合成溶液纺丝的聚酰亚胺缩聚合成 方法可以分为2
以含有酰亚胺环的单体聚合成聚酰亚胺。
DMF DMAC NNMP
3 ℃ 胺
• 二酐和二胺还可以在高沸点溶剂中加热缩
以由中间体聚酰胺酸在脱水剂作用下脱水 碱条件下异构化成聚酰亚胺。
• PI是目前工程塑料中耐热性最好的品种之一,有的品种可长期承受290℃高温短时间承 受490℃的高温,另外力学性能、耐疲劳性能、难燃性、尺寸稳定性、电性能都好,成 型收缩率小,耐油、一般酸和有机溶剂,不耐碱,有优良的耐摩擦,磨耗性能。
• Pi 电子电器方面均有应用, 电子工业上做印刷线路板、绝缘材料、耐热性电缆、接线 柱、插座等领域。
所能制备聚酰亚胺纤维的种类
技术进展
• 国外进展早在20世纪60 2007年5
Evonic公司实现了聚酰亚胺纤维商业化生产
P84
FIT Fiber InnovationTechnology Inc
2 00t。20
6 70
20世纪70年代
号的报道。20世纪末俄罗斯更报道了生产出强度达到Kevlar49纤维2倍的高强高模聚酰 T7媲美而质量则比碳纤维减轻了20%对航空航天
• 8、 聚酰亚胺是自熄性聚合物,发烟率低。
• 9、 聚酰亚胺在极高的真空下放气量很少。
• 10、 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。
• 聚酰亚胺品种繁多、形式多样,在合成上 具有多种途径,因此可以根据各种应用目 的进行选择,这种合成上的易变通性也是 其他高分子所难以具备的。
• 12. 电-光材料:用作无源或有源波导材料光学开关材料等,含氟的聚酰亚胺在通讯波 长范围内为透明,以聚酰亚胺作为发色团的基体可提高材料的稳定性。
• 综上所述,不难看出聚酰亚胺之所以可以从60年代、70年代出现的众多的芳杂环聚合 物脱颖而出,最终成为一类重要的高分子材料的原因。
• 聚酰亚胺是分子结构含有酰亚胺基链节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。
于复合材料的制造;后者则增加了溶解性,在转化的过程 中不放出低分子化合物。
• 3、 只要二酐(或四酸)和二胺的纯度合格,不论采用何种缩聚方法, 都很容易获得足够高的分子量,加入单元酐或单元胺还可以很容易的 对分子量进行调控。
• 4、 以二酐(或四酸)和二胺缩聚,只要达到一等摩尔比,在真空中 热处理,可以将固态的低分子量预聚物的分子量大幅度的提高,从而 给加工和成粉带来方便。
聚酰亚胺应用
• 由于上述聚酰亚胺在性能和合成化学上的 特点,在众多的聚合物中,很难找到如聚 酰亚胺这样具有如此广泛的应用方面,而 且在每一个方面都显示了极为突出的性能。
• 1、薄膜:是聚酰亚胺最早的商品之一,用于电机的槽绝 缘及电缆绕包材料。主要产品有杜邦Kapton,宇部兴产的 Upilex系列和钟渊Apical。透明的聚酰亚胺薄膜可作为柔 软的太阳能电池底版。
聚酰亚胺性能
• 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。由联苯四甲酸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
• 5. 泡沫塑料:用作耐高温隔热材料。
• 6. 工程塑料:有热固性也有热塑型,热塑型可以模压成型 也可以用注射成型或传递模塑。主要用于自润滑、密封、 绝缘及结构材料。广成聚酰亚胺材料已开始应用在压缩机 旋片、活塞环及特种泵密封等机械部件上。
• 7. 胶粘剂:用作高温结构胶。广成聚酰亚胺胶粘剂作为电 子元件高绝缘灌封料已生产。
• 5、 很容易在链端或链上引入反应基团形成活性低聚物,从而得到热 固性聚酰亚胺。
• 6、 利用聚酰亚胺中的羧基,进行酯化或成盐,引入光敏基团或长链 烷基得到双亲聚合物,可以得到光刻胶或用于LB膜的制备。
• 7、 一般的合成聚酰亚胺的过程不产生无机盐,对于绝缘材料的制备 特别有利。
• 8、 作为单体的二酐和二胺在高真空下容易升华,因此容易利用气相 沉积法在工件,特别是表面凹凸不平的器件上形成聚酰亚胺薄膜。
聚酰亚胺
解决问题的能手
• 聚酰亚胺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。近来,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。聚酰亚胺, 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"(protion solver), 并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电 子技术"。
• 聚酰亚胺主要由二元酐和二元胺合成,这 两种单体与众多其他杂环聚合物,如聚苯 并咪唑、聚苯并哑唑、聚苯并噻唑、聚喹 哑啉和聚喹啉等单体比较,原料来源广, 合成也较容易。二酐、二胺品种繁多,不 同的组合就可以获得不同性能的聚酰亚胺。
• 聚酰亚胺可以由二酐和二胺在极性溶剂,如DMF, DMAC,NMP或THE/甲醇混合溶剂中先进行低温缩聚,获 得可溶的聚酰胺酸,成膜或纺丝后加热至 300℃左右脱水 成环转变为聚酰亚胺;也可以向聚酰胺酸中加入乙酐和叔
• 纤维制造对聚酰亚胺聚合物的要求是极为
要求。制取聚酰亚胺纤维有熔融纺丝和溶 液纺丝两种方法。
• 行熔融纺丝。该工艺的优势是纺丝机械设
较差。 • 溶液纺丝是要先用单体分别合成聚酰亚胺
然后经一步法或两步法纺丝工艺制取聚酰 亚胺纤维。
• 单体合成 • 单体是由二元酐和二元胺合成。这2种单体与众多其他杂
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,均苯四甲酸 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℃。
聚酰亚胺分类
• 聚酰亚胺可分成缩聚型和加聚型两种 • (1)缩聚型聚酰亚胺 缩聚型芳香族聚酰亚胺是由芳香族
二元胺和芳香族二酐、芳香族四羧酸或芳香族四羧酸二烷 酯反应而制得的
• 缺点 缩聚型聚酰亚胺的合成反应是在诸如二甲基甲酰胺、 N-甲基吡咯烷酮等高沸点质子惰性的溶剂中进行的,而聚 酰亚胺复合材料通常是采用预浸料成型工艺,这些高沸点 质子惰性的溶剂在预浸料制备过程中很难挥发干净,同时 在聚酰胺酸环化(亚胺化)期间亦有挥发物放出,这就容 易在复合材料制品中产生孔隙,难以得到高质量、没有孔 隙的复合材料。因此缩聚型聚酰亚胺已较少用作复合材料 的基体树脂,主要用来制造聚酰亚胺薄膜和涂料。
• 2 加聚型聚酰亚胺 • 缩聚型聚酰亚胺具有如上所述的缺点,为克服这些缺点,相继开发出
了加聚型聚酰亚胺。目前获得广泛应用的主要有聚双马来酰亚胺和降 冰片烯基封端聚酰亚胺。通常这些树脂都是端部带有不饱和基团的低 相对分子质量聚酰亚胺,应用时再通过不饱和端基进行聚合。 • ①聚双马来酰亚胺 聚双马来酰亚胺是由顺丁烯二酸酐和芳香族二胺缩 聚而成的。它与聚酰亚胺相比,性能不差上下,但合成工艺简单,后 加工容易,成本低,可以方便地制成各种复合材料制品。但固化物较 脆。 • ②降冰片烯基封端聚酰亚胺树脂 其中最重要的是由NASA Lewis研究 中心发展的一类PMR(for insitu polymerization of monomer reactants, 单体反应物就地聚合)型聚酰亚胺树脂。RMR型聚酰亚胺 树脂是将芳香族四羧酸的二烷基酯、芳香族二元胺和5-降冰片烯-2, 3-二羧酸的单烷基酯等单体溶解在一种尝基醇(例如甲醇或乙醇)中, 为种溶液可直接用于浸渍纤维。
• 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。
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