聚酰亞胺（PI）

·綜合性能最佳的有機(jī)高分子材料之一

·既可以作為功能性材料，也可以作為結(jié)構(gòu)性材料

·廣泛應(yīng)用在航空航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領(lǐng)域

聚酰亞胺一般是二酐和二胺的縮聚物，主鏈上含有酰亞胺環(huán)(-CO-N-CO-)。

根據(jù)重復(fù)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)，聚酰亞胺可以分為脂肪族、半芳香族和芳香族聚酰亞胺三種。根據(jù)鏈間相互作用力，可分為交聯(lián)型和非交聯(lián)型 。

合成途徑

溶液縮聚法——反應(yīng)物在溶劑中進(jìn)行聚合的方法，可分為一步法、兩步法、三步法。

一步法

二酐和二胺在高沸點(diǎn)溶劑中直接聚合生成PI，即單體不經(jīng)由聚酰胺酸(PAA)，而縮聚和脫水環(huán)化過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，直接合成PI。

反應(yīng)條件較溫和，需要選擇合適的溶劑。通常采用帶水劑進(jìn)行共沸以脫去生成的水。

兩步法

先由二酐和二胺獲得前驅(qū)體PAA，再通過(guò)加熱或化學(xué)方法，分子內(nèi)脫水閉環(huán)生成PI。

第一步反應(yīng)時(shí)應(yīng)將二酐以固態(tài)形式分批加入二胺溶液中，同時(shí)攪拌，必要時(shí)冷卻；第二步酰亞胺化反應(yīng)，把PAA溶液進(jìn)行梯度升溫，去除溶劑后，經(jīng)脫水環(huán)化得PI。

三步法

經(jīng)由聚異酰亞胺得到PI，方法新穎。PAA在脫水劑作用下，脫水環(huán)化而成聚異酰亞胺，然后在酸或堿等催化劑作用下異構(gòu)化形成PI。

界面縮聚法

界面縮聚是指在兩種互不相容，分別溶有兩種單體溶液的界面附近進(jìn)行縮聚反應(yīng)。

將均苯四酰氯溶在二氯甲烷中，將二胺溶在水中，再把兩相混合進(jìn)行界面聚合。

熔融縮聚法 

將單體，催化劑和分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑沒(méi)入反應(yīng)器中，加熱熔融并逐步形成高聚物的過(guò)程。一般只用于熱塑性PI的合成，局限性較大。

氣相沉積法 

主要用于制備PI薄膜，高溫下使二酐和二胺直接以氣流的形式輸送到混煉機(jī)內(nèi)進(jìn)行混煉，制成薄膜。需要高溫，合成有難度。

各項(xiàng)性能

01

耐高溫性能

由均苯四甲酸二酐和對(duì)苯二胺合成的聚酰亞胺，熱分解溫度達(dá)600℃，是迄今聚合物中熱穩(wěn)定性最高的品種之一。

02

良好的介電性能

介電常數(shù)為3.4左右，引入氟，或?qū)⒖諝饧{米尺寸分散在聚酰亞胺中，介電常數(shù)可以降到2.5左右。

03

機(jī)械性能優(yōu)良

未填充的塑料的抗張強(qiáng)度都在100Mpa以上，作為工程塑料，彈性模量通常為3-4Gpa，纖維可達(dá)到200Gpa，據(jù)計(jì)算，均苯四甲酸二酐和對(duì)苯二胺合成的纖維可達(dá) 500Gpa，僅次于碳纖維。

04

其他

對(duì)稀酸穩(wěn)定，耐低溫，耐輻射，無(wú)毒等等。

聚酰亞胺薄膜

無(wú)色透明的含氟類(lèi)PI薄膜在保持PI優(yōu)良性能的同時(shí)還具有其它特性。氟原子電負(fù)性較大，可降低二胺的給電子性，以此抑制電子轉(zhuǎn)移絡(luò)合物的形成，提高光學(xué)性能; 同時(shí)氟原子體積較大，可增加分子間的自由體積，繼而提高聚酰亞胺材料的介電性能。無(wú)色透明PI薄膜成為先進(jìn)光電器件的理想選擇。

聚酰亞胺基復(fù)合材料

聚酰亞胺玻璃布層壓板采用合成的聚酰胺酸溶液浸漬玻璃纖維布，經(jīng)一定工藝熱壓成型，經(jīng)測(cè)試，室溫抗彎強(qiáng) 度 741 MPa，起始分解溫度近 600 ℃，具有十分優(yōu)良的力學(xué)性能、熱學(xué)性能。可用于耐高溫電氣絕緣材料(如 FPC 板等)、航空飛行器(如機(jī)翼等)的耐高溫結(jié)構(gòu)件材料。

聚酰亞胺纖維 

將聚酰胺酸紡絲原液干噴濕紡的方 式來(lái)紡絲，經(jīng)一定的操作工藝得到原絲，再將原絲經(jīng)過(guò)高溫亞胺化、熱牽伸后可以制得的聚酰亞胺纖維，具有高致密性和高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。

江蘇奧神集團(tuán)和東華大學(xué)對(duì)干法成形 PI 纖維進(jìn)行了工程化探索，并以此為基礎(chǔ)首次在國(guó)際上成功建成投產(chǎn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的干法紡絲生產(chǎn)線。

展

望

聚酰亞胺作為很有發(fā)展前途的高分子材料已經(jīng)得到充分的認(rèn)識(shí)，在絕緣材料中和結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用正不斷擴(kuò)大。在功能材料方面正嶄露頭角，其潛力仍在發(fā)掘中。但是在發(fā)展了40年之后仍未成為更大的品種，其主要原因是，與其他聚合物比較，成本還是太高，大大的限 制了聚酰亞胺的發(fā)展，我們應(yīng)當(dāng)不斷對(duì)聚酰亞胺的合成、工藝、分子設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行探究，使其在今后的發(fā)展中大放異彩。

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