聚酰亚胺的研究概况Word文档格式.docx

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通过本文的介绍，可以对聚酰亚胺有一个系统的认识。

关键词：

开展历程；

合成；

性能；

应用；

改性

Abstract:

Asaprehensiveperformanceexcellentmaterial,polyimide（PI）hasbeenwidelyused.Firstly,thepapermakesabriefintroductionaboutthedevelopmentprocessofpolyimide,andthecurrentdomesticdevelopmentcondition.Secondly,itintroducesseveralmoreimportantsyntheticmethodsaboutthepolyimide,andthenintroducesthepropertiesofthepolyimideanditsecurrentapplications.Finally,accordingtoitsshortingsandsomeresearchathomeandabroad,thepapercitesseveralrelativelyimportantdirectionofthecurrentmodification.Throughtheintroductionofthisarticle,youcanhaveagoodsystematicunderstandingofpolyimide.

KeyWords:

developmentprocess;

synthetic;

properties;

applications;

modification

引言

随着航空航天，电子信息工业，汽车工业与家用电器等工业的蓬勃开展，对材料的要求越来越高。

因此材料的研究不断朝着高性能化，多功能化，轻量化和低本钱化等方面开展。

[1]

聚酰亚胺〔PI〕就是综合性非常优异的材料。

聚酰亚胺是一类以酰亚胺环为特征构造的聚合物。

其中以苯环直接与酰亚胺环相连的聚合物最为重要。

其分子的通式如下：

聚酰亚胺具有高强度、高韧性、耐磨耗、耐高温、防腐蚀等特殊性能，被广泛应用于电机电器、电子微电子工业、航空航天工业、汽车工业、机械化工、别离膜、胶黏剂等领域。

目前，聚酰亚胺是在已经工业化的工程塑料中耐热性能最好的品种之一。

[2-6]

但普通的聚酰亚胺由于分子链规整性好、刚性大、链间相互作用力强等构造特点而难熔难溶，加工成型困难，应用受到限制。

因此，在保持聚酰亚胺优良综合性能的同时，改善其加工性能，已成为目前研究的热点之一。

[7,8]

1聚酰亚胺的开展历程

早在上世纪九十年代，鲍格特（Bogert）和兰绍（Renshaw）在实验室中首次制备了聚酰亚胺，合成路线如下。

但那时聚酰亚胺的本质还未被深入认识，所以它没有受到应有的重视。

[3]

将聚酰亚胺作为一种高分子材料研究开场于上个世纪50年代，1955年美国DuPont公司的Edwards与Robison申请了世界上第一篇有关PI在材料应用方面的专利。

从此，具有高分子量聚酰亚胺材料的合成大量出现并迅速商品化。

1961年DuPont开发出聚均苯四甲酰亚胺薄膜（Kapton），1964年开发生产聚均苯四甲酰亚胺膜塑料（Vespel），1965年公开报道了该聚合物的薄膜和塑料，继后有关PI的粘合剂、涂料、泡沫和纤维相继出现。

从此开场了聚酰亚胺（PI）蓬勃开展的时代。

[9,10]

我国对聚酰亚胺的研究开发始于1962年，1963年漆包线问世，1966年后薄膜、模塑料、粘合剂等相继问世。

[10]目前，聚酰亚胺主要的几个大品种如均苯型、联苯型、单醚酐型、酮酐型、BMI型及PMR型均已得到研究开发。

[9]在聚酰亚胺树脂及复合材料的研究领域，我国已经具备较高的水平，与兴旺国家在技术上差距并不大，但在知识产权以及产品的实际开发利用方向差距较大，尤其在新型单体的研制及开发利用方面，是较为薄弱的环节之一。

[1,9]

2聚酰亚胺的合成[1,3,9-13]

聚酰亚胺的合成通常是以二酐和二胺为单体，合成方法有熔融缩聚法，溶液缩聚法，界面缩聚法和气相沉积法等。

2.1熔融缩聚法

将单体、催化剂和分子量调节剂等投入反响器中，加热熔融并逐步形成高聚物的过程。

此法在应用上有一定的局限性。

所得聚酷亚胺的熔点必须低于反响温度，以便在缩聚过程中使反响混合物处于熔融状态`。

因此，只有含多个亚甲基脂肪族的二胺才适用于此方法。

2.2溶液缩聚法

溶液缩聚法可分为一步法和两步法两种。

一步法是二酐和二胺在高沸点溶剂中加热直接聚合成聚酰亚胺，而不经过中间产物聚酰胺酸。

两步法是二酐和二胺经两步反响形成。

两步法主要用于制备芳香族。

第一步先将二酐和二胺溶解在极性非质子溶剂中如DMF、二甲基乙酰胺等，在较低温度下先反响制得预聚体一PAA溶液，第二步再进展酰亚胺化。

2.3界面缩聚法

指在两种互不相容、分别溶有两种单体溶液的界面附近进展缩聚反响。

要求单体活性高、反响速率快、分子质量高、反响温度低。

但由于要采用高反响性单体又要消耗大量溶剂，设备利用率低。

尽管界面缩聚法有许多优点，但工业上实际釆用较少。

2.4气相沉淀法

在高温下将二酐和二胺以气流的形式输送到混炼机进展混炼，由单体直接制成薄膜。

因需要高温，控制有一定难度。

3聚酰亚胺的性能与应用

3.1聚酰亚胺的性能[6,9-11,13,14]

由于聚酰亚胺构造中带有十分稳定的芳杂环，拥有许多优异的性能：

〔1〕耐热性

聚酰亚胺具有极强的耐热性，TGA热重分析表示聚酰亚胺分解温度可达500℃—600℃，是现阶段最稳定的聚合物之一。

〔2〕耐低温

聚酰亚胺材料具有耐超低温特性，即使在超低温的液氮中，不会脆裂，仍能保持一定的机械强度。

〔3〕良好的机械性能

均苯型聚酰亚胺薄膜（Kapton）的拉伸强度为170MPa、拉伸模量为3.0GPa，而联苯型聚酰亚胺（Upilex）的拉伸强度到达400MPa、拉伸模量为3~4GPa，增强以后可大于200GPa。

〔4〕良好的尺寸稳定性

聚酰亚胺材料具有极低的热膨胀系数，热膨胀系数一般在2×

105~3×

10-5/℃，联苯型聚酰亚胺的热膨胀系数在1×

10-6/℃，个别产品热膨胀系数可1×

10-7/℃，与金属的热膨胀系数接近。

正是这种低热膨胀系数的特性，PI可广泛应用于柔性印刷电路板的制造。

〔5〕良好的介电及绝缘性

聚酰亚胺材料的介电常数一般在3.0~3.6之间，当引入氟原子或将纳米级的空气分散其中时，介电常数可降至2.5~2.7之间，甚至更低。

介电损耗在1×

10-3左右，介电强度在100~300Kv/mm、体积电阻为1×

1017Ω。

这种低介电常数的聚酰亚胺在微电子行业作为封装材料、绝缘材料的应用提供了保障。

〔6〕良好的耐辐射性能

聚酰亚胺材料在高温、高真空及辐照下稳定，挥发物少。

〔7〕良好的化学稳定性

通常聚酰亚胺不溶于常用有机溶剂，常见的可溶性聚酰亚胺也只是溶解在一些特定的极性有机溶剂中，但聚酰亚胺与其它芳香聚合物一样，不耐浓硫酸、浓硝酸及卤素。

聚酰亚胺对稀酸有较强的耐水解性能，对氧化剂、复原剂的稳定性也较高，特别是在高温下，其稳定性尤为突出。

但一般的品种不耐水解，尤其是碱性水解。

〔8〕良好的阻燃性

聚酰亚胺是自熄性聚合物，发烟率极低，高温燃烧后的残碳率常在50％以上，是一种良好的阻热剂及阻燃剂。

〔9〕无毒及生物相容性

聚酰亚胺无毒，且一些聚酰亚胺还具有很好的生物相容性。

聚酰亚胺可用来制造餐具及医疗器械，可经得起上千次的消毒。

〔10〕聚酰亚胺也有它的缺点：

传统的聚酰亚胺不熔不溶，难以加工；

制成薄膜硬、脆、强度不好；

用于微电子工业时，其热膨胀系数不好；

用于光通信工业，透明性差；

同时，其粘接性也不是很好。

[8]

3.2聚酰亚胺的应用

由于PI具有上述优良的性质，其被广泛的应用于众多领域。

〔1〕薄膜

广泛应用于软板、半导体封装、光伏（太阳能）能源、液晶显示器等电子领域，在电机领域应用于航天军工、机械、汽车等各产业绝缘材料。

主要产品有杜邦的Kapton、宇部兴产的Upilex系列和钟渊的Apical。

透明的聚酰亚胺薄膜可作为柔软的太阳能电池底板；

苹果〔手机〕的防水系统使用杜邦公司的Kapton聚酰亚胺薄膜等。

[1,4,15]

〔2〕涂料

聚酰亚胺可用作中小型电机和电器设备的漆包线漆、电机绕组浸渍漆等，还可用于高压大型电机的槽部端部防电晕漆。

[10]如牵引电机、氟里昂冷冻电机线圈的浸渍，以及避雷器元件、雷达仪器等的绝缘处理。

[11]

〔3〕纤维

其弹性模量仅次于碳纤维，是先进复合材料的增强剂，可作为高温介质及放射性物质的过滤材料和防弹、防火织物。

[9]如做防弹衣，消防服，降落伞及热物料的滤布等。

[6,12,13]

〔4〕泡沫塑料

用作耐高温的隔热材料。

如飞机上保温防火材料、防辐射材料、高温能量吸收材料、电绝缘材料、耐磨材料和遮蔽材料等。

[3,9]

〔5〕工程塑料

聚酰亚胺可以分为热固性聚酰亚胺和热塑性聚酰亚胺两种。

具有高强度、高模量、尺寸稳定、轻质、耐磨、自润滑、密封性好等优良性质。

[9]主要品种有聚苯硫醚，聚醚矾等。

用于大型电机、核电站、纺织机械、高速包装设备、气体压缩机、轿车刹车片、齿轮轴承〔或保护架〕、复印机等[4]

〔6〕胶黏剂

主要用于高温构造胶黏剂。

[9]主要特点是高强度、耐高温、抗腐蚀、密度小。

用于电子领域中的多片微型组件等[3,4]

〔7〕复合材料

聚酰亚胺复合材料主要包括热固性PMR型聚酰亚胺碳纤维增强复合材料和聚酰亚胺无机〔纳米〕杂化材料两种类型。

它们机械性能优良、热稳定性好，适合作耐磨及构造材料；

同时可以控制无机物含量，便于加工,可用于制造交通工具、飞机部件等；

其高阻隔性、各向异性，可用于制造各种容器；

优异的光学性能，在光学尤其是非线性光学领域应用广泛。

[9,11]如美国的超音速客机50%的构造材料为以塑性PI为基体树脂的碳纤维增强的复合材料。

[4]

〔8〕别离膜

聚酰亚胺因其稳定的化学构造、优良的机械性能和高的自由体积，使其在别离混合物气体时能在具有较高渗透通量的同时还保持较高的选择性，可用于有机物〔包括液体和气体〕的别离。

[9]如它可以对H2和N2、N2和O2、CO2和CH4进展别离，也可以将水分从很多气体和液体中别离出来。

[13]

〔9〕光刻胶

分为负性胶和正性胶,分辨率可达亚微米级。

[1,13]

〔10〕在微电子领域的应用

聚酰亚胺具有优异的热稳定性、机械性能以及优良的介电性能等，已经广泛应用于微电子器件、印刷线路板，特别是大规模、高密度集成电路的制造中。

[9]如在微电子器件上涂覆PI保护层，可阻滞电子的迁移，防止腐蚀，增加器件的抗湿能力。

此外，除了上述的应用外，聚酰亚胺还可用作生物相容性材料，取向排列剂，光电材料，质子传输膜，模塑粉，超硬塑料制品以及汽车耐磨材料等。

[1,4,9,13]

4聚