耐热高分子材料聚酰亚胺应用介绍(Ver3.0).pdf

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耐热高分子材料聚酰亚胺耐热高分子材料聚酰亚胺应用介绍应用介绍1.概述概述聚酰亚胺作为高性能聚合物材料，己有四五十年的发展历史，因其在性能和合成上的突出特点，不论作为结构材料还是功能材料己被充分认识，不仅应用领域极为广泛，而且在每一领域中都有极为突出的表现。

作为综合性能最佳的有机高分子材料之一，聚酰亚胺材料使用温度区域最宽，可达-250C450C，在液氮（-196C）中材料不脆裂，是目前能够实际应用的最耐高温的高分子材料。

且具有高绝缘性能，是国际公认的特种工程材料。

因其在性能和合成方面的突出特点，被称为是“解决问题的能手”。

1.1由来由来1908年人类于实验室首次制备了聚酰亚胺。

1955年美国DuPont公司申请了世界上第一篇有关聚酰亚胺在材料应用方面的专利。

但聚酰亚胺真正作为一种材料而实现商品化则是源于20世纪60年代美国、苏联发展超音速飞机及航天技术，这种耐热、高强、轻质的材料，才开始被重视与深度开发。

聚酰亚胺作为高分子材料，除耐高温之外，同时其它多种优异性能，例如：

髙强度、自润滑。

可制成耐髙溫高強度轴承；高绝缘性可做为高性能绝缘材料应用到高压电气领域；耐辐射、阻燃自熄、低发烟及无毒、生物亲和性好可用在服装及医疗领域等。

类型类型介绍介绍代表代表应用领域应用领域不足不足通用类通用类大量生产的热塑性聚合物聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）聚氯乙烯（PVC）聚苯乙烯（PS）包装、建筑等一般工业应用，占全部高分子80%耐温很低，机械性能较差工程类工程类具有较高的力学性能、电绝缘性能和热稳定性能的聚合物尼龙（锦纶）聚碳酸酯（PC）PETABS腈纶、氨纶、涤纶环氧树脂、聚酯树脂可以承受复杂的外力作用并能满足制件结构上的较高要求耐温等级较低高性能高性能类类具有高性能，特别是高耐热性能的聚合物聚酰亚胺聚酰亚胺芳纶聚醚醚酮（PEEK）聚苯硫醚（PPS）聚砜（PSU、PAS）PBO氟聚合物（PTFE、PVDF）超高分子量聚乙烯高温、高强、酸碱、辐射等苛刻环境成本高，难加工从材料学的角度，聚酰亚胺处于材料金字塔顶端，性能优异。

1.2应用领域应用领域由于聚酰亚胺特性多样，且在每一应用领域都显示了突出性能、是国家急需的耐高温和高强度的先进材料。

其可以加工成种类繁多的衍生品，在军民多重领域中发挥重要作用。

与其他高性能高分子材料相比，聚酰亚胺的一个突出特点是可以加工成塑料、薄膜、纤维、弹性体、胶黏剂、涂料等多种形态，可气相沉积于极小面积。

在航空、航天、微电子、纳米、新能源、液晶、分离膜、激光等国防、军工、高科技及民用领域聚酰亚胺已经被广泛应用。

近年来，各国纷纷加大对将聚酰亚胺的研究、开发及利用，将其列为21世纪最有希望的工程塑料之一。

由于聚酰亚胺材料可用于制作火箭整流罩、导弹外壳、空间站结构件、飞机发动机关键部件、坦克轴承等，在军事领域有着非常重要的作用，因此美、日、欧等发达国家将其生产加工工艺和应用领域长期对我国实行封锁，使国内对聚酰亚胺制品不甚了解，也不知可用于何处。

航天火箭坦克装甲车地球卫星潜艇飞机内外构件火星探测车飞机发动机风力发电电缆护套高速列车2.国国内内外外主要主要生产企业生产企业欧美日等国一直重视聚酰亚胺的研发生产，其专利数量一直在高性能高分子材料中占绝对主导地位。

到2006年，全世界聚酰亚胺的用量大约在6万吨左右。

聚酰亚胺材料在众多领域应用广泛，主要生产厂商有：

美国美国杜邦-占世界产能36%；日本日本钟渊化学和宇部兴-占世界产能39%；韩国韩国SKCKolon-占世界产能11%；台湾台湾达迈-占世界产能7%其他主要生产聚酰亚胺的厂商有：

奥地利EVONIK工业集团，世界最大的特种化学工业公司。

TORAY日本东丽、KANEKA日本帝人、MITSUI日本三井化学等。

中国的聚酰亚胺研究工作在上世纪60年代初与美国及前苏联几乎同时起步，其中中国科学院长春应用化学研究所起步最早，研究最为广泛、深入。

长春应化所在科技部（863、973计划）、中科院的支持下，通过40多年的持续研发，取得了完全具有自主知识产权的技术成果，获得过国家发明奖等一系列奖励。

3.主要特性及主要特性及典型应用典型应用案例案例聚酰亚胺具有优秀的耐高温耐高温特性，可以在零下250C到450C这一宽泛的温度区间中使用。

此外，其还具有耐溶剂、耐溶剂、抗腐蚀、抗腐蚀、耐耐辐射、阻燃、离火自熄、隔热、辐射、阻燃、离火自熄、隔热、隔音隔音、噪音低、抗疲劳、耐磨损、耐冲噪音低、抗疲劳、耐磨损、耐冲击、密度小、击、密度小、无粉尘、无粉尘、无纤维无纤维、柔性强柔性强、耐久性能好耐久性能好等超强性能。

高低温性能高低温性能200可使用数万小时400550可经受数百小时数分钟在零下269的液氦温度不脆裂轻质轻质密度1.4-1.7左右，是铝合金的一半高强度高强度未填充的塑料的抗张强度在100Mpa以上复合材料的比强度是合金的数倍耐辐射耐辐射可长时间耐紫外、高能射线、原子氧等耐化学性耐化学性耐多种有机溶剂隔热阻燃性隔热阻燃性三叶形纤维是目前国际上报道绝热效果最好的材料限氧指数达到38，经特殊处理可达70自熄、无毒、无烟尘排放密封性能密封性能耐磨损，抗疲劳，自润滑性能好，可无油自润滑热膨胀系数低其他方面其他方面加工方法多样，相对低成本超强的超强的耐燃性耐燃性可以用来制作水面舰船、潜艇、航空器、航天飞行器的热障零件、隔舱、天花板、管线隔热隔声材料。

美国海军采用聚酰亚胺吸声泡沫对潜艇进行发动机舱吸音处理，除上述耐温、阻燃等特性外，聚酰亚胺泡沫吸声材料在燃烧时烟气毒性、熔滴方面也表现优异，其暴露在明火中时，不发烟、不释放有毒副产物，燃烧不溅落，把对人员的危害降到最低。

聚酰亚胺宽泛的使用温度使得在极冷集热环境中可以保持原有性能无变化极冷集热环境中可以保持原有性能无变化，低温不变脆低温不变脆，柔性强柔性强，膨胀系数低膨胀系数低，广泛应用于大型天然气船的膨胀节、各种低温盘管的隔热备件。

聚酰亚胺材料质量轻质量轻，对于航海、航空、航天器具而言可以直接的降低油耗、增加有效载荷，提升速度。

美国海军CG-47导弹巡洋舰，由于聚酰亚胺材料的应用使得每艘舰船减重50吨。

美国海军提康德罗加美国海军提康德罗加级级（CGCG-4747）导弹巡洋舰由于装备了“宙斯盾”防空系统，被誉为“当代最先导弹巡洋舰由于装备了“宙斯盾”防空系统，被誉为“当代最先进的巡洋舰”。

进的巡洋舰”。

在航母上应用，可以减重约250吨。

美国海岸巡逻艇作为需要迅速反应的快艇广泛使用聚酰亚胺材料，使得每艘快艇可减重6吨，增加了快反能力。

美国海军航空母舰美国海军航空母舰“乔治乔治H.W.H.W.布什号布什号”（CVN77CVN77）是最新，也是最后一艘尼米兹级核动力航空母）是最新，也是最后一艘尼米兹级核动力航空母舰，舰，采用了聚酰亚胺采用了聚酰亚胺材料。

材料。

聚酰亚胺材料无粉尘无粉尘、隔音吸声隔音吸声，耐冲击耐冲击，使安装维护变得简便安全，在施工上易切割、不产生粉尘颗粒、可用胶黏剂粘接。

在施工过程中对人员的身体尤其是呼吸道无害，并且具有较长的使用寿命。

聚酰亚胺材料有良好的耐久稳定性，除在极冷即热环境中性质不改变，不会发生碎裂或融化外，还具有耐化学药剂的特性，可耐受烃、醇和非浓酸。

美军第一艘应用聚酰亚胺材料的舰船：

USNLCAC在服役15年后，其材料的粘结强度仍然符合规定的性能要求。

聚酰亚胺的综合特性还应用在飞机发动机零件上，发动机部分关键部件要求在300-400C的高温工作，如军机战略巡航时，发动机需要在这一温度环境下使用数百小时。

以美国为例，由美国NASALewis研究所在聚酰亚胺材料上开发的PMR-15基体制件，使用温度可以高达300C，使耐高温聚合物基复合材料的潜力得以发挥。

F404F404发动机外涵道发动机外涵道发动机的风扇叶片发动机的风扇叶片GE公司研制的第四代大推力军用涡轮风扇发动机F404的外涵道已采用PMR-15碳纤维做制件，这些应用了新型制件发动机风扇、外涵机匣等部件的热稳定性远优于原先的环氧复合材料，同时还具有良好的耐环境能力。

代替了钛合金，因而使涵道减轻重量15%，降低总成本35%，并且没有强度和寿命的损失，还具有优良的阻燃能力。

因此在备件、维修维护等方面极大地降低了要求；由于零件重量的减轻，在获得更好的燃油经济性的同时可以为飞机在增加续航里程或增加有效载荷等方面提供了极大地余地。

同样的应用可以在重型坦克、军用车辆、特种工程车等不同领域进行产业化应用。

此外，下列世界各国的高新技术产品中都应用到了聚酰亚胺材料：

美国火美国火星探测车使用聚酰亚胺泡沫塑料填充物，用于减缓车轮转动中的振动，在严酷的火星星探测车使用聚酰亚胺泡沫塑料填充物，用于减缓车轮转动中的振动，在严酷的火星环境环境中中经受了考验。

经受了考验。

DeltaIIDeltaII卫星运载火箭的仪表舱整流罩及其舱间连接卫星运载火箭的仪表舱整流罩及其舱间连接填充了填充了聚酰亚胺聚酰亚胺泡沫塑料，其优异的耐蠕变泡沫塑料，其优异的耐蠕变性能可保证符合材料在固化过程中不发生形变。

性能可保证符合材料在固化过程中不发生形变。

日本新干线以及欧洲之星日本新干线以及欧洲之星高速列车高速列车均选用聚酰亚胺均选用聚酰亚胺材料材料在在行走机构、机头、车内隔板行走机构、机头、车内隔板、车门、座、车门、座椅系统、绝缘材料等椅系统、绝缘材料等多方面多方面进行应用进行应用。

哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜太阳能电池帆中所用夹层太阳能电池帆中所用夹层中间填充的聚酰亚胺泡沫塑料可减小发射过程中光电太中间填充的聚酰亚胺泡沫塑料可减小发射过程中光电太阳能电池的振动，起到缓冲保护作用。

阳能电池的振动，起到缓冲保护作用。

在高性能先进直升飞机在高性能先进直升飞机的旋翼制造技术中，使用了的旋翼制造技术中，使用了聚酰亚胺聚酰亚胺结构性夹层芯材泡沫塑料。

结构性夹层芯材泡沫塑料。

英国英国与意与意大利大利合资合资的的AgustaWestlandAgustaWestland直升机公司在新一代先进直升机旋翼直升机公司在新一代先进直升机旋翼发展项目发展项目中中使用使用聚酰亚胺聚酰亚胺复合复合材料材料。

其研制的。

其研制的EHEH-101101直升机直升机主桨叶旋翼主桨叶旋翼采用了采用了具有超乎寻常的抗疲劳性能具有超乎寻常的抗疲劳性能的聚酰亚胺材料，因的聚酰亚胺材料，因此可以承受使用过程中旋翼所产生的高动力载荷，此可以承受使用过程中旋翼所产生的高动力载荷，使得直升机旋翼的使用寿命使得直升机旋翼的使用寿命有了有了质的飞跃。

质的飞跃。

基于基于与直升机与直升机相同的相同的应用原理，应用原理，丹麦丹麦VestasVestas公司的公司的风力发电机风力发电机叶片叶片采用了聚酰亚胺复合材料。

采用了聚酰亚胺复合材料。

空中客车空中客车A340A340-500500、600600均采用聚酰亚胺复合材料加强气密机舱的球面框，大均采用聚酰亚胺复合材料加强气密机舱的球面框，大幅度提高幅度提高其抗疲劳其抗疲劳性和重量。

性和重量。

空客还将空客还将聚酰亚胺聚酰亚胺复合材料复合材料用于用于A380A380的副翼和气密隔板等部位。

的副翼和气密隔板等部位。

航天服航天服隔热层隔热层中中使用使用聚酰亚胺薄膜聚酰亚胺薄膜，头盔头盔中所用的冲击吸收垫中所用的冲击吸收垫则则采用开孔弹性聚酰亚胺泡沫塑料采用开孔弹性聚酰亚胺泡沫塑料作内衬，起到防震阻尼作用，这种头盔可以在太空飞行器生活舱和高真空环境下使用。

作内衬，起到防震阻尼作用，这种头盔可以在太空飞行器生活舱和高真空环境下使用。

在薄膜太阳能电池方向上，美国生产的超过200MW柔性太阳能电池几乎由军方采购，并没有流入民用市场，其制备柔性太阳能电池所用薄膜在市场上也没有售卖。

美国美国GROUPSATFZCOGROUPSATFZCO公司公司基于聚酰亚胺衬底的基