超级工程塑料中的“黄金”——聚酰亚胺(Polyimide)

聚酰亚胺是什么？

 聚酰亚胺（PI）具有优良的综合物理性能，因其优异的耐高低温、耐溶剂、耐辐射性能，机械性能和电性能，被广泛应用于航空航天、汽车工业、微电子、平板显示器等多种高科技领域。

聚酰亚胺可以分成哪几类呢？

Polyimide

热塑型聚酰亚胺材料

热塑型聚酰亚胺材料具有较好的耐热性和抗热氧化性能，在较大的温度范围内保持良好的介质、绝缘和耐辐射的性质。

但其中间产物聚酰胺酸在室温下稳定性比较差，容易发生降解，且易与活泼金属发生反应使其腐蚀。

热固型聚酰亚胺材料

该型树脂具有较好的加工性能和力学性能，在高温下稳定性好，在200℃~300℃下工作数千小时。与玻璃纤维等材料复合后，其介电性能、耐高温性能和力学性更优异，已应用于电工电子领域。

如何合成聚酰亚胺？

熔融缩聚法

Edwards和Robinson首先用二胺与四羧酸二酯通过熔融缩聚法制备了聚酰亚胺（PI）。其合成反应式如上图所示。该反应加热到110~138℃后,生成低分子量的中间产物(盐),在250~300℃继续加热数小时就能转变为PI。

溶液缩聚法（一步法+二步法）

一步法是二酐和二胺在高沸点溶剂中加热直接聚合生成PI，即单体不经过生成聚酰胺酸(PAA)而直接合成PI。

两步法是由二酐和二胺经两步反应形成PI，反应方程式右图所示。两步法主要用于制备芳香族PI。

界面缩聚法

在界面，酰胺化为主要反应，随着反应的进行，由于形成薄膜的阻隔，产生的盐酸滞留在有机相面上的膜表面，形成一个酸化层，膜表面含有酰胺和酸，这些基团可以与水形成氢键，从而促进酰胺的水解。在反应后阶段，胺的浓度大大减少，更易产生酰氯水解。

聚酰亚胺有哪些应用？

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。据报道美国超音速客机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。

 高性能膜

透明的聚酰亚胺薄膜可作为柔软的太阳能电池底板。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。

塑料、涂料及纤维材料

用作高温耐热的泡沫塑料，也可用于热固型及热塑型工程塑料，还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。作为绝缘漆用于电磁线，或作为耐高温涂料使用。也可用作高温结构胶。

总结

聚酰亚胺作为很有发展前途的高分子材料，已经得到充分的研究，在绝缘材料中和结构材料方面的应用正不断扩大。在功能材料方面正崭露头角，其潜力仍在发掘中。但是在发展了40年之后仍未成为更大的品种，其主要原因是，与其他聚合物比较，成本还是太高。因此，今后聚酰亚胺研究的主要方向之一仍应是在单体合成及聚合方法上寻找降低成本的途径。

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