聚酰亚胺的应用

1、聚酰亚胺的应用进展聚酰亚胺的应用进展The Application Progress Of Polymer高分子112 郑伟玲201111024234摘要:本文主要探讨不同的聚酰亚胺制品：聚酰亚胺复合材料，聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺涂料，聚酰亚胺纤维，聚酰亚胺泡沫塑料，聚酰亚胺胶黏剂等的性能，并分析其在不同领域的应用，及应用前景。关键字：聚酰亚胺 复合材料薄膜 涂料 纤维 泡沫塑料 胶黏剂 应用Abstract:this paper mainly discusses the different properties of polymer products about composite,films

2、,coating, fiber,foam plastics,and resin agent and analyzes its application area and application prospects. Keys:polymer composite film coating fiber foam plastics resin agent前言 聚酰亚胺，外观为淡黄色粉末，英文名polymer ,缩写PI，可分为均苯型PI，可溶性PI,聚酰胺一酰亚胺（PAI）和聚醚亚胺( PEI）四类，是由含二酐和二胺的化合物逐步反应聚合而成的分子主链上含有亚胺环的一类聚合物。聚酰亚胺分子有结构十分稳定

3、的芳杂环，使其具有其他高分子材料无法比拟的优异性能，具有高模量、高强度、耐高低温、轻质、阻燃等特点。因其在性能和合成方而的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，可广泛用于航空航天、电气电子、玻璃、机车、汽车、精密机械和自动办公机械等领域，其巨大的应用前景已经得到充分的认识。随着原料合成技术和制取工艺的改进和发展，聚酰亚胺产业得到了较快的发展。 聚酰亚胺复合材料-聚酰亚胺树脂具有轻质、高强、耐高温的优点，有利于实现武器系统的高性能化，在保持聚酰亚胺优异的介电性能的同时，提高结构的机械性能。聚酰亚胺蜂窝层夹层结构复合材料有望应用于导弹和运载火箭特殊场合等的隔热板、天线罩、整流罩等。聚酰亚

4、胺薄膜具有高强度、高韧性、耐磨耗、耐高温、防腐蚀等特殊性能，可符合轻、薄、短、小之设计要求，成为电子、电机产品的重要原料之一，电子领域广泛应用于软板、半导体封装、光伏(太阳能)能源、液晶显示器等，而电机领域主要应用于航天军工、机械、汽车等。聚酰亚胺涂料作为绝缘漆用于电磁线，或作为耐高温涂料使用，常用作大规模集成电路布线的层间绝缘材料、器件表而钝化层、屏蔽材料、离子注入材料等。聚酰亚胺纤维具有较高的强度和模量，优越的耐化学腐蚀性、热氧化稳定性和耐辐射性能，使得该纤维在恶劣的工作环境中具有比其它高技术聚合物纤维更大的优势。其在高温过滤、国防、航空航天工业、高端武器装备方面，发挥着不可替代的作用。聚

5、酰亚胺胶黏剂具有优异的耐热氧化稳定性、耐溶剂以及优异的力学性能和电性能，在航空、空间技术以及微电子工业等高新技术领域得到了广泛的应用。聚酰亚胺泡沫塑料具有质轻、隔热、隔音、热导率低、比强度高并能吸收冲击载荷等优点。1.聚酰亚胺的性质1.1聚酰亚胺的物理性质聚酰亚是淡黄色粉末，是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400以上，长期使用温度范围-200-300，无明显熔点，高绝缘性能，103赫下介电常数4.0，介电损耗仅0.004-0.007，属F至H级绝缘材料。1.2聚酰亚胺的化学性质聚酰亚胺品种不溶于有机溶剂，对稀酸稳定，一般的品种不太耐水解，属于自熄性聚合物，在极高的真空下放气量很少，

6、聚酰亚胺无毒。2聚酰亚胺产品应用2.1聚酰亚胺复合材料2.1.1聚酰亚胺复合材料的分类实现武器系统高性能化主要依赖于应用性能更加优异的先进材料，特别是轻质、高强、耐高温树脂基结构复合材料的应用。自20世纪70年代以来，聚酰亚胺材料就一直是各国竟相研究和开发的重点。主要有BMI型、PMR型和乙炔基封端的聚酰亚胺树脂。2.1.2聚酰亚胺复合材料存在的缺陷BMI型聚酰亚胺树脂的最高使用温度为260，无法满足需求。乙炔基封端的聚酰亚胺树脂虽然具有良好的热氧化稳定性，但其固有的固化反应难于控制和工艺窗口太窄等缺点限制了其进一步应用1 陈祥宝.高性能树脂基体M.北京:化学工业出版社，1999。2.1.3聚

7、酰亚胺复合材料的改良从成型工艺改进角度来讲，还出现了适合RTM土艺的聚酰亚胺复合材料，树脂的合成与成型土艺目前仍然处于实验室研究阶段。目前耐温等级最高、应用技术最成熟的高性能树脂基复合材料是PMR型聚酰亚胺树脂基复合材料。主要用于制造航天、航空飞行器中的各种耐高温结构部件，从小型的热模压件(如轴承、套管等)到大型的承力结构件，如发动机外涵道、风扇叶片、导弹仪器舱和弹翼等。2.1.4聚酰亚胺复合材料的优异性能聚酰亚胺树脂具有优异的介电性能，1-20 GHz,纯树脂的介电常数为2. 9-3.2，介电损耗为0. 004-0.008。选用玻璃纤维或者一性能更优的石英纤维作为增强体，与聚酰亚胺复合制得的

8、复合材料，在保持了优异的介电性能的同时，大幅度提高了结构的机械性能，由于其高温热导率低，因此还兼具隔热功能，显示出了作为多功能材料的巨大潜力。航天材料及工艺研究所在透波树脂基复合材料研究方面也开展了系统的研究。除了常规的环氧、酚醛玻璃钢之外，还开展了石英增强氰酸酷、石英增强双马树脂和石英增强聚酰亚胺等高性能介电复合材料。值得一提的是制备的石英增强聚酰亚胺复合材料在450高温下仍然具有优异的介电和力学性能。2.1.5聚酰亚胺复合材料的新应用航天材料及工艺研究所近年来开展了聚酰亚胺蜂窝夹层结构复合材料的探索研究，开发出了轻质耐高温聚酰亚胺蜂窝夹层结构。聚酰亚胺蜂窝夹层结构具有良好的隔热性能和力学性

9、能，能够减少隔热层的厚度和提高结构刚度，实现结构轻质化和功能化，有望应用于导弹和运载火箭特殊场合等的隔热板、天线罩、整流罩等。2赵伟栋,王磊潘,玲英,刘含洋,赵翠梅.聚酰亚胺复合材料研究进展J.宇航材料工艺,2013(4):14-182.2聚酰亚胺薄膜2.2.1聚酰亚胺薄膜应用现状 聚酰亚胺薄膜具有高强度、高韧性、耐磨耗、耐高温、防腐蚀等特殊性能，可符合轻、薄、短、小之设计要求，是一种具有竞争优势的耐高温绝缘材料。经过40多年的发展，已经成为电子、电机产品的重要原料之一，电子领域广泛应用于软板、半导体封装、光伏(太阳能)能源、液晶显示器等，而电机领域主要应用于航天军工、机械、汽车等。3天津绝缘

10、材料厂.聚酰亚胺薄膜市场动向J.绝缘材料通讯,1988(6):13-14.4谢光贤.国外聚酰亚胺薄膜发展概况J.绝缘材料通讯,1992(1):34-40.5刘伟利.聚酰亚胺膜的发展概况J.中国塑料，1993,7(4):10-15.6张雯,张露,李家利,等.国外聚酰亚胺薄膜概况及其应用发展J.绝缘材料,2001(2):21-23.7颜善银,陈文求,杨小进,等.聚酰亚胺膜的应用研究进展J.化工新型材料,2009,37(9):26-29.8洪金贤.软性材料基板的介绍与应用J.工业材料杂志,2007,(243):159-聚酰亚胺薄膜的新应用 随着移动电子装置需求的日新月异，驱使PI产

11、品发展具有更高的物性要求，如吸湿性、尺寸稳定性以及表面性质等方面的改善，各制造商针对客户需求研发出白色PI、彩色PI、超薄PI及透明PI等高性能产品。近年来PI在高阶FPC应用、LED、电子通讯与光电显示等相关产业的新应用如雨后春笋般浮现，新型聚酰亚胺材料的需求日益增多，如应用于手机的黑色聚酰亚胺膜产品、LED光条背光需求的白色聚酰亚胺膜产品及高导热、超薄及可电镀聚酰亚胺膜产品等。研发使用PI膜生产挠性太阳能电池和用于柔性显示器的透明基板，如Ube后续研发重点是光相关材料(LED/EL )与新一代基板材料10贺飞峰.聚酰亚胺的发展动向,机遇和对策J.上海化工,2004(8):28-31.11余

12、学新.改性聚酰亚胺薄膜J.化工新型材料,1986(6):33.12柯伟.联苯型聚酰亚胺薄膜制造方法的研究J.合成树脂及塑料,1991,(3):75-76.。白色聚酰亚胺薄膜白色聚酰亚胺薄膜可以提高LED的光反射及色源稳定性，耐高温，长时间使用不变色，组装弯折不脆裂，亦不会产生粉屑，可以增加背光源的质量及稳定性。黑色聚酰亚胺薄膜黑色聚酰亚胺膜具有黑色消光特性(不反光)，对线路的遮蔽性高，除了可用在LED背光源上，亦可用在智能型手机及光学相关产品中。高尺寸稳定性聚酰亚胺薄膜高尺寸稳定性聚酰亚胺薄膜：由于LED背光源的应用逐渐向电脑及电视等中大尺寸发展，背光

13、模块的长度也随之增加，制造加工的难度也会增加，因此需要尺寸稳定性好的材料。超薄型聚酰亚胺薄膜超薄型聚酰亚胺薄膜的厚度可薄至0.3 mil，软板薄型化除了对应用产品的轻薄化具有贡献外，更因基板的薄型化使软板的挠曲性获得改善，依据钟渊化学提供的测试数据，当PI基材厚度由12.5 um减薄到10 um时，其软板整体挠曲性将提升40%。透明的聚酰亚胺柔性薄膜透明的聚酰亚胺柔性薄膜既可作为轻巧高效的太阳能电池柔性衬底，又能替代玻璃作为新一代OLED照明/显示的柔性衬底。目前杜邦公司所开发的Kapton PV系列产品主要应用在CIGS太阳光电，并规划至2012年做到Tg大于55

14、0。15 任小龙,董占林,张俊丽,张俊杰.国外聚酰亚胺薄膜产品及应用进展J.绝缘材料.2013,46(3):28-32.2.3聚酰亚胺涂料2.3.1聚酰亚胺涂料的分类聚酰亚胺涂料包括非光敏、正片型光敏和负片型光敏三种类型，主要用于半导体保护薄膜。2.3.2聚酰亚胺涂料的应用作为绝缘漆用于电磁线，或作为耐高温涂料使用，聚酰亚胺涂料常用作大规模集成电路布线的层间绝缘材料、器件表而钝化层、屏蔽材料、离子注入材料等。OLED用聚酰亚胺涂料作为绝缘层，防止开裂和电路短路，可满足重量轻的要求，并起到对OLED进行稳定而可靠的保护。在微电子器件中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。1

15、6 汪家铭.聚酰亚胺制取方法与应用领域J.乙醛醋酸化工.2013(8):27-29.2.4聚酰亚胺纤维2.4.1聚酰亚胺纤维的优点聚酰亚胺纤维作为高技术纤维的一个品种，它不仅具有较高的强度和模量，而且耐化学腐蚀性、热氧化稳定性和耐辐射性能十分优越，使得该纤维在恶劣的工作环境中具有比其它高技术聚合物纤维更大的优势。 2.4.2聚酰亚胺纤维的应用 随着人们对环境要求的日益提高和国家排放标准的日趋严格，减少有害气体二氧化碳、二垩英等的产生和排放，治理大气污染，防止废气对人类健康造成的危害，对冶金、钢铁、发电、化工、水泥等行业高温烟气除尘过滤要求越来越高，给耐高温阻燃纤维及过滤材料提供了巨大的应用市场

16、。作为特殊过滤环境使用温度最高的滤材聚酰亚胺纤维，市场需求正在以惊人的速度增长。我国近年来在高温袋式除尘的推广及应用方面取得了较大的进展，袋式除尘较之其它除尘方式效率更高，除尘效果更为优异，因而受到广泛的关注。据统计17 Wang Jiaming(汪家铭).聚酰亚胺纤维发展概况与应用前景J.Techno-Economics in Petrochemicals(石油化工技术与经济),2011,27:58一62.18 董杰,王士华,徐圆,夏清明,张清华.聚酰亚胺纤维制备及应用J.中国材料进展.2012,31(10):14-20我国袋式除尘设备需要各种滤料108 m2左右，年总销代额达到300亿元，

17、然而，目前袋式除尘设备中所用滤料使用寿命短、除尘效率不高。高性能聚合物滤料如聚酰亚胺纤维等，大多依赖国外进口，价格昂贵，且受到多方面贸易限制。从国内高温袋式除尘设备自身发展前景来看，国家积极实施严格的烟尘排放措施，必将促进高品质除尘设备的结构提升，聚酰亚胺高性能纤维必将面临良好的市场发展前景。 除了在高温过滤方面，聚酰亚胺纤维在国防、航空航天工业、高端武器装备方面，analyse可在地面武器系统、舰船等海陆空战斗武器中减重等军控领域发挥重要作用。2.5. 聚酰亚胺胶黏剂2.5.1 聚酰亚胺胶黏剂的分类 聚酰亚胺胶黏剂一般可以分为三种：缩合型聚酰亚胺胶黏剂，热塑性聚酰亚胺胶黏剂，加成型聚酰亚胺胶

18、黏剂。这三种聚酰亚胺胶黏剂各白具有不同的优缺点，应用范围也不近相同。 以苯乙炔基封端的系列聚酰亚胺胶黏剂，具有良好的耐热性能、工艺性能以及优异的高温粘接性能。19范琳,孙宏杰,霍海涛,等.耐高温聚酰亚胺结构胶黏剂的研究J.新材料新工艺,2009 (1): 17-21.20蒋伯成,孔德忠,刘月,等.聚酰亚胺改性环氧树脂胶黏剂的研究J.化学与黏合,2010,32 (2):l13-15. 环氧树脂和聚酰亚胺的性能具有一定的互补性，因此用聚酰亚胺改性环氧树脂，可得到具有良好机械性能和粘结强度胶黏剂。用聚酰亚胺中间体聚酰胺酸(PAA)对环氧树脂(EP)进行改性，加入一定量的端梭基丁睛橡胶(CTBN)，用

19、4,4一二氨基二苯砜(DDS)做固化剂，通过调节不同的配比，得到具有较高耐热性的环氧树脂胶黏剂。2.5.2聚酰亚胺胶黏剂的应用 聚酰亚胺由于具有优异的耐热氧化稳定性、耐溶剂以及优异的力学性能和电性能，而成为耐高温胶黏剂开发的主要方向，近年来在航空、空间技术以及微电子工业等高新技术领域得到了广泛的应用。2.6聚酰亚胺泡沫塑料2.6.1聚酰亚胺泡沫塑料的改良泡沫塑料是以气体为填料的复合材料，具有质轻、隔热、隔音、热导率低、比强度高并能吸收冲击载荷等优点21张京珍.泡沫塑料成型加工M.北京:化学工业出版社,2005:5。随着航空航天、航海等科技领域的飞速发展，传统泡沫塑料(如PS,PU,PVC等)在

20、强度、刚度及耐热性等方面已无法满足使用要求，故研制高性能泡沫塑料已成为该领域的研究方向和热点。2.6.2聚酰亚胺泡沫塑料的优异性与传统泡沫塑料相比，聚酰业胺泡沫塑料由于其玻璃化转变温度(Tg)和分解温度(Td)分别达到200和500以上，因而可以长期在150左右的环境下工作，短期甚至可耐受400的高温22Hermann Seibert. Applications for PMI foams in aerospace sandwich structuresJ. Reinforced Plastics,2006,1:4423Servaty Sabine, Geyer Werner, Rau Nor

21、bert, et al. Method for producing block-shaped polymethacrylimide foamed materials:US,6670405P.2003-12-30.24Weiser E S. High temperature polymer foam for aerospace vehiclesJ. J High Performance Polym, 2000, 12( 1):125Williams M K, Holland D B. Aromatic polymer foam: Factors that lead to high fire pe

22、rformanceJ.Polym Degradation Stability, 2005, 8(1):2026Cano C I, Kyu T, Pipes R B. Modeling particle inflation from poly(amic acid) powdered precursors. I .Preliminary stages leading to bubble growth J.Polym Eng Sci, 2007,47(5):56027Cano C I, Kyu T, Pipes R B. Modeling particle inflation from poly(a

23、mic; acid) powdered precursors. .Morphologuic;al development during bubble growthJ.Polym Eng Science, 2007, 47( 5):57228Takashi N, Takashi G. Method for producting thermoplastic polymer foam and thermoplastic polymer from:JP,jp2007077275P.2007-03-2929 Lascoup B, Aboura Z, K hellil K, et al. On the m

24、echanical effect of stitch addition in sandwich panelJ.Compos Sci Techn,2006,66:138530 Kuwabara A, Ozasa M,Shimokawa T, et al. Basic mechanical properties of ballon-type TEEK-L polymer-foam and TEEK-L filled aramid-honeycomb core materials for sandwith structuresJ.Adv Compos Mater,2005, 14(4):3430。除

25、此以外，聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料(PMI)具有优异的力学性能31 张翠,张广成,陈挺,等.AN/MAA/AM三元共聚物的合成及性能研究J.热固性树脂,2006,21( 4):9(拉伸强度、压缩强度和弯曲强度分别高达91.1 M Pa, 190.4M Pa和151.9M Pa)。因此，聚酰亚胺泡沫塑料是一种高性能泡沫塑料。2.6.3聚酰亚胺泡沫塑料的应用Inspec Foam公司研制的Solimide聚酰亚胺泡沫塑料，作为吸声隔热保温材料已应用于航天飞机舱壁、海军船舶和民用船舶上；Evonik公司研制的Rohacell刚性PMI泡沫塑料，作为夹层结构复合材料芯材，应用于我国第一代自主研制生产的支

26、线客机ARJ21-700的小翼和襟翼以及法国雷诺ESPACE汽车的顶盖32詹茂盛,王凯.聚酸亚胺泡沫M.北京:国防工业出版社,2010: 8；西北工业大学自主研制的PMI泡沫塑料已成功实现产业化，为大型风力发电机提供夹芯复合材料叶片；武汉工业大学研制的新型BMI泡沫隔热材料，作为军用舰艇及海洋船舶理想的舱室隔热保温材料也已成功产业化。33周祖新,黄志雄,周祖福,等.论人型海洋船舶隔热材料的发展与应用J.武汉交通科技人学学报,1998, 22(3):31434Mohan D J, Reddy A V R. Synthesis, characterization, and investigation of structure-thermal cycloimidization relationship of novel poly(amide amic acid)s to poly (amide imide)s by thermogravimetric analysisJ.J Polym Sci,Part B:Polym Phys,2007,45(21):293735Joseph Jagur-Grod