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聚酰亚胺（PI）
目录 Contents：
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一.聚酰亚胺的概述
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二.聚酰亚胺的发展简史
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三.聚酰亚胺的分子结构与性能
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四.聚酰亚胺的合成
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五.聚酰亚胺的应用
聚酰亚胺概述
聚酰亚胺是分子结构含有酰亚胺基链节的芳杂环高分子化合物，英文名Polyimide(简称PI) ，是目前工程塑料中耐热性最好的品种之一。PI作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。近来，各国都在将PI的研究、开发及利用列入 21世纪最有希望的工程塑料之一。聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识，被称为是"解决问题的能手"（protion solver），并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"。
聚酰亚胺的发展简史
1. 1908年，PI聚合物开始出现报道，但本质未被认识，因此不受重视。
2. 40年代中期出现一些专利。50年代末制得高分子量的芳族聚酰亚胺，标志其真正作为一种高分子材料来发展
3. 60—80年代，由美杜邦公司、Amoco公司、通用电气公司及法罗纳-普朗克公司为代表先后开发出一系列的模制材料和聚合体，如聚醚酰亚胺(PEI) ,并于1982 年正加成型聚酰亚胺、热塑性聚酰胺。缩合型聚酰亚胺式以Ultem商品名在国际市场上销售。
4. 1997年日本三井东压化学公司报道了全新的热塑性聚酰亚胺(Aurum)注塑和挤出成型用的粒料。
近30 年来 ,聚酰亚胺的发展较快 ,尤其近 10年来更是有了飞速的发展。1977 年～1979 年在美国化学文摘中登载了1000 多条有关聚酰亚胺的文摘 ,100 多篇聚酰亚胺文献向美国国家技术服务局登记。1982年～1985 年有聚均苯四甲酰亚胺申请专利54 件 ,聚酰胺亚胺申请专利 30件 ,聚醚酰亚胺申请专利 23 件 ,由此可见聚酰亚胺聚合物的发展速度。
到目前为止 ,聚酰亚胺已有 20 多个大品种 ,随着其应用范围的扩大 ,有关聚酰亚胺的品种将会越来越多。国外生产厂家主要集中在美国和日本 ,如美国的通用电气公司、杜邦公司 ,日本的宇部兴产公司、三井东压化学公司;国内生产厂家主要是上海合成树脂研究所和长春应用化学研究所。
聚酰亚胺的分子结构
在主链重复结构单元中含酰亚胺基团，芳环中的碳和氧以双键相连，芳杂环产生共轭效应，这些都增强了主键键能和分子间作用力。
结构与性能的关系
聚酰亚胺的性能
1、 全芳香聚酰亚胺按热重分析，其开始分解温度一般都在500℃左右。由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺，热分解温度达到600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。
2、 聚酰亚胺可耐极低温，如在－269℃的液态氦中不会脆裂。
3、聚酰亚胺具有优良的机械性能，未填充的塑料的抗张强度都在100Mpa以上，均苯型聚酰亚胺的薄膜（Kapton）为170Mpa以上，而联苯型聚酰亚胺（Upilex S）达到400Mpa。作为工程塑料，弹性膜量通常为3－4Gpa，纤维可达到200Gpa，据理论计算，均苯二酐和对苯二胺合成的纤维可达 500Gpa，仅次于碳纤维。
4、 聚酰亚胺的热膨胀系数在2×10-5－3×10-5℃，广成热塑性聚酰亚胺3×10-5℃，联苯型可达10-6℃，个别品种可达10-7℃。
5、一些聚酰亚胺品种不溶于有机溶剂，对稀酸 稳定，一般的品种不大耐水解，这个看似缺点的 性能却使聚酰亚胺有别于其他高性能聚合物的一个很大的特点，即可以利用碱性水解回收原料二酐和二胺，例如对于Kapton薄膜，其回收率可达80％－90％。改变结构也可以得到相当耐水解的品种，如经得起120℃，500 小时水煮。
6、聚酰亚胺具有很高的耐辐照性能，其薄膜在 5×109rad快电子辐照后强度保持率为90％。
7、 聚酰亚胺具有良好的介电性能，介电常数为3.4左右，引入氟，或将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到2.5左右。介电损耗为10-3，介电强度为 100－300KV/mm，广成热塑性聚酰亚胺为300KV/mm，体积电阻为1017Ω/cm。这些性能在宽广的温度范围和频率范围内仍能保持在较高的水平。
8、聚酰亚胺是自熄性聚合物，发烟率低。
9、聚酰亚胺在极高的真空下放气量很少。
10、聚酰亚胺无毒，可用来制造餐具和医用器具，并经得起数千次消毒。有一些聚酰亚胺还具有很好的生物相容性，例如，在血液相容性实验为非溶血性，体外细胞毒性实验为无毒。
聚酰亚胺的合成
原料：均苯四甲酸二酐(PMDA) 、4 ,4’2二氨基二苯醚(ODA)
室温下加入反应药品（最佳配比1.015~1.020∶1），在氮气保护下，反应开始后控制在20℃左右，开环缩聚：
聚酰胺酸环化脱水形成聚酰亚胺：
聚酰亚胺的应用：
1、薄膜：是聚酰亚胺最早的商品之一，用于电机的槽绝缘及电缆绕包 材料。主要产品有杜邦Kapton,宇部兴产的Upilex系列和钟渊Apical。透明的聚酰亚胺薄膜可作为柔软的太阳能电池底版。
2. 涂料：作为绝缘漆用于电磁线，或作为耐高温涂料使用
3. 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。例如美国的超音速客机计划所设计的速度为2.4M，飞行时表面温度为177℃，要求使用寿命为60000h，据报道已确定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，每架飞机的用量约为30t。
4. 纤维：弹性模量仅次于碳纤维，作为高 温介质及放射性物质的过滤材料和防弹、防火织物。
5. 泡沫塑料：用作耐高温隔热材料。
6. 工程塑料：有热固性也有热塑型，热塑型可以模压成型也可以用注射成型或传递模塑。主要用于自润滑、密封、绝缘及结构材料。广成聚酰亚胺材料已开始应用在压缩机旋片、活塞环及特种泵密封等机械部件上。
7. 胶粘剂：用作高温结构胶。广成聚酰亚胺胶粘剂作为电子元件高绝缘灌封料已生产。
8. 分离膜：用于各种气体对，如氢/氮、氮/氧、二氧化碳/氮或甲烷等的分离，从空气烃类原料气及醇类中脱除水分。也可作为渗透蒸发膜及超滤膜。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。
9. 光刻胶：有负性胶和正性胶，分辨率可达亚微米级。与颜料或染料配合可用于彩色滤光膜，可大大简化加工工序。
10. 在微电子器件中的应用：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。作为保护层可以减少环境对器件的影响，还可以对a-粒子起屏蔽作用，减少或消除器件的软误差（soft error）。
11. 液晶显示用的取向排列剂：聚酰亚胺在TN-LCD、SHN-LCD、TFT-CD及未来的铁电液晶显示器的取向剂材料方面都占有十分重要的地位。
12. 电-光材料：用作无源或有源波导材料光学开关材料等，含氟的聚酰亚胺在通讯波长范围内为透明，以聚酰亚胺作为发色团的基体可提高材料的稳定性。
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