聚酰亚氨（PI）特点和应用
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聚酰亚氨（PI）特点和应用
聚酰亚胺 (PI) 因其耐高温、抗氧化、抗辐射、耐腐蚀、耐湿热、高强度、高模量等独特的综合性能而得到广泛的关注和应用。在众多的聚合物材料中 , 只有 6 种在美国化学文摘 (CA) 中被单独列题 , 聚酰亚胺即是其中之一。由此可见 , 聚酰亚胺在技术和商业上有着非常重要的意义。
聚酰亚胺通常分为 两大类 : 一类是热塑性聚酰亚胺 , 如亚胺薄膜、涂层、纤维及现代微电子用聚酰亚胺等 。 另一类是热固性聚酰亚胺 , 主要包括双马来酰亚胺 (BMI) 型和单体反应物聚合 ( PMR) 型聚酰亚胺及其各自改性的产品。 BMI 易加工但脆性较大。
聚酰亚胺的化学结构决定了它拥有许多与众不同的优点 , 主要包括 :
(1) 优异的耐热性。聚酰亚胺的分解温度一般超过 500 ℃ , 有时甚至更高 , 是目前已知的有机聚合物中热稳定性高的品种之一 , 这主要是因为分子链中含有大量的芳香环。
(2) 优异的机械性能。未增强的基体材料的抗张强度都在 100 MPa 以上。用均酐制备的 Kapton 薄膜抗张强度为 170 MPa , 而联苯型聚酰亚胺 (Upilex S) 可达到 400 MPa 。聚酰亚胺纤维的弹性模量可达到 500MPa , 仅次于碳纤维。
(3) 良好的化学稳定性及耐湿热性。聚酰亚胺材料一般不溶于有机溶剂 , 耐腐蚀、耐水解。改变分子设计可以得到不同结构的品种。有的品种经得起 2 个大气压下、 120 ℃ ,500 h 的水煮。
(4) 良好的耐辐射性能。聚酰亚胺薄膜在 5 × 109 rad 剂量辐射后 , 强度仍保持 86 %; 某些聚酰亚胺纤维经 1 × 1010rad 快电子辐射后 , 其强度保持率为 90 % 。
(5) 良好的介电性能。介电常数小于 3. 5 , 如果在分子链上引入氟原子 , 介电常数可降到 2. 5 左右 , 介电损耗为 10 , 介电强度为 100 至 300 kV/ mm , 体积电阻为 1015 - 17 Ω· cm 。因此 , 含氟聚酰亚胺材料的合成是目前较为热门的研究领域。
上述性能在很宽的温度范围和频率范围内都是稳定的。除此之外 , 聚酰亚胺还具有耐低温、膨胀系数低、阻燃以及良好的生物相容性等特性。聚酰亚胺优异的综合性能和合成化学上的多样性 , 可广泛应用于多种领域 。
目前聚酰亚胺的应用领域主要包括 :
(1) 薄膜 : 是聚酰亚胺早的商品之一 , 用于电机的槽绝缘及电缆绕包材料。主要产品有杜邦的 Kapton , 日本宇部兴产的 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 ;
(2) 涂料 : 作为绝缘漆用于电磁线 , 或作为耐高温涂料使用 ;
(3) 先进复合材料的基体树脂 : 用于航天、航空飞行器结构或功能部件以及火箭、导弹等的零部件 , 是耐高温的结构材料之一 ;
(4) 纤维 : 聚酰亚胺纤维的弹性模量仅次于碳纤维 , 可以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 : 可用做耐高温隔热材料 ;
(6) 工程塑料 : 有热固性也有热塑性 , 可以模压成型也可用注射成型或传递模塑 (RTM) , 主要用于自润滑、密封、绝缘及结构材料。此外聚酰亚胺还可以作为高温环境中的胶粘剂、分离膜、光刻胶、介电缓冲层、液晶取向剂、电 - 光材料等。
