聚酰亞胺的應(yīng)用

1、聚酰亞胺的應(yīng)用進展聚酰亞胺的應(yīng)用進展The Application Progress Of Polymer高分子112 鄭偉玲201111024234摘要:本文主要探討不同的聚酰亞胺制品：聚酰亞胺復(fù)合材料，聚酰亞胺薄膜，聚酰亞胺涂料，聚酰亞胺纖維，聚酰亞胺泡沫塑料，聚酰亞胺膠黏劑等的性能，并分析其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，及應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：聚酰亞胺 復(fù)合材料薄膜 涂料 纖維 泡沫塑料 膠黏劑 應(yīng)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 聚酰亞胺，外觀為淡黃色粉末，英文名polymer ,縮寫PI，可分為均苯型PI，可溶性PI,聚酰胺一酰亞胺（PAI）和聚醚亞胺( PEI）四類，是由含二酐和二胺的化合物逐步反應(yīng)聚合而成的分子主鏈上含有亞胺環(huán)的一類聚合物。聚酰亞胺分子有結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定

3、的芳雜環(huán)，使其具有其他高分子材料無法比擬的優(yōu)異性能，具有高模量、高強度、耐高低溫、輕質(zhì)、阻燃等特點。因其在性能和合成方而的突出特點，不論是作為結(jié)構(gòu)材料或是作為功能性材料，可廣泛用于航空航天、電氣電子、玻璃、機車、汽車、精密機械和自動辦公機械等領(lǐng)域，其巨大的應(yīng)用前景已經(jīng)得到充分的認識。隨著原料合成技術(shù)和制取工藝的改進和發(fā)展，聚酰亞胺產(chǎn)業(yè)得到了較快的發(fā)展。 聚酰亞胺復(fù)合材料-聚酰亞胺樹脂具有輕質(zhì)、高強、耐高溫的優(yōu)點，有利于實現(xiàn)武器系統(tǒng)的高性能化，在保持聚酰亞胺優(yōu)異的介電性能的同時，提高結(jié)構(gòu)的機械性能。聚酰亞胺蜂窩層夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料有望應(yīng)用于導(dǎo)彈和運載火箭特殊場合等的隔熱板、天線罩、整流罩等。聚酰亞

4、胺薄膜具有高強度、高韌性、耐磨耗、耐高溫、防腐蝕等特殊性能，可符合輕、薄、短、小之設(shè)計要求，成為電子、電機產(chǎn)品的重要原料之一，電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于軟板、半導(dǎo)體封裝、光伏(太陽能)能源、液晶顯示器等，而電機領(lǐng)域主要應(yīng)用于航天軍工、機械、汽車等。聚酰亞胺涂料作為絕緣漆用于電磁線，或作為耐高溫涂料使用，常用作大規(guī)模集成電路布線的層間絕緣材料、器件表而鈍化層、屏蔽材料、離子注入材料等。聚酰亞胺纖維具有較高的強度和模量，優(yōu)越的耐化學(xué)腐蝕性、熱氧化穩(wěn)定性和耐輻射性能，使得該纖維在惡劣的工作環(huán)境中具有比其它高技術(shù)聚合物纖維更大的優(yōu)勢。其在高溫過濾、國防、航空航天工業(yè)、高端武器裝備方面，發(fā)揮著不可替代的作用。聚

5、酰亞胺膠黏劑具有優(yōu)異的耐熱氧化穩(wěn)定性、耐溶劑以及優(yōu)異的力學(xué)性能和電性能，在航空、空間技術(shù)以及微電子工業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。聚酰亞胺泡沫塑料具有質(zhì)輕、隔熱、隔音、熱導(dǎo)率低、比強度高并能吸收沖擊載荷等優(yōu)點。1.聚酰亞胺的性質(zhì)1.1聚酰亞胺的物理性質(zhì)聚酰亞是淡黃色粉末，是綜合性能最佳的有機高分子材料之一，耐高溫達400以上，長期使用溫度范圍-200-300，無明顯熔點，高絕緣性能，103赫下介電常數(shù)4.0，介電損耗僅0.004-0.007，屬F至H級絕緣材料。1.2聚酰亞胺的化學(xué)性質(zhì)聚酰亞胺品種不溶于有機溶劑，對稀酸穩(wěn)定，一般的品種不太耐水解，屬于自熄性聚合物，在極高的真空下放氣量很少，

6、聚酰亞胺無毒。2聚酰亞胺產(chǎn)品應(yīng)用2.1聚酰亞胺復(fù)合材料2.1.1聚酰亞胺復(fù)合材料的分類實現(xiàn)武器系統(tǒng)高性能化主要依賴于應(yīng)用性能更加優(yōu)異的先進材料，特別是輕質(zhì)、高強、耐高溫樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的應(yīng)用。自20世紀70年代以來，聚酰亞胺材料就一直是各國竟相研究和開發(fā)的重點。主要有BMI型、PMR型和乙炔基封端的聚酰亞胺樹脂。2.1.2聚酰亞胺復(fù)合材料存在的缺陷BMI型聚酰亞胺樹脂的最高使用溫度為260，無法滿足需求。乙炔基封端的聚酰亞胺樹脂雖然具有良好的熱氧化穩(wěn)定性，但其固有的固化反應(yīng)難于控制和工藝窗口太窄等缺點限制了其進一步應(yīng)用1 陳祥寶.高性能樹脂基體M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999。2.1.3聚

7、酰亞胺復(fù)合材料的改良從成型工藝改進角度來講，還出現(xiàn)了適合RTM土藝的聚酰亞胺復(fù)合材料，樹脂的合成與成型土藝目前仍然處于實驗室研究階段。目前耐溫等級最高、應(yīng)用技術(shù)最成熟的高性能樹脂基復(fù)合材料是PMR型聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料。主要用于制造航天、航空飛行器中的各種耐高溫結(jié)構(gòu)部件，從小型的熱模壓件(如軸承、套管等)到大型的承力結(jié)構(gòu)件，如發(fā)動機外涵道、風(fēng)扇葉片、導(dǎo)彈儀器艙和彈翼等。2.1.4聚酰亞胺復(fù)合材料的優(yōu)異性能聚酰亞胺樹脂具有優(yōu)異的介電性能，1-20 GHz,純樹脂的介電常數(shù)為2. 9-3.2，介電損耗為0. 004-0.008。選用玻璃纖維或者一性能更優(yōu)的石英纖維作為增強體，與聚酰亞胺復(fù)合制得的

8、復(fù)合材料，在保持了優(yōu)異的介電性能的同時，大幅度提高了結(jié)構(gòu)的機械性能，由于其高溫?zé)釋?dǎo)率低，因此還兼具隔熱功能，顯示出了作為多功能材料的巨大潛力。航天材料及工藝研究所在透波樹脂基復(fù)合材料研究方面也開展了系統(tǒng)的研究。除了常規(guī)的環(huán)氧、酚醛玻璃鋼之外，還開展了石英增強氰酸酷、石英增強雙馬樹脂和石英增強聚酰亞胺等高性能介電復(fù)合材料。值得一提的是制備的石英增強聚酰亞胺復(fù)合材料在450高溫下仍然具有優(yōu)異的介電和力學(xué)性能。2.1.5聚酰亞胺復(fù)合材料的新應(yīng)用航天材料及工藝研究所近年來開展了聚酰亞胺蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的探索研究，開發(fā)出了輕質(zhì)耐高溫聚酰亞胺蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。聚酰亞胺蜂窩夾層結(jié)構(gòu)具有良好的隔熱性能和力學(xué)性

9、能，能夠減少隔熱層的厚度和提高結(jié)構(gòu)剛度，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化和功能化，有望應(yīng)用于導(dǎo)彈和運載火箭特殊場合等的隔熱板、天線罩、整流罩等。2趙偉棟,王磊潘,玲英,劉含洋,趙翠梅.聚酰亞胺復(fù)合材料研究進展J.宇航材料工藝,2013(4):14-182.2聚酰亞胺薄膜2.2.1聚酰亞胺薄膜應(yīng)用現(xiàn)狀 聚酰亞胺薄膜具有高強度、高韌性、耐磨耗、耐高溫、防腐蝕等特殊性能，可符合輕、薄、短、小之設(shè)計要求，是一種具有競爭優(yōu)勢的耐高溫絕緣材料。經(jīng)過40多年的發(fā)展，已經(jīng)成為電子、電機產(chǎn)品的重要原料之一，電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于軟板、半導(dǎo)體封裝、光伏(太陽能)能源、液晶顯示器等，而電機領(lǐng)域主要應(yīng)用于航天軍工、機械、汽車等。3天津絕緣

10、材料廠.聚酰亞胺薄膜市場動向J.絕緣材料通訊,1988(6):13-14.4謝光賢.國外聚酰亞胺薄膜發(fā)展概況J.絕緣材料通訊,1992(1):34-40.5劉偉利.聚酰亞胺膜的發(fā)展概況J.中國塑料，1993,7(4):10-15.6張雯,張露,李家利,等.國外聚酰亞胺薄膜概況及其應(yīng)用發(fā)展J.絕緣材料,2001(2):21-23.7顏善銀,陳文求,楊小進,等.聚酰亞胺膜的應(yīng)用研究進展J.化工新型材料,2009,37(9):26-29.8洪金賢.軟性材料基板的介紹與應(yīng)用J.工業(yè)材料雜志,2007,(243):159-聚酰亞胺薄膜的新應(yīng)用 隨著移動電子裝置需求的日新月異，驅(qū)使PI產(chǎn)

11、品發(fā)展具有更高的物性要求，如吸濕性、尺寸穩(wěn)定性以及表面性質(zhì)等方面的改善，各制造商針對客戶需求研發(fā)出白色PI、彩色PI、超薄PI及透明PI等高性能產(chǎn)品。近年來PI在高階FPC應(yīng)用、LED、電子通訊與光電顯示等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的新應(yīng)用如雨后春筍般浮現(xiàn)，新型聚酰亞胺材料的需求日益增多，如應(yīng)用于手機的黑色聚酰亞胺膜產(chǎn)品、LED光條背光需求的白色聚酰亞胺膜產(chǎn)品及高導(dǎo)熱、超薄及可電鍍聚酰亞胺膜產(chǎn)品等。研發(fā)使用PI膜生產(chǎn)撓性太陽能電池和用于柔性顯示器的透明基板，如Ube后續(xù)研發(fā)重點是光相關(guān)材料(LED/EL )與新一代基板材料10賀飛峰.聚酰亞胺的發(fā)展動向,機遇和對策J.上?；?2004(8):28-31.11余

12、學(xué)新.改性聚酰亞胺薄膜J.化工新型材料,1986(6):33.12柯偉.聯(lián)苯型聚酰亞胺薄膜制造方法的研究J.合成樹脂及塑料,1991,(3):75-76.。白色聚酰亞胺薄膜白色聚酰亞胺薄膜可以提高LED的光反射及色源穩(wěn)定性，耐高溫，長時間使用不變色，組裝彎折不脆裂，亦不會產(chǎn)生粉屑，可以增加背光源的質(zhì)量及穩(wěn)定性。黑色聚酰亞胺薄膜黑色聚酰亞胺膜具有黑色消光特性(不反光)，對線路的遮蔽性高，除了可用在LED背光源上，亦可用在智能型手機及光學(xué)相關(guān)產(chǎn)品中。高尺寸穩(wěn)定性聚酰亞胺薄膜高尺寸穩(wěn)定性聚酰亞胺薄膜：由于LED背光源的應(yīng)用逐漸向電腦及電視等中大尺寸發(fā)展，背光

13、模塊的長度也隨之增加，制造加工的難度也會增加，因此需要尺寸穩(wěn)定性好的材料。超薄型聚酰亞胺薄膜超薄型聚酰亞胺薄膜的厚度可薄至0.3 mil，軟板薄型化除了對應(yīng)用產(chǎn)品的輕薄化具有貢獻外，更因基板的薄型化使軟板的撓曲性獲得改善，依據(jù)鐘淵化學(xué)提供的測試數(shù)據(jù)，當(dāng)PI基材厚度由12.5 um減薄到10 um時，其軟板整體撓曲性將提升40%。透明的聚酰亞胺柔性薄膜透明的聚酰亞胺柔性薄膜既可作為輕巧高效的太陽能電池柔性襯底，又能替代玻璃作為新一代OLED照明/顯示的柔性襯底。目前杜邦公司所開發(fā)的Kapton PV系列產(chǎn)品主要應(yīng)用在CIGS太陽光電，并規(guī)劃至2012年做到Tg大于55

14、0。15 任小龍,董占林,張俊麗,張俊杰.國外聚酰亞胺薄膜產(chǎn)品及應(yīng)用進展J.絕緣材料.2013,46(3):28-32.2.3聚酰亞胺涂料2.3.1聚酰亞胺涂料的分類聚酰亞胺涂料包括非光敏、正片型光敏和負片型光敏三種類型，主要用于半導(dǎo)體保護薄膜。2.3.2聚酰亞胺涂料的應(yīng)用作為絕緣漆用于電磁線，或作為耐高溫涂料使用，聚酰亞胺涂料常用作大規(guī)模集成電路布線的層間絕緣材料、器件表而鈍化層、屏蔽材料、離子注入材料等。OLED用聚酰亞胺涂料作為絕緣層，防止開裂和電路短路，可滿足重量輕的要求，并起到對OLED進行穩(wěn)定而可靠的保護。在微電子器件中用作介電層進行層間絕緣，作為緩沖層可以減少應(yīng)力、提高成品率。1

15、6 汪家銘.聚酰亞胺制取方法與應(yīng)用領(lǐng)域J.乙醛醋酸化工.2013(8):27-29.2.4聚酰亞胺纖維2.4.1聚酰亞胺纖維的優(yōu)點聚酰亞胺纖維作為高技術(shù)纖維的一個品種，它不僅具有較高的強度和模量，而且耐化學(xué)腐蝕性、熱氧化穩(wěn)定性和耐輻射性能十分優(yōu)越，使得該纖維在惡劣的工作環(huán)境中具有比其它高技術(shù)聚合物纖維更大的優(yōu)勢。 2.4.2聚酰亞胺纖維的應(yīng)用 隨著人們對環(huán)境要求的日益提高和國家排放標準的日趨嚴格，減少有害氣體二氧化碳、二堊英等的產(chǎn)生和排放，治理大氣污染，防止廢氣對人類健康造成的危害，對冶金、鋼鐵、發(fā)電、化工、水泥等行業(yè)高溫?zé)煔獬龎m過濾要求越來越高，給耐高溫阻燃纖維及過濾材料提供了巨大的應(yīng)用市場

16、。作為特殊過濾環(huán)境使用溫度最高的濾材聚酰亞胺纖維，市場需求正在以驚人的速度增長。我國近年來在高溫袋式除塵的推廣及應(yīng)用方面取得了較大的進展，袋式除塵較之其它除塵方式效率更高，除塵效果更為優(yōu)異，因而受到廣泛的關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計17 Wang Jiaming(汪家銘).聚酰亞胺纖維發(fā)展概況與應(yīng)用前景J.Techno-Economics in Petrochemicals(石油化工技術(shù)與經(jīng)濟),2011,27:58一62.18 董杰,王士華,徐圓,夏清明,張清華.聚酰亞胺纖維制備及應(yīng)用J.中國材料進展.2012,31(10):14-20我國袋式除塵設(shè)備需要各種濾料108 m2左右，年總銷代額達到300億元，

17、然而，目前袋式除塵設(shè)備中所用濾料使用壽命短、除塵效率不高。高性能聚合物濾料如聚酰亞胺纖維等，大多依賴國外進口，價格昂貴，且受到多方面貿(mào)易限制。從國內(nèi)高溫袋式除塵設(shè)備自身發(fā)展前景來看，國家積極實施嚴格的煙塵排放措施，必將促進高品質(zhì)除塵設(shè)備的結(jié)構(gòu)提升，聚酰亞胺高性能纖維必將面臨良好的市場發(fā)展前景。 除了在高溫過濾方面，聚酰亞胺纖維在國防、航空航天工業(yè)、高端武器裝備方面，analyse可在地面武器系統(tǒng)、艦船等海陸空戰(zhàn)斗武器中減重等軍控領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。2.5. 聚酰亞胺膠黏劑2.5.1 聚酰亞胺膠黏劑的分類 聚酰亞胺膠黏劑一般可以分為三種：縮合型聚酰亞胺膠黏劑，熱塑性聚酰亞胺膠黏劑，加成型聚酰亞胺膠

18、黏劑。這三種聚酰亞胺膠黏劑各白具有不同的優(yōu)缺點，應(yīng)用范圍也不近相同。 以苯乙炔基封端的系列聚酰亞胺膠黏劑，具有良好的耐熱性能、工藝性能以及優(yōu)異的高溫粘接性能。19范琳,孫宏杰,霍海濤,等.耐高溫聚酰亞胺結(jié)構(gòu)膠黏劑的研究J.新材料新工藝,2009 (1): 17-21.20蔣伯成,孔德忠,劉月,等.聚酰亞胺改性環(huán)氧樹脂膠黏劑的研究J.化學(xué)與黏合,2010,32 (2):l13-15. 環(huán)氧樹脂和聚酰亞胺的性能具有一定的互補性，因此用聚酰亞胺改性環(huán)氧樹脂，可得到具有良好機械性能和粘結(jié)強度膠黏劑。用聚酰亞胺中間體聚酰胺酸(PAA)對環(huán)氧樹脂(EP)進行改性，加入一定量的端梭基丁睛橡膠(CTBN)，用

19、4,4一二氨基二苯砜(DDS)做固化劑，通過調(diào)節(jié)不同的配比，得到具有較高耐熱性的環(huán)氧樹脂膠黏劑。2.5.2聚酰亞胺膠黏劑的應(yīng)用 聚酰亞胺由于具有優(yōu)異的耐熱氧化穩(wěn)定性、耐溶劑以及優(yōu)異的力學(xué)性能和電性能，而成為耐高溫膠黏劑開發(fā)的主要方向，近年來在航空、空間技術(shù)以及微電子工業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。2.6聚酰亞胺泡沫塑料2.6.1聚酰亞胺泡沫塑料的改良泡沫塑料是以氣體為填料的復(fù)合材料，具有質(zhì)輕、隔熱、隔音、熱導(dǎo)率低、比強度高并能吸收沖擊載荷等優(yōu)點21張京珍.泡沫塑料成型加工M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:5。隨著航空航天、航海等科技領(lǐng)域的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)泡沫塑料(如PS,PU,PVC等)在

20、強度、剛度及耐熱性等方面已無法滿足使用要求，故研制高性能泡沫塑料已成為該領(lǐng)域的研究方向和熱點。2.6.2聚酰亞胺泡沫塑料的優(yōu)異性與傳統(tǒng)泡沫塑料相比，聚酰業(yè)胺泡沫塑料由于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和分解溫度(Td)分別達到200和500以上，因而可以長期在150左右的環(huán)境下工作，短期甚至可耐受400的高溫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，聚甲基丙烯酰亞胺泡沫塑料(PMI)具有優(yōu)異的力學(xué)性能31 張翠,張廣成,陳挺,等.AN/MAA/AM三元共聚物的合成及性能研究J.熱固性樹脂,2006,21( 4):9(拉伸強度、壓縮強度和彎曲強度分別高達91.1 M Pa, 190.4M Pa和151.9M Pa)。因此，聚酰亞胺泡沫塑料是一種高性能泡沫塑料。2.6.3聚酰亞胺泡沫塑料的應(yīng)用Inspec Foam公司研制的Solimide聚酰亞胺泡沫塑料，作為吸聲隔熱保溫材料已應(yīng)用于航天飛機艙壁、海軍船舶和民用船舶上；Evonik公司研制的Rohacell剛性PMI泡沫塑料，作為夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料芯材，應(yīng)用于我國第一代自主研制生產(chǎn)的支

26、線客機ARJ21-700的小翼和襟翼以及法國雷諾ESPACE汽車的頂蓋32詹茂盛,王凱.聚酸亞胺泡沫M.北京:國防工業(yè)出版社,2010: 8；西北工業(yè)大學(xué)自主研制的PMI泡沫塑料已成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，為大型風(fēng)力發(fā)電機提供夾芯復(fù)合材料葉片；武漢工業(yè)大學(xué)研制的新型BMI泡沫隔熱材料，作為軍用艦艇及海洋船舶理想的艙室隔熱保溫材料也已成功產(chǎn)業(yè)化。33周祖新,黃志雄,周祖福,等.論人型海洋船舶隔熱材料的發(fā)展與應(yīng)用J.武漢交通科技人學(xué)學(xué)報,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