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    聚酰亚胺:英文名Polyimide (简称PI)

    聚酰亚胺是分子结构含有酰亚胺基链节的一芳杂环高分子化合物,英文名Polyimide(简称PI),可分为均苯型PI,可溶性PI,聚酰胺-酰亚胺(PAI)№和聚醚亚胺(PEI)四类 。PI 是目前工程塑料中耐热性最好的一品种之一,有的一品种可长期承受290℃高温短时间承受490℃的一高温,另外力 学性能、耐疲劳性能、难燃性、尺寸稳定性、电性能都好,成型收缩率小,耐油、一般酸№和有机溶剂,不 耐碱,有优良的一耐摩擦,磨耗性能PI 电子电器方面均有应用, 电子工业上    做印刷线路板、绝缘材料→、耐热性电缆、接线柱、插座等领域 。

    聚酰亚胺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,各国都在将聚酰亚胺的一研究、开发及利用列入 21 世纪最有希望的一工程塑料之一 。聚酰亚胺,因 其在性能№和合成方面的一突出特点,不 论是作为结构材料→或是作为功能性材料→,其巨大的一应用前景已经得到充分的一认识,被称为是"解决问题的一能手"(protion solver),并认为"没有聚酰亚胺就不 会有今天的一微电子技术" 。

    聚酰亚胺的一性能:
        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 。由联苯四甲酸二酐№和对苯二胺合成的一聚酰亚胺,热分解温度达到600℃,是迄今聚合物中热稳定性最高的一品种之一 。
        2、聚酰亚胺可耐极低温,如在-269℃的一液态氦中不 会脆裂 。
        3、聚酰亚胺具有优良的一机械性能,未填充的一塑料的一抗张强度都在100Mpa 以上    ,均苯型聚酰亚胺的一薄膜(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︻,均苯四甲酸二酐№和对苯二胺合成的一纤维可达 500Gpa,仅次于碳纤维 。
        4、一些聚酰亚胺品种不 溶于有机溶剂,对稀酸稳定,一般的一品种不 大耐水解,这个看似缺点的一性能却使聚酰亚胺有别于其他高性能聚合物的一一个很大的一特点,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一品种,如经得起120℃,500 小时水煮 。
        5、 聚酰亚胺的一热膨胀系数在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℃ 。
        6、 聚酰亚胺具有很高的一耐辐照性能,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一介电性能,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 。这些性能在宽广的一温度范围№和频率范围内仍能保持在较高的一水平 。
        8、 聚酰亚胺是自熄性聚合物,发烟率低 。
        9、 聚酰亚胺在极高的一真空下放气量很少 。
        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一生物相容性,例如,在血液相容性实验ζ为非溶血性,体外细胞毒性实验ζ为无毒 。


    合成途径:

    聚酰亚胺品种繁多、形式多样,在合成上    具有多种途径,因 此可以根据各种应用目的一进行选择,这种合成上    的一易变通性也是其他高分子所难以具备的一 。
        1、聚酰亚胺主要由二元酐№和二元胺合成,这两种单体与众多其他杂环聚合物,如聚苯并咪唑、聚苯并哑唑、聚苯并噻唑、聚喹哑啉№和聚喹啉等单体比较,原料来源广,合成也较容易 。二酐、二胺品种繁多,不 同的一组合就可以获得不 同性能的一聚酰亚胺 。
        2、聚酰亚胺可以由二酐№和二胺在极性溶剂,如DMF,DMAC,NMP 或THE/甲醇混合溶剂中先进行低温缩聚,获得可溶的一聚酰胺酸,成膜或纺丝后加热至 300℃左右脱水成环转变为聚酰亚胺;也可以向聚酰胺酸中加入乙酐№和叔胺类催化剂,进行化学脱水环化,得到聚酰亚胺溶液№和粉末 。二胺№和二酐还可以在高沸点溶剂,如酚类溶剂中加热缩聚,一步获得聚酰亚胺 。此外,还可以由四元酸的一二元酯№和二元胺反应获得聚酰亚胺;也可以由聚酰胺酸先转变为聚异酰亚胺,然后再转化为聚酰亚胺 。这些方法都为加工带来方便,前者称为PMR 法,可以获得低粘度、高固量溶液,在加工时有一个具有低熔体粘度的一窗口,特别适用于复合材料→的一制造;后者则增加了溶解性,在转化的一过程中不 放出低分子化合物 。
        3、 只要二酐(或四酸)№和二胺的一纯度合格,不 论采用何种缩聚方法,都很容易获得足够高的一分子量,加入单元酐或单元胺还可以很容易的一对分子量进行调控 。
        4、 以二酐(或四酸)№和二胺缩聚,只要达到一等摩尔比,在真空中热处理,可以将固态的一低分子量预聚物的一分子量大幅度的一提高,从而给加工№和成粉带来方便 。
        5、 很容易在链端或链上    引入反应基团形成活性低聚物,从而得到热固性聚酰亚胺 。
        6、 利用聚酰亚胺中的一羧基,进行酯化或成盐,引入光敏基团或长链烷基得到双亲聚合物,可以得到光刻胶或用于LB 膜的一制备 。
        7、 一般的一合成聚酰亚胺的一过程不 产生无机盐,对于绝缘材料→的一制备特别有利 。
        8、 作为单体的一二酐№和二胺在高真空下容易升华,因 此容易利用气相沉积法在工件,特别是表面凹凸不 平的一器件上    形成聚酰亚胺薄膜 。

    聚酰亚胺的一应用:

    由于上    述聚酰亚胺在性能№和合成化学上    的一特点,在众多的一聚合物中,很难找到如聚酰亚胺这样具有如此广泛的一应用方面,而且在每一个方面都显示了极为突出的一性能 。
        1、薄膜:是聚酰亚胺最早的一商品之一,用于电机的一槽绝缘及电缆绕包材料→ 。主要产品有杜邦Kapton,宇部兴产的一Upilex 系列№和钟渊Apical 。透明的一聚酰亚胺薄膜可作为柔软的一太阳能电池底版 。
        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 。是最耐高温的一结构材料→之一 。例如美国的一超音速客机计划所设计的一速度为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%的一结构材料→为以热塑型聚酰亚胺为基体树脂的一碳纤维增强复合材料→,每架飞机的一用量约为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一过滤材料→№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/氮或甲烷等的一分离,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№和液体的一分离上    具有特别重要的一意义 。
        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在微电子器件中的一应用: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一影响,还可以对a-粒子起屏蔽作用,减少或消除器件的一软误差(soft error) 。
        11液晶显示用的一取▓向排列剂:聚酰亚胺在TN-LCD、SHN-LCD、TFT-CD 及未来的一铁电液晶显示器的一材料→方面都占有十分重要的一地位 。
        12电光材料→:用作无源或有源波导材料→光学开关材料→等,含氟的一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一基体可提高材料→的一稳定性 。

    综上    所述,不 难看出聚酰亚胺之所以可以从60 年代、70 年代出现的一众多的一芳杂环聚合物脱颖而出,最终成为一类重要的一高分子材料→的一原因  。