1.聚酰亞胺纖維簡介

聚酰亞胺(PI)于1955年率先由美國科學(xué)家Edwards

和Robison 申請應(yīng)用專利并隨后實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，其中，最為典型的聚酰亞胺材料是聚酰亞胺薄膜（商品名Kapton）、清漆（商品名Pyre ML）。根據(jù)聚酰亞胺低密度、高絕緣、耐腐蝕、阻燃等優(yōu)異性能，聚酰亞胺薄膜和聚酰亞胺纖維被廣泛應(yīng)用在特種防護、高溫過濾、電氣絕緣、電子封裝、液晶顯示、軍艦及風(fēng)電等領(lǐng)域。

以聚酰亞胺纖維為原料，經(jīng)造紙濕法成形可制備聚酰亞胺紙基功能材料，又稱聚酰亞胺特種紙，該材料加工適應(yīng)性好、防刺穿、透氣，常用于變壓器、電機線圈繞組、相間、匝間絕緣，是一類重要的、可用于電氣設(shè)備制造的耐溫絕緣材料。

2.聚酰亞胺纖維制備技術(shù)/方法

聚酰亞胺纖維的制備方法分為濕法、干法和干濕法三大類；此外，根據(jù)紡絲液是前驅(qū)體聚酰胺酸還是聚酰亞胺，也可分為兩步紡絲法和一步紡絲法。通過紡絲法制備的聚酰亞胺纖維一般通過兩步法獲得，包括聚酰胺酸制備，聚酰胺酸紡絲、亞胺化兩步。

兩步法中常用單體有二胺和二酐及二胺和二酐衍生物，常用溶劑有二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、二甲基乙酰胺、N‐甲基‐2‐吡咯烷酮等，常用紡絲液有苯酚、間甲苯酚、對氯苯酚，凝固浴通常選擇醇或醇與水混合物。將聚酰胺酸纖維亞胺化有2種方法：①300℃高溫環(huán)境脫水環(huán)化；②常溫條件利用吡啶、三乙胺等催化脫水環(huán)化。

2.1干法紡絲

聚酰亞胺纖維最早是通過對聚酰胺酸纖維進行干法紡絲制得，制備過程包括單體縮聚獲得聚酰胺酸紡絲液、干法紡絲制得聚酰胺酸纖維、高溫環(huán)化制得聚酰亞胺纖維3個步驟，其示意圖如圖1（a）所示

2.2濕法紡絲

Galasso等于1965年提出濕法紡絲法以制備聚酰亞胺纖維，該法以二甲基乙酰胺、N‐甲基‐2‐吡咯烷酮為溶劑、乙醇為凝固浴進行紡絲，之后真空除去溶劑、于250℃~300℃高溫條件下環(huán)化制得聚酰亞胺纖維，其工藝簡圖和工藝流程圖分別如圖2（b）和圖2（c）所示

圖1（a）干法紡絲示意圖；（b）濕法紡絲示意圖；（c）濕法紡絲工藝流程圖

3.聚酰亞胺紙基功能材料制備技術(shù)

聚酰亞胺紙基功能材料制備可分為前驅(qū)體聚酰胺酸纖維濕法成形及熱亞胺化法、聚酰亞胺纖維直接濕法成形法、聚酰亞胺長絲鋪網(wǎng)浸漬成形法、聚酰亞胺短纖維泡沫成形法幾大類。其中，聚酰亞胺纖維直接濕法成形法保留了原料纖維的全部優(yōu)異性能，其產(chǎn)品具有工程化應(yīng)用的優(yōu)勢。

3.1聚酰亞胺纖維直接濕法成形法

田村順一公開了通過控制化學(xué)亞胺法凝固劑制備漿狀顆粒并通過與聚酰亞胺短纖維配抄以制備聚酰亞胺紙基功能材料的方法。古川幹夫等將聚酰亞胺片狀纖維在前驅(qū)體聚酰胺酸中浸漬，后通過熱亞胺化交聯(lián)制得聚酰亞胺紙基功能材料。但深究其工藝，在嚴(yán)格意義上來說，此法已不屬于造紙濕法成形的范疇。2012年，Ozawa等通過對聚酰亞胺泡沫進行打漿處理制得了具有分叉結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺纖維，再將其與聚酰亞胺短纖維混合抄紙制備得到耐溫等級較高的聚酰亞胺纖維紙。該方法利用聚酰亞胺纖維分叉結(jié)構(gòu)的良好交織性及其在300℃左右可玻璃態(tài)軟化的特性，提高了纖維間物理纏繞作用。2016年，田國峰等公開了聚酰亞胺漿粕作為填充空隙和輔助成形材料的聚酰亞胺紙基功能材料制備方法；結(jié)果表明，引入聚酰亞胺漿粕后，在高溫條件下纖維間生成了化學(xué)鍵，隨后漿粕通過進一步的物理纏結(jié)作用使得紙基功能材料性能得到大幅提升。該方法的顯著優(yōu)勢是，紙基功能材料內(nèi)部未引入其他低分解溫度組分，因此制得的紙基功能材料耐溫等級優(yōu)異，可滿足條件苛刻的工業(yè)環(huán)境。

4.聚酰亞胺紙基功能材料的應(yīng)用

4.1耐高溫電氣絕緣材料

在使用過程中，電氣設(shè)備的線圈焦耳損耗不可避免地會產(chǎn)生熱量，熱量積累使得大部分的絕緣材料因發(fā)熱發(fā)生老化現(xiàn)象。傳統(tǒng)絕緣材料（如植物纖維牛皮紙等） 耐溫等級低，制約了電氣設(shè)備的升級換代，嚴(yán)重影響了變壓器、發(fā)電機、電動機的使用壽命。而聚酰亞胺纖維可耐200℃以上高溫，可抵抗腐蝕、極低溫、高溫、潮濕等極端環(huán)境，自身又具有低密度、高絕緣、自熄、抗輻射等特性，符合大功率電氣設(shè)備對小尺寸、輕量化、長壽命應(yīng)用的要求，可滿足下一代電氣設(shè)備的升級換代。

4. 2 結(jié)構(gòu)減重及耐高溫料

基于聚酰亞胺纖維的結(jié)構(gòu)和特性，其在結(jié)構(gòu)減重方面獨具優(yōu)勢。首先，聚酰亞胺纖維力學(xué)性能優(yōu)于芳綸纖維，這使得結(jié)構(gòu)件可承受更大的力學(xué)強度；其次，聚酰亞胺具有更好的自熄特性，極限氧指數(shù)值高；最后，聚酰亞胺纖維可抵抗太空射線輻射、低溫、極高溫環(huán)境。此外，基于聚酰亞胺纖維耐高溫、阻燃的性質(zhì)，其在防火服、防火結(jié)構(gòu)填充等方面也有廣泛應(yīng)用，如核電站的保溫材料、火箭的隔熱材料等，但無論是作為結(jié)構(gòu)減重材料還是作為耐高溫材料，在使用時需考量其綜合性能。

5.結(jié)語及展望

隨著新基建時代的到來，國內(nèi)對于高新材料技術(shù)產(chǎn)品，如耐溫聚酰亞胺紙基功能材料的需求逐漸增多。目前，國內(nèi)雖已經(jīng)實現(xiàn)部分種類聚酰亞胺纖維產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)，但依舊存在規(guī)模小、產(chǎn)能低、設(shè)備昂貴、核心技術(shù)仍待突破等諸多問題，與國外先進水平仍有差距。隨著科學(xué)技術(shù)不斷進步、國內(nèi)各研究機構(gòu)或高校（如長春應(yīng)化所、東華大學(xué)、四川大學(xué)、北京化工大學(xué)及中山大學(xué)） 對聚酰亞胺纖維研發(fā)的深入，相信國內(nèi)聚酰亞胺纖維及其紙基功能材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化必將迎來更加蓬勃的發(fā)展。

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