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超級(jí)工程塑料中的“黃金”——聚酰亞胺(Polyimide)

2022-11-24 來源:高分子物理學(xué)公眾號(hào)

聚酰亞胺是什么?

 聚酰亞胺(PI)具有優(yōu)良的綜合物理性能,因其優(yōu)異的耐高低溫、耐溶劑、耐輻射性能,機(jī)械性能和電性能,被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、微電子、平板顯示器等多種高科技領(lǐng)域。

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聚酰亞胺可以分成哪幾類呢?

Polyimide

熱塑型聚酰亞胺材料

熱塑型聚酰亞胺材料具有較好的耐熱性和抗熱氧化性能,在較大的溫度范圍內(nèi)保持良好的介質(zhì)、絕緣和耐輻射的性質(zhì)。

但其中間產(chǎn)物聚酰胺酸在室溫下穩(wěn)定性比較差,容易發(fā)生降解,且易與活潑金屬發(fā)生反應(yīng)使其腐蝕。

熱固型聚酰亞胺材料

該型樹脂具有較好的加工性能和力學(xué)性能,在高溫下穩(wěn)定性好,在200℃~300℃下工作數(shù)千小時(shí)。與玻璃纖維等材料復(fù)合后,其介電性能、耐高溫性能和力學(xué)性更優(yōu)異,已應(yīng)用于電工電子領(lǐng)域。


如何合成聚酰亞胺?

熔融縮聚法

Edwards和Robinson首先用二胺與四羧酸二酯通過熔融縮聚法制備了聚酰亞胺(PI)。其合成反應(yīng)式如上圖所示。該反應(yīng)加熱到110~138℃后,生成低分子量的中間產(chǎn)物(鹽),在250~300℃繼續(xù)加熱數(shù)小時(shí)就能轉(zhuǎn)變?yōu)镻I。

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溶液縮聚法(一步法+二步法)

一步法是二酐和二胺在高沸點(diǎn)溶劑中加熱直接聚合生成PI,即單體不經(jīng)過生成聚酰胺酸(PAA)而直接合成PI。

兩步法是由二酐和二胺經(jīng)兩步反應(yīng)形成PI,反應(yīng)方程式右圖所示。兩步法主要用于制備芳香族PI。

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界面縮聚法

在界面,酰胺化為主要反應(yīng),隨著反應(yīng)的進(jìn)行,由于形成薄膜的阻隔,產(chǎn)生的鹽酸滯留在有機(jī)相面上的膜表面,形成一個(gè)酸化層,膜表面含有酰胺和酸,這些基團(tuán)可以與水形成氫鍵,從而促進(jìn)酰胺的水解。在反應(yīng)后階段,胺的濃度大大減少,更易產(chǎn)生酰氯水解。

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聚酰亞胺有哪些應(yīng)用?

先進(jìn)復(fù)合材料

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用于航天、航空器及火箭部件。是最耐高溫的結(jié)構(gòu)材料之一。據(jù)報(bào)道美國(guó)超音速客機(jī)50%的結(jié)構(gòu)材料為以熱塑型聚酰亞胺為基體樹脂的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

 高性能膜

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透明的聚酰亞胺薄膜可作為柔軟的太陽(yáng)能電池底板。由于聚酰亞胺耐熱和耐有機(jī)溶劑性能,在對(duì)有機(jī)氣體和液體的分離上具有特別重要的意義。

 

塑料、涂料及纖維材料

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用作高溫耐熱的泡沫塑料,也可用于熱固型及熱塑型工程塑料,還可作為高溫介質(zhì)及放射性物質(zhì)的過濾材料和防彈、防火織物。作為絕緣漆用于電磁線,或作為耐高溫涂料使用。也可用作高溫結(jié)構(gòu)膠。

總結(jié)

聚酰亞胺作為很有發(fā)展前途的高分子材料,已經(jīng)得到充分的研究,在絕緣材料中和結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用正不斷擴(kuò)大。在功能材料方面正嶄露頭角,其潛力仍在發(fā)掘中。但是在發(fā)展了40年之后仍未成為更大的品種,其主要原因是,與其他聚合物比較,成本還是太高。因此,今后聚酰亞胺研究的主要方向之一仍應(yīng)是在單體合成及聚合方法上尋找降低成本的途徑。

 

 

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