聚酰亞胺知多少
2022-11-30
來源:高分子物理學(xué)公眾號(hào)
聚酰亞胺(PI)
·綜合性能最佳的有機(jī)高分子材料之一
·既可以作為功能性材料,也可以作為結(jié)構(gòu)性材料
·廣泛應(yīng)用在航空航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領(lǐng)域
聚酰亞胺一般是二酐和二胺的縮聚物,主鏈上含有酰亞胺環(huán)(-CO-N-CO-)。
根據(jù)重復(fù)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu),聚酰亞胺可以分為脂肪族、半芳香族和芳香族聚酰亞胺三種。根據(jù)鏈間相互作用力,可分為交聯(lián)型和非交聯(lián)型 。
合成途徑
溶液縮聚法——反應(yīng)物在溶劑中進(jìn)行聚合的方法,可分為一步法、兩步法、三步法。
一步法
二酐和二胺在高沸點(diǎn)溶劑中直接聚合生成PI,即單體不經(jīng)由聚酰胺酸(PAA),而縮聚和脫水環(huán)化過程同時(shí)進(jìn)行,直接合成PI。
反應(yīng)條件較溫和,需要選擇合適的溶劑。通常采用帶水劑進(jìn)行共沸以脫去生成的水。
兩步法
先由二酐和二胺獲得前驅(qū)體PAA,再通過加熱或化學(xué)方法,分子內(nèi)脫水閉環(huán)生成PI。
第一步反應(yīng)時(shí)應(yīng)將二酐以固態(tài)形式分批加入二胺溶液中,同時(shí)攪拌,必要時(shí)冷卻;第二步酰亞胺化反應(yīng),把PAA溶液進(jìn)行梯度升溫,去除溶劑后,經(jīng)脫水環(huán)化得PI。
三步法
經(jīng)由聚異酰亞胺得到PI,方法新穎。PAA在脫水劑作用下,脫水環(huán)化而成聚異酰亞胺,然后在酸或堿等催化劑作用下異構(gòu)化形成PI。
界面縮聚法
界面縮聚是指在兩種互不相容,分別溶有兩種單體溶液的界面附近進(jìn)行縮聚反應(yīng)。
將均苯四酰氯溶在二氯甲烷中,將二胺溶在水中,再把兩相混合進(jìn)行界面聚合。
熔融縮聚法
將單體,催化劑和分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑沒入反應(yīng)器中,加熱熔融并逐步形成高聚物的過程。一般只用于熱塑性PI的合成,局限性較大。
氣相沉積法
主要用于制備PI薄膜,高溫下使二酐和二胺直接以氣流的形式輸送到混煉機(jī)內(nèi)進(jìn)行混煉,制成薄膜。需要高溫,合成有難度。
各項(xiàng)性能
01
耐高溫性能
由均苯四甲酸二酐和對苯二胺合成的聚酰亞胺,熱分解溫度達(dá)600℃,是迄今聚合物中熱穩(wěn)定性最高的品種之一。
02
良好的介電性能
介電常數(shù)為3.4左右,引入氟,或?qū)⒖諝饧{米尺寸分散在聚酰亞胺中,介電常數(shù)可以降到2.5左右。
03
機(jī)械性能優(yōu)良
未填充的塑料的抗張強(qiáng)度都在100Mpa以上,作為工程塑料,彈性模量通常為3-4Gpa,纖維可達(dá)到200Gpa,據(jù)計(jì)算,均苯四甲酸二酐和對苯二胺合成的纖維可達(dá) 500Gpa,僅次于碳纖維。
04
其他
對稀酸穩(wěn)定,耐低溫,耐輻射,無毒等等。
聚酰亞胺薄膜
無色透明的含氟類PI薄膜在保持PI優(yōu)良性能的同時(shí)還具有其它特性。氟原子電負(fù)性較大,可降低二胺的給電子性,以此抑制電子轉(zhuǎn)移絡(luò)合物的形成,提高光學(xué)性能; 同時(shí)氟原子體積較大,可增加分子間的自由體積,繼而提高聚酰亞胺材料的介電性能。無色透明PI薄膜成為先進(jìn)光電器件的理想選擇。
聚酰亞胺基復(fù)合材料
聚酰亞胺玻璃布層壓板采用合成的聚酰胺酸溶液浸漬玻璃纖維布,經(jīng)一定工藝熱壓成型,經(jīng)測試,室溫抗彎強(qiáng) 度 741 MPa,起始分解溫度近 600 ℃,具有十分優(yōu)良的力學(xué)性能、熱學(xué)性能。可用于耐高溫電氣絕緣材料(如 FPC 板等)、航空飛行器(如機(jī)翼等)的耐高溫結(jié)構(gòu)件材料。
聚酰亞胺纖維
將聚酰胺酸紡絲原液干噴濕紡的方 式來紡絲,經(jīng)一定的操作工藝得到原絲,再將原絲經(jīng)過高溫亞胺化、熱牽伸后可以制得的聚酰亞胺纖維,具有高致密性和高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。
江蘇奧神集團(tuán)和東華大學(xué)對干法成形 PI 纖維進(jìn)行了工程化探索,并以此為基礎(chǔ)首次在國際上成功建成投產(chǎn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的干法紡絲生產(chǎn)線。
展
望
聚酰亞胺作為很有發(fā)展前途的高分子材料已經(jīng)得到充分的認(rèn)識(shí),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,大大的限 制了聚酰亞胺的發(fā)展,我們應(yīng)當(dāng)不斷對聚酰亞胺的合成、工藝、分子設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行探究,使其在今后的發(fā)展中大放異彩。
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