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聚酰亞氨(PI)特點和應用

  • 聚酰亞氨(PI)特點和應用

    聚酰亞胺 (PI) 因其耐高溫、抗氧化、抗輻射、耐腐蝕、耐濕熱、高強度、高模量等獨特的綜合性能而得到廣泛的關注和應用。在衆多的聚合物材料中 , 只有 6 種在美國化學文摘 (CA) 中被單獨列題 , 聚酰亞胺即是其中之一。由此可見 , 聚酰亞胺在技術和商業上有著非常重要的意義。

    聚酰亞胺通常分爲 兩大類 : 一類是熱塑性聚酰亞胺 , 如亞胺薄膜、塗層、纖維及現代微電子用聚酰亞胺等 。 另一類是熱固性聚酰亞胺 , 主要包括雙馬來酰亞胺 (BMI) 型和單體反應物聚合 ( PMR) 型聚酰亞胺及其各自改性的産品。 BMI 易加工但脆性較大。

    聚酰亞胺的化學結構決定了它擁有許多與衆不同的優點 , 主要包括 :
    (1) 優異的耐熱性。聚酰亞胺的分解溫度一般超過 500 ℃ , 有時甚至更高 , 是目前已知的有機聚合物中熱穩定性最高的品種之一 , 這主要是因爲分子鏈中含有大量的芳香環。
    (2) 優異的機械性能。未增強的基體材料的抗張強度都在 100 MPa 以上。用均酐制備的 Kapton 薄膜抗張強度爲 170 MPa , 而聯苯型聚酰亞胺 (Upilex S) 可達到 400 MPa 。聚酰亞胺纖維的彈性模量可達到 500MPa , 僅次于碳纖維。
    (3) 良好的化學穩定性及耐濕熱性。聚酰亞胺材料一般不溶于有機溶劑 , 耐腐蝕、耐水解。改變分子設計可以得到不同結構的品種。有的品種經得起 2 個大氣壓下、 120 ℃ ,500 h 的水煮。
    (4) 良好的耐輻射性能。聚酰亞胺薄膜在 5 × 109 rad 劑量輻射後 , 強度仍保持 86 %; 某些聚酰亞胺纖維經 1 × 1010rad 快電子輻射後 , 其強度保持率爲 90 % 。
    (5) 良好的介電性能。介電常數小于 3. 5 , 如果在分子鏈上引入氟原子 , 介電常數可降到 2. 5 左右 , 介電損耗爲 10 , 介電強度爲 100 至 300 kV/ mm , 體積電阻爲 1015 - 17 Ω· cm 。因此 , 含氟聚酰亞胺材料的合成是目前較爲熱門的研究領域。

    上述性能在很寬的溫度範圍和頻率範圍內都是穩定的。除此之外 , 聚酰亞胺還具有耐低溫、膨脹系數低、阻燃以及良好的生物相容性等特性。聚酰亞胺優異的綜合性能和合成化學上的多樣性 , 可廣泛應用于多種領域 。

    目前聚酰亞胺的應用領域主要包括 :
    (1) 薄膜 : 是聚酰亞胺最早的商品之一 , 用于電機的槽絕緣及電纜繞包材料。主要産品有杜邦的 Kapton , 日本宇部興産的 Upilex 系列和鍾淵的 Apical 。透明的聚酰亞胺薄膜可作爲柔軟的太陽能電池底板 ;
    (2) 塗料 : 作爲絕緣漆用于電磁線 , 或作爲耐高溫塗料使用 ;
    (3) 先進複合材料的基體樹脂 : 用于航天、航空飛行器結構或功能部件以及火箭、導彈等的零部件 , 是最耐高溫的結構材料之一 ;
    (4) 纖維 : 聚酰亞胺纖維的彈性模量僅次于碳纖維 , 可以作爲高溫介質及放射性物質的過濾材料和防彈防火織物 ;
    (5) 泡沫塑料 : 可用做耐高溫隔熱材料 ;
    (6) 工程塑料 : 有熱固性也有熱塑性 , 可以模壓成型也可用注射成型或傳遞模塑 (RTM) , 主要用于自潤滑、密封、絕緣及結構材料。此外聚酰亞胺還可以作爲高溫環境中的膠粘劑、分離膜、光刻膠、介電緩沖層、液晶取向劑、電 - 光材料等。

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