一文了解聚酰亚胺（PI）的性能、合成方法及种类

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聚酰亚胺（ＰＩ）是２０世纪５０年代发展起来的耐热性较高的一类高分子材料，一般指主链上含有酰亚胺环（—ＣＯ—ＮＨ—ＣＯ—）的一类聚合物。

01 性能特点
由于聚酰亚胺结构中带有十分稳定的芳杂环，拥有许多优异的性能：

（1） 耐热性

聚酰亚胺具有极强的耐热性，TGA 热重分析表示聚酰亚胺分解温度可达500℃—600℃，是现阶段最稳定的聚合物之一。

（2） 耐低温

聚酰亚胺材料具有耐超低温特性，即使在超低温的液氮中，不会脆裂，仍能保持一定的机械强度。

（3） 良好的力学性能

均苯型聚酰亚胺薄膜 (Kapton) 的拉伸强度为170 MPa、拉伸模量为3.0 GPa，而联苯型聚酰亚胺 (Upilex) 的拉伸强度达到400 MPa、拉伸模量为3 ~ 4 GPa，增强以后可大于200 GPa。

（4） 良好的尺寸稳定性

聚酰亚胺材料具有极低的热膨胀系数，热膨胀系数一般在2×105 ~ 3×10-5 /℃，联苯型聚酰亚胺的热膨胀系数在1×10-6 /℃，个别产品热膨胀系数可1×10-7 /℃，与金属的热膨胀系数接近。正是这种低热膨胀系数的特性，PI可广泛应用于柔性印刷电路板的制造。

（5） 良好的介电及绝缘性

聚酰亚胺材料的介电常数一般在3.0 ~ 3.6之间，当引入氟原子或将纳米级的空气分散其中时，介电常数可降至2.5 ~ 2.7之间，甚至更低。介电损耗在1×10-3左右，介电强度在100 ~ 300 Kv/mm、体积电阻为1×1017 Ω.cm。这种低介电常数的聚酰亚胺在微电子行业作为封装材料、绝缘材料的应用提供了保障。

（6） 良好的耐辐射性能

聚酰亚胺材料在高温、高真空及辐照下稳定，挥发物少。

（7） 良好的化学稳定性

通常聚酰亚胺不溶于常用有机溶剂，常见的可溶性聚酰亚胺也只是溶解在一些特定的极性有机溶剂中，但聚酰亚胺与其它芳香聚合物一样，不耐浓硫酸、浓硝酸及卤素。聚酰亚胺对稀酸有较强的耐水解性能，对氧化剂、还原剂的稳定性也较高，特别是在高温下，其稳定性尤为突出。但一般的品种不耐水解，尤其是碱性水解。

（8） 良好的阻燃性

聚酰亚胺是自熄性聚合物，发烟率极低，高温燃烧后的残炭率常在50％以上，是一种良好的阻热剂及阻燃剂。

（9） 无毒及生物相容性

聚酰亚胺无毒，且一些聚酰亚胺还具有很好的生物相容性。聚酰亚胺可用来制造餐具及医疗器械，可经得起上千次的消毒。

（10） 聚酰亚胺也有它的缺点：传统的聚酰亚胺不熔不溶，难以加工；制成薄膜硬、脆、强度不好；用于微电子工业时，其热膨胀系数不好；用于光通信工业， 透明性差；同时，其粘接性也不是很好。

02 合成方法
聚酰亚胺的合成方法可以分为两大类，第一类是在聚合过程中或在大分子反应中形成酰亚胺环；第二类是以含有酰亚胺环的单体合成聚酰亚胺。

第一类合成方法主要包括：由二酐和二胺反应形成聚酰亚胺；由四元酸和二元胺反应形成聚酰亚胺；由四元酸的二元酯和二元胺反应获得聚酰亚胺，由二酐和二异氰酸酯反应获得聚酰亚胺等。

在第二类合成方法中，几乎所有通用的缩聚反应都已被用来由带酰亚胺环的单体合成各种带酰亚胺环的聚合物，如聚酯酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯酰亚胺、聚氨基甲酸酯酰亚胺等。

03 种类
根据重复单元的化学结构，聚酰亚胺可以分为脂肪族、半芳香族和芳香族聚酰亚胺３种。根据热性质，可分为热塑性（包括真正意义上的热塑性和假热塑性）与热固性２种。

热塑性聚酰亚胺在加热时能发生流动变形，冷却后可以保持一定形状。在一定温度范围内，能反复加热软化和冷却硬化。采用二苯醚四羧酸酐与芳香二胺反应得到的醚酐型聚酰亚胺属于此类，在３９０℃时可模塑多次。

热固性聚酰亚胺第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应——交联固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。

热固性聚酰亚胺通常是由端部带有不饱和基团的低相对分子质量聚酰亚胺或聚酰胺酸，应用时再通过不饱和端基进行聚合。按封端剂和合成方法的不同，主要分为双马来酰亚胺树脂、ＰＭＲ 型聚酰亚胺树脂、苯炔基封端的聚酰亚胺树脂、以不对称二酐为基础的聚酰亚胺树脂、亚胺化后可溶的聚酰亚胺树脂以及乙炔基封端的聚酰亚胺树脂。

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