聚酰亚胺的改性及应用进展

聚酰亚胺的填充改性研究进展摘要介绍聚酰亚胺材料的主要特点及其应用领域。

针对近期PI树脂的改性,包括无机填料、金属及金属氧化物、纳米材料和杂化填料对PI的改性研究进行了较为系统地概述。

最后针对我国PI生产及研究现状提出了相应的建议。

关键词聚酰亚胺,无机填料,金属及金属氧化物,纳米材料,杂化填充聚酰亚胺(PI)是一类综合性能非常优异的聚合物,由于其具有优异的耐高温、耐低温、高强高模、高抗蠕变、高尺寸稳定、低热膨胀系数、高电绝缘、低介电常数与损耗、耐辐射、耐腐蚀等优点而被广泛应用于微电子工业和航空航天材料中。

聚酰亚胺的不足之处是不溶、不熔、加工成型难、成本高等,故又限制了其使用。

目前,改性聚酰亚胺主要有组成、结构改造、共聚、共混、填充等方法,其中填充改性是一种简单有效的方法,既可保持其优点又可利用复合效应改善和克服纯PI的缺陷从而提高其综合性能。

在PI中加入不同的填料,可以显著提高其机械强度、硬度及耐磨性。

目前常用的填料主要有无机填料、金属及金属氧化物、纳米粒子、杂化填料等,本文对不同填料填充的PI的性能进行了阐述。

1无机填料填充PI无机纳米材料因具有很低的热膨胀系数和较低的吸水性,故非常适合于对PI的改性[1]。

目前,无机填料主要包括玻璃纤维(GF)、碳纤维、石墨、二硫化钼(MoS2)、二氧化硅(SiO2)、陶瓷颗粒等。

宋艳江等[2]对玻璃纤维(GF)填充聚酰亚胺复合材料弯曲性能进行了研究,结果发现:刚性填料玻璃纤维改性热塑性聚酰亚胺能明显地提高材料的玻璃化转变温度(Tg)。

此外,对聚合物分子链热运动有较强阻碍作用,能较大提高复合材料在高温下的弯曲强度和弯曲模量。

在温度为225℃时,复合材料的力学强度保留率在60%以上,并且随填料含量的增加效果更加显著;在相同含量时,长玻璃纤维由于其连续性好能更好地承载应力,较短玻璃纤维增强作用则更为明显。

贾均红等[3]考察了碳纤维、玻璃纤维及石英纤维增强PI复合材料在干摩擦和水环境下的摩擦磨损行为。

聚酰亚胺的改性李友清1　刘　丽2　刘润山2(1.中国海洋石油南海西部石油振海实业公司,深圳518067)(2.湖北省化学研究院,武汉430074)摘　要　本文介绍了旨在克服聚酰亚胺某些性能缺陷的改性产品,其中包括可溶型、透明型、低热膨胀型、共缩聚型、功能型、高粘接型、加成型聚酰亚胺和聚酰亚胺/无机纳米复合材料等品种的研究动向,指出目前应重点研究聚酰亚胺/无机纳米复合材料。

关键词　聚酰亚胺,改性,复合材料R esearch trend in modif ication of polyimideLi Y ouqing1　Liou Li2　Liou Runshan2(1.Zhenhai Industry&Commerce Co.CON HW,Shenzhen518067)(2.Hubei Research Institute of Chemistry,Wuhan430074)Abstract　Developments achieved in the research of modified ployimide products to remove some defects of polyimide are introduced.Such products include solvable,transparent,low-thermal expansion,functional,high binding and processing varieties,as well as polyimide/inorganic nanocomposite materials.It is also pointed out that the research of polyimide/inorganic nanocomposite materials should be highlighted today.K ey w ords　polyimide,modification,composites 聚酰亚胺(PI)是一类以酰亚胺环为特征结构的聚合物。

聚酰亚胺薄膜的改性、分类及其在电子行业中的应用摘要聚酰亚胺是综合性能最佳的之一，耐高温达 400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点，高绝缘性能，103 赫下介电常数，介电损耗仅～。

而由于其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识，被称为是"解决问题的能手"，并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"。

由于上述聚酰亚胺在性能上的特点，在众多的聚合物中，很难找到如聚酰亚胺这样具有如此广泛的应用方面，而且在每一个方面都显示了极为突出的性能。

首先是在薄膜上的应用：它是聚酰亚胺最早的商品之一，用于电机的槽绝缘及电缆绕包材料。

主要产品有杜邦Kapton,宇部兴产的Upilex系列和钟渊Apical。

透明的可作为柔软的太阳能电池底板。

其次是在器件中的应用：用作介电层进行层间绝缘，作为缓冲层可以减少应力、提高成品率。

作为保护层可以减少环境对器件的影响，还可以对a-粒子起作用，减少或消除器件的软误差。

再则还可应用在电-光材料中：其用作无源或有源波导材料光学开关材料等，含氟的聚酰亚胺在通讯波长范围内为透明，以聚酰亚胺作为发色团的基体可提高材料的稳定性。

聚酰亚胺作为很有发展前途的高分子材料已经得到充分的认识，在绝缘材料中和结构材料方面的应用正不断扩大。

在功能材料方面正崭露头角，其潜力仍在发掘中。

关键词：聚酰亚胺；薄膜；低介电常数；电子工业1.引言聚酰亚胺(PI)是重复单元中含有酰亚胺基团的芳杂环高分子化合物，刚性酰亚胺结构赋予了聚酰亚胺独特的性能，如良好的力学性能、耐高温性能、尺寸稳定性、耐溶剂性等，成功应用于航空、航天、电子电器、机械化工等行业。

随着微电子工业的不断发展，对相关材料的耐热性能以及介电性能等提出了更高的要求，这为PI材料在微电子领域内的应用起到了极大的推动作用[1]。

而随着科技的日新月异与工业技术的蓬勃发展，聚酰亚胺薄膜(Polyimide Film，简称PI)除能符合各类产品的基本物性要求，更具备高强度、高韧性、耐磨耗、耐高温、防腐蚀等特殊性能，可符合轻、薄、短、小之设计要求，是一种具有竞争优势的耐高温的绝缘材料。

新型聚酰亚胺材料的研究与应用近年来，随着科技的不断发展，新颖的高性能材料也应运而生。

其中，聚酰亚胺材料作为一种重要的高分子材料，因其具有高强度、高耐热性、高抗腐蚀性等优异性能而备受青睐。

本文将介绍聚酰亚胺材料的研究进展和应用前景。

一、聚酰亚胺材料的概述聚酰亚胺是一种由胺和酸螯合缩合而成的高分子材料，其分子结构为交替排列的酰亚胺基团和芳香族胺基团。

由于酰亚胺基的刚性结构和芳香族胺的光学、电学性能，聚酰亚胺材料具有优异的性能，成为重要的高性能材料之一。

二、聚酰亚胺材料的研究进展1. 合成方法的改进目前，聚酰亚胺材料的合成方法主要有两种：亚胺化法和缩合法。

亚胺化法由于需要高温反应和长时间反应，且产物质量不太稳定，近年来已经逐渐被缩合法取代。

缩合法则分为热固性聚酰亚胺和热塑性聚酰亚胺两种。

其中，热固性聚酰亚胺具有更高的热稳定性，适用于制备高强度、高温度的结构材料；而热塑性聚酰亚胺则易于加工，适用于涂层、微电子和薄膜等领域。

2. 性能的优化为了进一步提高聚酰亚胺材料的性能，近年来研究者们进行了大量的尝试和实验。

其中，一些重要的改进包括：调整聚合反应的条件，改变酰亚胺基和芳香族胺基的配比，改变分子结构，掺杂适当的纳米颗粒等。

例如，通过在材料中引入碳纤维，可以有效提高聚酰亚胺的机械性能；而加入氟元素则可以增强其耐腐蚀性。

三、聚酰亚胺材料的应用前景1. 航空航天领域聚酰亚胺材料具有重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀等优点，因此特别适用于航空航天领域中的部件制造。

例如，聚酰亚胺复合材料制成的机翼和扇叶具有更高的性能和更轻的重量，可大大提高飞机的性能和经济性。

2. 电子领域聚酰亚胺材料具有优异的耐高温、电绝缘性和化学稳定性，因此适用于电子领域中的半导体器件、传感器、电容等。

例如，一些基于聚酰亚胺材料制成的柔性电路板、柔性声波传感器等已经在市场上大量应用。

3. 医用材料聚酰亚胺材料可以制备成为生物相容性良好的材料，并且具有耐高温和强度高的特点。

聚酰亚胺的研究及应用进展聚酰亚胺是一种高性能高分子材料，具有优异的力学性能、热稳定性、耐化学性等特点。

因此，它在航空航天、电子信息、光电子、汽车制造、医疗设备等领域有着广泛的应用。

本文将探讨聚酰亚胺的研究进展以及其在各个领域的应用。

首先，聚酰亚胺的研究进展可以从合成方法、结构设计以及性能改性等方面进行讨论。

聚酰亚胺的合成方法主要有一步法和二步法。

一步法是指在聚合反应中同时进行酰亚胺化和聚合反应；而二步法是先合成酰亚胺官能团衍生物，再进行聚合反应。

合成方法的选择直接影响到聚酰亚胺的结构和性能。

目前，研究者们已经开发出了很多新的合成方法，如原子转移自由基聚合法、纳米催化剂法等，以提高合成效率和控制聚合过程。

在结构设计方面，研究者们通过合理调控聚合物单元的结构和相对位置，获得了一系列具有特殊性质的聚酰亚胺材料。

例如，通过引入有机亚胺单元，可以获得具有自愈合能力的聚酰亚胺材料；通过引入磺酸基团，可以获得具有良好阻燃性能的聚酰亚胺材料。

此外，通过构建无序结构和随机共聚物的方法，也可以获得聚酰亚胺材料的高可延展性和韧性。

除了结构设计，性能改性是提高聚酰亚胺材料性能的重要途径之一。

研究者们通过添加填料、添加表面活性剂、引入功能团等方法，对聚酰亚胺材料进行改性。

填料的引入不仅可以增加聚酰亚胺的力学强度和硬度，还可以改善其综合性能。

表面活性剂的引入可以提高聚酰亚胺的分散性和降低表面能，从而改善其加工性。

引入功能团可以赋予聚酰亚胺特定的性质，如气体吸附能力、光学性能等。

在应用方面，聚酰亚胺材料具有广泛的应用领域。

在航空航天领域，它被广泛应用于制作航天器外壳、推进剂导向系统和高温结构件等。

由于聚酰亚胺具有优异的耐高温性能和阻燃性能，所以它在这个领域有着重要的地位。

在电子信息领域，聚酰亚胺材料被用作制作高性能柔性电子器件的基材，如柔性电路板、显示屏等。

聚酰亚胺的高热稳定性和低介电损耗使其在这个领域具有独特的优势。

此外，聚酰亚胺材料还被广泛应用于汽车制造、医疗设备制造以及光电子器件等领域。

聚酰亚胺的改性研究新进展聚酰亚胺的改性研究新进展聚酰亚胺(PI)主要有芳香族和脂肪族两大类，脂肪族聚酰亚胺实用性差，实际应用的聚酰亚胺主要是芳香型聚酸亚胺。

这类聚合物有着卓越的机械性能，介电性能，耐热、耐辐射及耐腐蚀等特性。

应用极其广泛。

聚酰亚胺的不足之处是不溶不熔、加工成型难、成本高等。

随着社会和科技的发展，对PI的需求量越来越多，对其性能要求越来越高，对其研究越来越深入，近年来，通过组成、结构改造，共聚、共混等方法改性，大量新型聚酰亚胺高分子材料被合成出来，本文归纳了近十年来国内外在聚酰亚胺改性及应用方面的研究情况。

1 分子结构改造分子结构改造主要有引入柔顺性结构单元、扭曲和非共平面结构、大的侧基或亲溶剂基团、杂环、氟硅等特性原子以及主链共聚等方法1．1引入特殊结构单元的聚酰亚胺在二酐或二胺单体中引入柔性结构单元可提高聚酰亚胺的流动性，提高聚酰亚胺的溶解性、熔融性。

其中主要方法是在单体中引入醚链，有人用二酐醚合成出了PI，该 PI可溶于NMP、DMF、DMAc等强极性溶剂[ ；也有人用含有长的醚链的二胺合成出的PI具有良好的溶解性，可在很多有机溶剂中溶解比]。

而在PI中引入扭曲和非共平面结构能防止聚合物分子链紧密堆砌，从而降低分问作用力，提高溶解性。

通过合成具有扭曲结构的二胺【3]和二酐[ 单体而制得的PI 其溶解性大大的增强，不仅溶于强极性溶剂中甚至可以在一些极性比较弱的溶剂THF中溶解，这是仅仅通过引入柔性基团所办不到的。

同样在大分子链上引入大的侧基或亲溶剂基团，可以在不破坏分子链的刚性的情况下有效降低分子链问的作用力从而提高PI的溶解性。

如Liaw 等人[s]用具有大的侧基的联苯基环己基二胺制备P1，由于这类PI中引入了较大的侧基，从而降低聚合物分子链的堆积密度，溶剂分子容易渗入聚合物内，因此具有良好的溶解性能。

1．2 含氟、硅的聚酰亚胺含氟基团的引入，可以增加聚酰亚胺分子链间的距离，减少分子间的作用力，因而可以溶入许多有机溶剂，同时氟原子有较强的疏水性使聚酰亚胺制品的吸湿率很低，而其有较低的摩尔极化率使得PI的介电常数降低 ]。

聚酰亚胺基气体分离膜的改性方法及其最新进展１黄旭，邵路*，孟令辉，黄玉东哈尔滨工业大学应用化学系，哈尔滨（150001）E-mail：shaolu@摘要：聚酰亚胺因其稳定的化学结构，优良的机械性能和高的自由体积分布，使其在分离气体混合物时能在具有较高渗透通量的同时还保持较高的选择性，所以广泛地应用于气体分离膜的制备。

但聚酰亚胺膜的分离性能也需要进一步提高以满足日益严峻的要求。

并且其易塑化的缺点，使分离性能下降，从而阻碍了聚酰亚胺膜的更广泛应用。

因此，为了更经济有效的利用聚酰亚胺膜材料，已有大量的研究工作集中在物理和化学改性方法来提高聚酰亚胺膜的气体分离性能。

本文综述了近年来聚酰亚胺气体分离膜的主要改性方法和最新近展，其中重点介绍了交联和共混改性方法，并对聚酰亚胺气体分离膜材料今后发展方向进行了展望。

关键词：聚酰亚胺，气体分离，膜，改性，塑化中图分类号: TQ028.8膜分离是利用天然或人工制备的、具有选择透过性能的薄膜对双组分或多组分液体或气体进行分离、分级、提纯或富集[1]。

膜气体分离技术与传统的分离技术（比如气体的蒸馏，冷凝提纯技术）比较，它具有低能耗、环境友好，过程简单、操作方便，分离性强等突出优点。

对于气体的净化，纯化，对于能源利用和环境治理都有举足轻重的作用，是真正的“绿色”化工分离过程。

芳香型聚酰亚胺作为高性能材料用于气体分离具有如下优点：1)同时具有高的渗透通量和分离系数(高的渗透通量意味着高的产量，而高的分离系数意味着高的纯度)；2)合成用单体二酐和二胺的结构种类繁多，可根据不同需要合成性能各异的聚酰亚胺；3) 在较高的操作温度下具有优异的力学性能，和优异的化学稳定性[2]。

然而，其在高压下的塑化现象会使聚酰亚胺膜的分离系数大大降低，增加运作成本，降低经济效益。

这些都极大的限制了聚酰亚胺膜材料在气体分离领域的广泛应用。

并且，其分离性能也需要进一步提高。

从物理和化学角度改变聚酰亚胺膜结构，合成新材料，共聚和交联[3,4]等改性手段是解决聚酰亚胺的塑化问题和进一步提高膜气体分离性能的主要方法和有效的手段。

耐热聚酰亚胺的改性摘要本文介绍了聚酰亚胺的主要应用领域及应用范围，简要概括了聚酰亚胺的合成方法，系统地阐述了目前国内聚酰亚胺在耐热方向的改性的几种主要途径，以及通过改性后PI耐热性的效果。

最后，通过分析聚酰亚胺国内研究现状，指出今后聚酰亚胺改性的发展趋势。

关键词聚酰亚胺，耐热性，改性聚酰亚胺具备优良的耐热性、力学性能、耐辐射性和介电性，广泛用于医疗、航空航天、电子、化工等领域。

聚酰亚胺可制造餐具和医用器具，其制品可经得起数千次消毒；聚酰亚胺材料在微电子工业中广泛用于芯片外表的钝化与封装材料；亦可制备太阳能电池基板材料，柔性太阳能辐射保护材料等，为工业发展做出巨大奉献。

本文主要介绍聚酰亚胺在耐热材料的改性。

1 聚酰亚胺的合成方法聚酰亚胺的合成分为两大类: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聚合成聚酰亚胺。

二酐和二胺反应形成聚酰亚胺是合成的最普遍的方法；以双卤代酞酰亚胺或双硝基酞酰亚胺和双酚或双硫酚的碱金属化合物间的亲核取代聚合合成聚酰亚胺是大幅度降低聚酰亚胺成本的重要途径之一。

为提高聚酰亚胺的耐热性，合成新型聚酰亚胺十分必要。

虞鑫海等用全间位苯氧基键接的芳族二胺即1,3-双( 3-氨基苯氧基)、苯( 简称BAPB) 在室温下以DMAC为溶剂分别与均苯四甲酸二酐(PMDA)、氧撑二苯酐(ODPA)、3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酐(BTDA)以及双酚A二酐(BPADA)缩聚得到多种新型热塑性线型聚酰亚胺。

合成途径[6]如下：此方法得到的聚酰亚胺均具良好的热稳定性，但其玻璃化温度整体偏低，最高的只有2080C。

2 聚酰亚胺的耐热改性方法通过引进某些无机物或者合成新型聚酰亚胺均可改良聚酰亚胺的耐热性，得到比纯PI热分解温度更高的复合材料。

2.1 TiO2改性聚酰亚胺杜宏伟[1]等的实验说明，当TiO2含量为22.3wt%时，复合膜中TiO2颗粒的平均尺寸为l0 nm左右，所得复合膜比纯PI膜的耐热性有显著提高。

聚酰亚胺耐热性改性与研究进展摘要：聚酰亚胺是一种在主链中含有亚胺环的芳杂环聚合物，具有优良的耐高温、介电、力学性能，可以制成各种形式的产品，近年来在许多高性能领域得到了迅速的发展和应用。

本文对聚酰亚胺进行了综述，着重介绍了其耐热性改性方法与研究进展。

关键词:聚酰亚胺研究进展耐高温改性方法前言：聚酰亚胺(简称PI)是一类主链上含有酰亚胺环的半梯形结构高分子材料。

在高温老化时，环的一部分断裂后开环从而避免主链断裂，能在短时间耐500℃高温，并可在300℃以下长期使用。

由于其具有突出的耐热性和优良的综合性能，已被广泛应用于航空、航天、电气、微电子以及汽车等高新技术领域。

但是，聚酰亚胺也有自身局限性，通过改性可明显提高其耐热性能，进而扩大其应用范围用。

因此，对PI的合成及改性一直是人们研究的热点，本文主要介绍了近年来PI的合成、改性与应用的最新进展情况。

1.聚酰亚胺的发展及国内外研究现状20世纪50年代，美国和前苏联率先研发了聚酰亚胺这一耐热高分子材料。

Dupont公司在60年代首先将聚酰亚胺薄膜(Kapton)商品化，从此对于聚酰亚材料的研究蓬勃开展起来．使之成为高分子材料设计合成中最为成功的一个典型．也是当今耐高温聚合物材料领域中最有实际意义的一类材料。

经过半个世纪的研发，目前商业化品种已有10多种，主要品种有聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)和双马来酰亚胺(BMI)等。

目前对PEI的开发趋势是引入对苯二胺结构，或与其他工程塑料组合，以提高耐热性。

例如，与聚碳酸酯、聚酰胺等工程塑料组合后可提高机械强度；PAI是高强度的聚酰亚胺品种，目前发展趋势是增强改性，以及同其他塑料合金化；聚酰亚胺添加玻璃纤维或硼纤维后即成为超强级工程塑料，可用于制备喷射发动机结构部件；含硅聚酰亚胺具有良好的溶解性、透气性、抗冲击性、耐候性和粘合性。

BMI是以马来酰亚胺为活性基的双官能团化合物，具有与典型热固性树脂相似的流动性和可模塑性，与环氧树脂的加工与成型基本相同，是目前国内研发的热点。