“能力很强的”聚酰亚胺

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简介

聚酰亚胺(Polyimide),缩写为PI,是主链含有酰亚氨基团(─C─N─C─)的聚合物。

可分为均苯型PI,可溶性PI,聚酰胺-酰亚胺(PAI)和聚醚亚胺(PEI)四类。

因其在性能和合成方面的突出特点,不论是作为结构材料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"(protionsolver),并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"

应用领域

广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域

合成方式

按合成方式可分为缩聚型和加聚型。

缩聚型聚酰亚胺已较少用作复合材料的基体树脂,主要用来制造聚酰亚胺薄膜和涂料。

(图片:合成方式1)

获得广泛应用的加聚型聚酰亚胺主要有聚双马来酰亚胺和降冰片烯基封端聚酰亚胺。

(图片:合成方式2)

产品实例

聚酰亚胺可做薄膜,树脂,纤维等。因其结构可设计性强,用途十分广泛。

薄膜

聚酰亚胺薄膜是聚酰亚胺最早的商品之一

PI薄膜是一种新型的耐高温有机聚合物薄膜,是由均苯四甲酸二酐(PMDA)和二胺基二苯醚(ODA)在极强性溶剂二甲基乙酰胺(DMAC)中经缩聚并流延成膜,再经亚胺化而成。

(图片:薄膜)

杜邦Kapton聚酰亚胺薄膜用于太阳能基板

(图片:薄膜1)

在微电子器件中,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-粒子起屏蔽作用,减少或消除器件的软误差(soft error)。

(图片:薄膜2)

涂料

作为绝缘漆用于电磁线,或作为耐高温涂料使用。

电磁线

(图片:电磁线)

先进复合材料

用于航天、航空器及军事领域。是最耐高温的结构材料之一。

复合材料用于航空航天

(图片:复合材料1)

美国的超音速客机计划所设计的速度为2.4M,飞行时表面温度为177℃,要求使用寿命为60000h,据报道已确定50%的结构材料为以热塑型聚酰亚胺为基体树脂的碳纤维增强复合材料,每架飞机的用量约为30t。

(图片:复合材料2)

纤维

聚酰亚胺纤维像薄膜一样,结构不同,纤维性能差异很大。
目前聚酰亚胺纤维主要是耐热型的,用于高温过滤。还可以根据结构不同,做到高强高模。耐热型强度约4cN/dTex,高强高模强度大于20,约3G以上。

聚酰亚胺纤维弹性模量仅次于碳纤维,作为高温介质及放射性物质的过滤材料和防弹、防火织物。

用于各种气体对,如氢/氮、氮/氧、二氧化碳/氮或甲烷等的分离。

(图片:纤维1)

聚酰亚胺阻燃衣

(图片:纤维2)

泡沫材料

聚酰亚胺泡沫可分为三类:

( 1)与一般聚酰亚胺相同,将酰亚胺作为主链的泡沫材料,使用温度达到300℃以上(PI  泡沫)

(2)酰亚胺环以侧基方式存在的泡沫材料(PMI泡沫)

(3)将热不稳定的脂肪链段引入聚酰亚胺中在高温下裂解而得到的纳米泡沫材料。

(图片:泡沫1)

PI泡沫耐热性强、阻燃性好、不产生有害气体,易于安装,是应用广泛的隔热降噪材料。

聚酰亚胺泡沫用作耐高温隔热材料

(图片:泡沫2)

美国海军已把PI泡沫用作所有水面舰艇和潜艇的隔热隔声材料

(图片:泡沫3)

PMI泡沫的应用同样十分广泛。PMI泡沫的典型应用包括

(1)结构泡沫芯材:优异的抗高温压缩性,使其作为芯材广泛应用于风机叶片、航空、航天、舰船、运动器材、医疗器械等领域;

(2)宽频透波材料:低介电常数及损耗使其广泛应用于雷达、天线等领域;

(3)隔热隔音材料:高速机车、轮胎、音响等。

风机叶片结构

(图片:泡沫4)

目前在飞机结构中芯材通常使用铝蜂窝或NOMEX?蜂窝,其具有压缩模量高和重量轻的优点,通常与碳/玻璃纤维预浸料一起使用,常见的结构有机翼前缘、方向舵、起落架舱门、翼身和翼尖整流罩等。但蜂窝夹芯材料需要高昂的维护修理费用,泡沫芯材是理想的替代品。

NOMEX?蜂窝、铝蜂窝、泡沫芯材

(图片:泡沫5)

工程塑料

有热固性也有热塑型,热塑型可以模压成型也可以用注射成型或传递模塑。主要用于自润滑、密封、绝缘及结构材料。

应用领域

(图片:工程塑料1、2、3)

胶黏剂

一种耐高温的特种胶粘剂,具有优越的耐热性,可在260℃下持续使用,低温性能和绝缘性都优良,缺点是在碱性条件下易水解。在航天、飞机制造及机械工业中广泛用作铝合金、钛合金,以及陶瓷等非金属胶接的结构胶粘剂。

(图片:粘胶剂)

光刻胶

负性胶和正性胶,分辨率可达亚微米级。与颜料或染料配合可用于彩色滤光膜,可大大简化加工工序。

(图片:光刻胶)



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