聚酰亚胺的发展状况及应用2cankao.doc

《电介质材料最新进展》
论文

题 目：聚酰亚胺的发展状况及应用
班 级：高分子08-1班
姓 名：李 晓 白
学 号：0802030118
指导教师：张 明 艳

聚酰亚胺的发展状况及应用
摘要：聚酰亚胺(Polyimide，PI)是由含二酐和二胺的化合物逐步反应聚合而成的分子主链上含有亚胺环的一类聚合物，聚酰亚胺分子有结构十分稳定的芳杂环，使其具有其他高分子材料无法比拟的优异性能，尤其是耐低温、高温的性能，本文将围绕聚酰亚胺的国内外进展和在各领域的应用进行论述。
关键词：聚酰亚胺、材料、电介质
聚酰亚胺是目前为止热稳定性较高、力学性能较好、机械强度较高的电介质材料。聚酰亚胺具有较好的介电性能：103Hz下介电常数3.4，介电损耗仅0.004～0.007，介电强度100～300KV/mm，而且在很宽广的温度范围和频率范围内仍能保持在很高的水平。介电常数在室温至4K的整个温度范围内变化很小，约在3.0～3.2之间，介质损耗因数在室温至4.2K的温度范围内随温度的降低而下降，在范围内变化，薄膜材料的击穿电压随低温下降的变化很少。可见聚酰亚胺是一种综合电气性能较好的绝缘材料，将对它的研究、开发与利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一，对聚酰亚胺进行研究有很强的实用价值[l]。

随着温度升高，它们强度变化小，且具有较强的抗蠕变能力，较好的摩擦性能，优异的绝缘性能;化学性质也稳定，不溶于有机溶剂，耐辐射性较好等。聚酰亚胺可以用作塑料、复合材料、薄膜、胶粘剂、纤维、泡沫、液晶取向剂、分离膜、光刻胶等。聚酰亚胺的这些优良性能使其成为在许多领域不可替代的材料。因此，在保持聚酰亚胺优良特性的同时，增加聚酰亚胺材料在有机溶剂中的溶解能力及降低其刚性以改善它的加工性能，是聚酰亚胺研究的重要课题。
一、聚酰亚胺材料的国内外发展概况
1.1国外发展概况
作为材料的聚酰亚胺己有四五十年的历史，在性能和合成上有突出优点的聚酰亚胺作为结构材料和功能材料的优点已被人们充分认识，至今为止研究应用也很广泛。1908年Bogert和Rebshaw就在实验室首次合成了聚酰亚胺[2]。1955年世界上第一篇有关聚酰亚胺在材料应用方面的专利由美国DuPont公司Edwards与Robison申请。1969年法国罗纳一普朗克公司(Rhone-Poulene)首先成功开发了双马来酰亚胺预聚体(Kerimid601)。上世纪60年代聚酰亚胺作为一种材料商品化，美国国家航空航天局(NASA)在上世纪70年代成功研制出PMR热固性聚酰亚胺树脂，这一研究成果解决了材料难于加工的问题，目前具有代表性的PMR型聚酰亚胺树脂是NASA的PMR-15[3]。2007年，日本东丽公司成功研制了一种感光涂覆剂聚酰亚胺，其固化温度在200℃以下，且能在碱性条件下显像，这在世界上尚属首次。聚酰亚胺已成为目前应用最为广泛的耐热聚合物材料之一。聚酰亚胺的研究和应用发展快速，且种类很多，典型品种已经有20多个。例如：聚醚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酸酰亚胺、以及聚酰亚胺纳米杂化材料等，其应用领域也在不断扩大。其中热塑性聚酰亚胺广泛用于汽车发动机部件、电子、电器仪表用高温插座、集成电路晶片载流子、飞机内部载货系统油泵和气泵盖、连接器、印刷线路板等。
1. 2国内发展概况
中国科学院化学研究所从事研究开发PMR聚酰亚胺，其以PMR型304-KH热固型聚酰亚胺为基体的树脂研制的短纤维和颗粒增强聚酰亚胺复合材料具有良好的力学性能、抗辐射性能、耐腐蚀性能、自润滑性能、耐高温氧化性能、加工性、耐磨耗性能[4]。张春华[5]等人成功研制出了新的复合光敏聚酰胺酸季铵盐.2006年孙自淑采用均苯四酸二酐分别与3，3，二甲基联苯胺和4，4，二氨基二苯醚进行三元共聚反应，通过改变两种二胺单体的摩尔比，合成出一系列光敏聚酰亚胺材料。当4，4，二氨基二苯醚与均苯四酸二酐具有一定的摩尔之比时，得到的光敏聚酰亚胺均可溶于强极性溶剂，且特性粘数在0.675~1.08dl/g之间。在科技部“863计划”的支持下，中国科学院化学研究所高技术材料实验室杨士勇研究员的课题组成功研制出固化温度低、体积收缩率小、树脂贮存稳定性好的标准型BTDA-1000聚酰亚胺和专用树脂光敏型BTPA-1000。自1969年由法国Rhone-Poulene公司成功研制双马来酰亚胺树脂以来，英国、美国、德国、日本和中国等国家都相继进行了研发。当时我国只有二氨基二苯甲烷型的商品化的双马来酰亚胺，现在经过改性的双马来酰亚胺树脂品种己经很多。例如，有机硅改性双马来酰亚胺树脂是一类高性能聚合物材料,其热稳定性能和力学性能都比环氧树脂优越,因此含硅双马来酰亚胺树脂作为金属替代物广泛地用作制造压缩机叶片、大型计算机部件、印刷电路基板等,是目前最受青睐的高性能聚合物材料之一[6]。
二、聚酰亚胺的应用
如上述聚酰亚胺在性能和合成化学上的特点在众多的聚合物中很难找到，因此聚酰亚胺是一种具有广泛的应用面，而且在每一个应用面都显示了极为突出的性能的材料。
2.1薄膜
薄膜是聚酰亚胺最早的商品之一，用于电机的槽绝缘及电缆包材料主要产品有杜邦的Kapton公司生产的U聚酰亚胺lex系列和钟渊的Apical，透明的聚酰亚胺薄膜可作为柔软的太阳能电池底板。
2.2涂料
涂料作为绝缘用于电磁线或作为耐高温涂料使用，先进复合材料用于航天航空器及火箭零部件是最耐高温的结构材料之一，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护织物。
2.3泡沫塑料
泡沫塑料用作耐高温隔热材料，工程塑料有热固性也有热塑性，可以模压成型也可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。
2.4胶粘剂
胶粘剂用作高温结构胶分离膜，用于对各种气体如氢、氮、氧、二氧化碳或甲烷等的分离，从空气、烃类原料气及醇类中脱除水分也可作为渗透蒸发膜及超滤膜，由于聚酰亚胺耐热和耐有机溶剂性能，因此在对有机液体和气体的分离上具有特别重大的意义，光刻胶有负性胶和正性胶，分辨率可达亚微米级与颜料或燃料配合可用于彩色滤光膜，可大大简化加工工序。
2.5取向材料
在微电子器件中的应用，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粒子起屏蔽作用减少或消除器件的软误差，液晶显示用的取向排列剂聚酰亚胺在TN-LCD STN-LCD TFT-LCD及未来的铁电液晶显示器的取向材料方面都占有十分重要的地位。
2.6电-光材料
电-光材料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。
综上所述不难看出聚酰亚胺之所以可以从60年代70年代出现，在众多的芳杂环聚合物中脱颖而出最终成为一类重要的高分子材料的原因[7]。
三、目前聚酰亚胺主要研究趋势
聚酰亚胺是难溶于有机溶剂且刚性较高的高分子。使其材料加工困难。特别是缩合型聚酰亚胺。如果闭环就形成不溶不熔的聚合物。针对在实际中应用聚酰亚胺材料存在具体问题，有必要对其进行改性。目前聚酰亚胺材料的主要研究趋势有如下3点：
(l)研究有机、无机杂化材料，以便制得综合性能优良的聚酰亚胺、无机纳米复合材料。
(2)对间位连接的聚酰亚胺主链结构对聚酰亚胺的聚集态结构及物理力学性能影响研究;对于侧链型聚酰亚胺聚集态结构及物理力学性能的研究。这些深入研究将有助于了解刚性主链的侧链型聚合物的结构与性能的关系。
(3)二元或多元无机粒子杂化聚酰亚胺，材料的形态和性能与一元杂化体系及本体聚酰亚胺相比，将有较大的改变。
四、结语
总之，聚酰亚胺作为一种机械性能、热性能和电子性能都十分优异的高分子材料，随着微电子、航空航天等领域的迅猛发展，聚酰亚胺的相关研究将受到人们的相当重视，在这些行业中的应用也将会越来越普遍。

参考文献：

[1]李玉芳,伍小明.聚酞亚胺树脂生产与应用进展[J].国外塑料,2009,27(9):32-37.
[2]BronnikovSV,SukhanovaTE,GoikhmanMYa.EvolutionofStatistiealEnselnblesofMierodomainsonthesurafeeofFilmsofRigid-ehainPolyimideduringTherreallMidi-zationl.RussianJot,rnalofappliedChemistry.2003,76(6):967-971.
[3]谭必思.益小苏.航空发动机用PMR聚酰亚胺树脂基复合材料[J].航空材料学报,2001.21(l):5-8.
[4]王响.异构型联苯四酸二酐（i-BPDA/s-BPDA）合成热塑性以及热固性共聚聚酰亚胺及其性能研究[D].吉林大学,2011.
[5]张春华.新的离子型光敏聚酰亚胺[J].功能高分子学报,2002.15(2):117-121.
[6]刘生鹏,刘润山,张雪平.双马来酰亚胺型共聚高性能基体树脂的研究[J]绝缘材料, 2009,16(4): 33-35.
[7]黄锐,王旭,李忠明编著,纳米塑料,中国轻工业出版社,2002.1.