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聚酰亚胺简介
聚酰亚胺（PI）是分⼦结构含有酰亚胺基链节的芳杂环⾼分⼦化合物，是⽬前⼯程塑料中耐热性最好的品种之⼀，⼴泛应⽤在航空、航天、微电⼦、纳⽶、液晶、激光等领域。 近来，各国都在将PI的研究、开发及利⽤列⼊21世纪化⼯新材料的发展重点之⼀。PI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，都有着巨⼤的应⽤前景。 PI被誉为⾼分⼦材料⾦字塔的顶端材料，也被称为"解决问题的能⼿"，甚⾄有业内⼈⼠认为“没有PI就不会有今天的微电⼦技术。
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PI分类及应⽤
PI由于性能优异，可应⽤于多种领域，也可分为多种类型，包括⼯程塑料、纤维、光敏性PI、泡沫材料、涂料、胶粘剂、薄膜、⽓凝胶、复合材料等。 在众多的聚合物中，PI是唯⼀具有⼴泛应⽤领域并且在每⼀个应⽤领域都显⽰出突出性能的聚合物。下⾯就介绍⼀下PI 各个品种的主要⽤途。
(1)⼯程塑料。
PI可分为热固性及热塑性，可分为聚均苯四甲酰亚胺 (PMMI) 、聚醚酰亚胺 (PEI) 、聚酰胺⼀酰亚胺 (PAI)等，在不同领域有着各⾃的⽤途。
PMMI在1.8 MPa的负荷下热变形温度达360℃，电性能优良，可⽤于特种条件下的精密零件，耐⾼温⾃润滑轴承、密封圈、⿎风机叶轮等，还可⽤于与液氨接触的阀门零件，喷⽓发动机燃料供应系统零件。
PEI具有优良的⼒学性能、电绝缘性能、耐辐照性能、耐⾼温和耐磨性能，熔体流动速率⾼，成型收缩率为0.5％～0.7％，可⽤注射和挤出成型，后处理较容易，还可⽤焊接法与其它材料结合，在电⼦电器、航空、汽车、医疗器械等产业得到⼴泛应⽤。
PAI的强度是当前⾮增强塑料中最⾼的，拉伸强度为190 MPa，弯曲强度为 250 MPa，在1.8 MPa负荷下热变形温度⾼达274℃。PAI具有良好的耐烧蚀性和⾼温、⾼频下的电磁性，对⾦属和其它材料有很好的粘接性能，主要⽤于齿轮、轴承和复印机分离⽖等，还可⽤于飞⾏器的烧蚀材料、透磁材料和结构材料。
（2）PI纤维。
PI纤维是⼀种重要的⾼性能纤维，其耐⾼温PI纤维是⽬前使⽤温度最⾼的有机合成纤维之⼀，可以在250~350℃使⽤，在耐光性、吸⽔性、耐热性等⽅⾯与芳纶和聚苯硫醚纤维相⽐都更为优越，⾼性能PI纤维的强度⽐芳纶⾼出约1倍，是⽬前⼒学性能最好的有机合成纤维之⼀。
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随着⾼新技术领域的不断发展，其对PI制品理化性能的要求也越来越⾼，传统PI材料在⼒学、热学及光、电、磁等⽅⾯的性能已经不能满⾜现代科技领域对材料的特殊要求，PI⾼性能纤维以其优越的⼒学性能、耐热稳定性、耐辐照等特性
的性能已经不能满⾜现代科技领域对材料的特殊要求，PI⾼性能纤维以其优越的⼒学性能、耐热稳定性、耐辐照等特性将成为下⼀代⾼性能纤维的典型代表。
⽬前国内从事PI纤维产业的公司主要有江苏奥神、长春⾼琦、科聚新材、江苏先诺等。其中，长春⾼琦已成为我国PI研究、开发、⽣产的重要基地，江苏先诺⼀款具有完全⾃主知识产权的⾼性能有机纤维于2016年通过了科技成果鉴定，同时于2020年牵头完成了《⾼强⾼模聚酰亚胺长丝》国家标准的制定。
（3）光敏性聚酰亚胺（PSPI）。
光敏聚酰亚胺（PSPI）是⼀类在⾼分⼦链上兼有亚胺环以及光敏基因，集优异的热稳定性、良好的⼒学性能、化学和感光性能的有机材料。
PSPI在电⼦领域主要有光刻胶及电⼦封装两⼤作⽤，在PSPI中添加增感剂、稳定剂等就可以得到“聚酰亚胺光刻胶”。与传统光刻胶相⽐，由于PI本⾝有着很好的介电性能，因此在使⽤时⽆需涂覆起⼯作介质作⽤的光阻隔剂，可以⼤⼤缩短⼯序，提⾼⽣产效率。
PSPI的⽣产技术主要由美国及⽇本企业所掌控，其中⽇本东丽是全球中正性PSPI产品市场化最成功的企业之⼀，其正性产品被应⽤在微电⼦封装、光电⼦封装等多个领域。
受限于⽣产技术落后，我国PI产业仍旧以薄膜等低端产品为主，光敏聚酰亚胺产量较少，市场需求依赖进⼝。在《中国制造2025》政策⽀持下，我国⼯业、机械、电⼦等领域皆进⼊国产替代阶段，国内企业对于PSPI不断深⼊，部分企业已经掌握⽣产技术。
当前，布局PSPI研发、⽣产的本⼟企业有瑞华泰、明⼠新材料、国风塑业、⿍龙科技等，未来该领域国产替代空间较⼤。
（4）PI泡沫塑料。
伯努利方程实验PI泡沫是PI材料的⼀种类型，于20世纪70年代⾸先由NASA Langley研究中⼼与Unitika America合作开
发出来，⽤于航天飞机上，现已⼴泛地应⽤于飞机、舰船、⽕车、汽车等领域，具有本质阻燃、耐热性强、质量轻及环保⽆毒的特点，可以长期在超⾼温、超低温、⾼盐雾、强噪声、强腐蚀、强辐射等极端条件下服役。尼龙手套
PI泡沫可分为三类：
（1）与⼀般PI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PI中在⾼温下裂解⽽得到的纳⽶泡沫材料。
PI泡沫材料属于先进功能材料，已越来越多地应⽤在航空航天、远洋运输、国防和微电⼦等⾼新技术领域中的隔热、减震降噪和绝缘等关键材料。
PI泡沫⽬前最为重要的应⽤为舰艇⽤隔热降噪材料，⽬前我国海军正处于第三次建船⾼潮，PI泡沫作为新型战舰中的⾸选隔热降噪材料，需求快速提升。
聚甲基丙烯酰亚胺泡沫（PMI）是⽬前综合性能最优的新型⾼分⼦结构泡沫材料，是⼀种⾼⽐强度、⾼⽐模量、⾼闭孔率、⾼耐热性的⾼性能复合材料泡沫芯材，具有轻质、⾼强、耐⾼/低温等特点。此
外PMI泡沫作为最优异的结构泡沫芯材，⼴泛⽤于风机叶⽚，直升机叶⽚，航空航天等领域中，其对于PET 泡沫的替代趋势明确，市场空间⼴阔。丝网除沫器安装
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。⽬前，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，INSPEC公司⽣产的SOLIMIDE 泡沫已被超过15个国家制定⽤于海军船舶的隔热隔声体系，此外，PI泡沫在民⽤船，如豪华游轮、快艇、液化天然⽓船上也有⼴泛应⽤。
与PI泡沫相似，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
（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。
21世纪以来，我国参与PI泡沫研究的单位明显增长，⾏业技术取得了重⼤突破，⽬前国内的PI泡沫的主要⽣产企业有青岛海洋、康达新材和天晟新材、⾃贡中天胜、青岛海洋新材料等。其中，中科院宁波材料所已搭建了PI微发泡粒⼦中试设备，青岛海洋与康达新材PI产品通过了军⽅测试。
（5）PI涂料。
PI⽤于制备涂料是其最早的应⽤之⼀，该类物质在涂料中主要⽤作漆包线绝缘涂料。漆包线绝缘涂料主要浸涂圆线、扁线等各种类型线径裸体铜线、合⾦线及玻璃丝包线外层，提⾼和稳定漆包线的外层。
满⾜⼯业技术发展要求的绝缘材料的特点是，绝缘系统应可以在180~200℃其⾄更⾼温度下长期⼯作，但⽆显著的失重和电⽓强度降低，并且保持好的弹性、耐潮、耐臭氧、耐电弧等性能。PI类材料可以很好地满⾜这⼀使⽤要求，来制备F级及以上耐热等级的绝缘涂料，PI可以作为绝缘漆⽤于电磁线，或作为耐⾼温涂料使⽤。
（6）PI胶粘剂。
万寿菊粉PI胶粘剂是⼀类主链中含有酰亚胺环状结构的有机杂环胶粘剂，具有优异的⾼温⼒学性能、介电性能和耐辐射性能，缺点是在碱性条件下易⽔解，已⼴泛应⽤于航空航天、精密电⼦机械等⾼科技领域，并且解决了其它有机胶粘剂上限耐热温度较低等难题。
（7）PI薄膜。
2018年12⽉8⽇凌晨，嫦娥四号探测器在西昌卫星发射中⼼发射升空，标志着我国⾸次⽉球背⾯软着陆、⽉球巡视探测和⽉夜⽣存等⽅⾯取得重⼤突破。此次嫦娥四号成功把国旗带向了⽉球背⾯，为太空打上了“中国标识”。据悉，此次探测器的国旗不是由常见的化学纤维织物、丝绸、棉布等纺织品制成的。众所周知太空环境⼗分特殊，⽉球表⾯不存在⼤⽓，是真空状态接受到阳光照射时，⽉球表⾯在⽩天的最⾼温度可达123℃。到了晚上，在登⽉舱外⾯，⽉球上的温度会骤降⾄零下233℃。
这样的温度差，普通材料是难以忍受的，⽽且太阳产⽣的紫外线⾮常强烈，还存在宇宙射线和⾼能粒⼦的辐射作⽤，对材料有很强的破坏作⽤。
被委以重任的国旗材料正是PI有机⾼分⼦薄膜，与地⾯上常见的国旗完全不同，它能够抵御恶劣的⽉表环境，不褪⾊，不变形。
PI薄膜除了作为航天器的“外⾐”，以及在军事中的应⽤外，在微电⼦、纳⽶、液晶、分离膜、激光、新能源等领域都能见到它的⾝影。例如，透明PI薄膜可作为柔软的太阳能电池底板；PI可以作为下⼀代锂离⼦电池隔膜材料等等。
近年来，随着电⼦⼯业的发展，⾼性能PI薄膜⼜成为微电⼦制造与封装的关键材料，⼴泛应⽤于超⼤规模集成电路的制造、⾃动接合载带、柔性封装基板、柔性连接带线等⽅⾯。
此外，PI因为⾼耐热性及良好的综合性能，是耐⾼温的⽓体分离膜理想的材料。⽬前，极少量的PI品种应⽤于耐⾼温⽓体分离膜材料，⽤于各种⽓体对（如氢/氮、氮/氧、⼆氧化碳/氮、⼆氧化碳/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。但是，常规的PI树脂难溶解和难熔融，因⽽限制了其⼯业上⼴泛应⽤的可能性。
（8）PI⽓凝胶（PIA）。
PIA是由聚合物分⼦链构成的相互交联的三维多孔材料，结合了PI和⽓凝胶的优异性能，其不但具有PI的优异特性，⽽且具有⽓凝胶的轻质超低密度、⾼⽐表⾯积、低热导率、低声阻抗、环境耐久性以及低介电常数等突出特点，这些特殊的性能让PIA材料在热学、电学、⼒学、声学等领域均具有绝佳的应⽤前景。
美国国家航空航天局研究中⼼为了实现载⼈⽕星登陆计划在开发重载荷运输技术时，将PIA材料应⽤于超⾳速充⽓式⽓动减速器（HIAD）的研究，为研究航天器制动的有效载荷和体积效益提供了⼀条解决⽅案，并且由于PIA材料的耐久性，其在推进剂箱、探测车超轻多功能材料以及太空居所等领域也具有⼴泛的应⽤前景。
除了航空航天领域，PIA材料在电⼦通讯、隔热阻燃材料、吸附清洁、隔⾳吸声、催化载体、电线/缆绝缘层等领域都有着不错的应⽤前景。
（9）PI基复合材料。
纤维增强复合材料是镁铝合⾦之后的新⼀代轻量化材料，以PI作为树脂基的复合材料耐⾼温和拉伸性能出⾊，应⽤⼗分⼴泛。PI树脂基复合材料具备PI⾼耐热性、优异的⼒学性能、介电性能、耐溶剂性能等特点，是⽬前使⽤温度最⾼的树脂基复合材料，在航空（尤其是航空发动机）、航天等领域得到了⼴泛的应⽤。
经过近40年的发展，PI耐⾼温树脂基复合材料已经发展出了4代复合材料，使⽤温度不断得到提升，⽬前最先进的第4代PI树脂基复合材料能够在 450℃下长时间使⽤。
⽬前我国PI复合材料应⽤和研发还在追赶中，中航⼯业复合材料公司等企业已经能够⽣产第三代树脂产品。
另外，随着碳纤维产业的逐渐成熟，碳纤维增强复合材料需求增长明显，聚酰亚胺与碳纤维的组合作为最为优异的复合材料组合之⼀，在抢占⾼端市场⽅⾯优势明显。
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结语
PI⼏乎囊括了⾼分⼦材料的各个种类，包括⾼性能薄膜、⼯程塑料、泡沫塑料、化学纤维、胶粘剂、树脂基体、绝缘材料、功能材料、复合材料等。
PI的性能强烈依赖于其化学结构，可以依据⽤途选择或者合成不同结构的PI，也可以通过共聚、共混、填充、增强进⾏改性。新型PI的开发离不开新型单体的发展，特种结构的⼆胺和⼆酐单体是发展聚酰亚胺新品种的必要保证，降低单体成本是降低聚酰亚胺的关键。
由于PI相关材料在航空航天、军事、⾼端电⼦等敏感领域有着难以替代的作⽤，国外的⼤多数PI原材料、技术和产品对我国实⾏严格封锁。虽然国内企业已经在努⼒追赶中，但我们国产化并量产的⾼端产品与国外先进⽔平仍有不⼩差距。因此，⼤⼒发展聚酰亚胺相关产品⼗分迫切，任重道远！
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