聚酰亚胺的改性研究现状

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。

聚酰亚胺的现状及未来五至十年发展前景聚酰亚胺是一种高性能聚合物材料，其独特的化学结构和物理性质使其在各个领域具有广泛的应用前景。

本文将对聚酰亚胺产业的现状进行概述，并展望未来五至十年的发展前景。

首先，我们来看一下聚酰亚胺产业的现状。

聚酰亚胺具有优异的耐高温性能、优良的电绝缘性能以及优秀的耐化学腐蚀性能，因此在航空航天、汽车、电子、电气以及化工等领域有着广泛的应用。

目前，聚酰亚胺材料已经成为新一代高性能电子产品、航空航天器材、汽车部件等的重要组成部分。

同时，聚酰亚胺也具有良好的可加工性，可以通过模压、注塑等工艺制备出各种形状的制品，满足不同领域的需求。

在电子领域，随着电子产品的不断进步和智能化程度的提高，对高性能材料的需求也越来越高。

聚酰亚胺作为一种理想的电子封装材料，具有优异的电绝缘性能和耐高温性能，能够有效保护电子元器件免受外界环境的影响。

预计未来五至十年，随着电子产品市场的持续扩大，聚酰亚胺在电子领域的应用将会进一步增加。

在航空航天领域，聚酰亚胺的高温稳定性和耐化学腐蚀性能使其成为理想的航空航天材料。

聚酰亚胺制备的复合材料可以用于制造航空航天器材，如航空发动机叶片、燃气轮机叶片等，能够提高航空航天器材的性能和可靠性。

预计未来五至十年，随着航空航天事业的快速发展，聚酰亚胺在航空航天领域的应用前景将会更加广阔。

此外，在汽车领域，聚酰亚胺材料也有着重要的应用。

聚酰亚胺制备的复合材料可以用于汽车部件的制造，如发动机罩、座椅骨架等，能够提高汽车部件的强度和耐磨性，同时降低汽车的整体重量，提高燃油效率。

随着汽车行业的快速发展和环保意识的增强，预计未来五至十年，聚酰亚胺在汽车领域的应用将会得到进一步推广。

总结起来，聚酰亚胺产业目前处于快速发展阶段，并且具有广阔的应用前景。

未来五至十年，随着各个领域对高性能材料的需求不断增加，聚酰亚胺的市场规模将会进一步扩大。

同时，随着科技水平的提高和制备技术的改进，聚酰亚胺材料的性能也将得到进一步提升，为更多领域的应用提供更好的解决方案。

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 ]。

聚酰亚胺的改性研究聚酰亚胺（polyimide，缩写为PI）是指主链上含有酰亚胺环（-CO-NH-CO-）的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。

聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。

近来，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入 21世纪最有希望的工程塑料之一。

聚酰亚胺，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"（protion solver），并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"。

近年来，为了降低生产成本，人们致力于对单体合成和聚合方法不断进行研究和改进。

目前PI 的合成方法主要有2 大类：通过在聚合过程中或大分子反应中形成酰亚胺环, 或通过已含有酰亚胺环的单体缩聚合成PI。

尽管PI 具有一系列优异的性能，但大多数的PI 存在不溶不熔（少数的PI 溶解必须要用高沸点溶剂）、成型压力大、反应温度高、工艺苛刻等缺点，使其应用在很多方面受到限制。

为此，PI的改性成为人们研究的焦点。

PI改性的主要方法包括结构改进、共混改性、共聚改性、填充改性。

一、PI 的合成PI 是主链上含有酰亚胺基团（酰亚胺环）的一类高分子聚合物，其由有机芳香二酸酐和有机芳香二胺经过熔融缩聚或溶液缩聚法反应生成聚酰胺酸，再经过热或化学酰亚胺化而得到，其中以含有酰酞亚胺结构的聚合物最为重要。

PI 分为热固性和热塑性，其中热固性主要有双马来酰亚胺（BMIs）、降冰片烯封端的PI（PMR–15）、乙炔基封端的PI（ACTP）三大类，热塑性聚酰亚胺有聚醚酰亚胺（PEI）及美国国家航空航天局（NASA）研发的LARC–TPI和LARC–CPI 等。

1、在聚合过程中或在大分子反应中聚合成PI采用二酐与二胺反应聚合成PI 是最普遍的方法，它可以采用一步法和两步法合成。

聚酰亚胺的改性研究聚酰亚胺（Polyamides）是一类具有优异机械性能和耐热性能的高分子材料，由聚酰亚胺类共聚物制成，是高强度、高热稳定性的优质材料。

由于其独特的物理特性，聚酰亚胺已经广泛应用于航空航天、汽车以及建筑工程等领域。

然而，聚酰亚胺在实际应用中往往无法满足用户的要求，因此，改性聚酰亚胺的研究已经成为当前材料科学界的热点研究课题。

聚酰亚胺的改性可以给高分子材料增加新的性能，改善原有性能，从而满足工程需求。

主要的改性方法有物理改性、化学改性和物理化学改性等。

其中，物理改性的方法主要是采用热处理或辐射处理，可以改变材料的形状和微观结构，增加材料的力学强度和抗热性，材料的纤维强度也可以相应地提高。

除了物理改性外，可以通过化学改性来改善聚酰亚胺的性能，如添加热塑性弹性体（TPS）、氟化物、碱金属氧化物等，以提高材料的抗冲击性和耐腐蚀性。

此外，还可以通过物理化学改性技术，如改性聚酰亚胺的热塑性，提高材料的抗热性、耐摩擦及耐冲击性能。

在聚酰亚胺的改性研究中，热交换改性是最常用的一种技术，此项技术可以改变材料的结晶度、微观结构、熔融强度等性能指标，有效改善材料的性能。

同时，还可以用低温改性技术改变聚酰亚胺的熔融指数，从而改变材料的热加工工艺过程，提升材料的加工性能。

此外，还可以通过改性技术改变材料的表面特性，如改变表面硬度、光滑度等，可以有效改善材料的抗冲击性、耐腐蚀性及抗脏等性能。

另外，改性聚酰亚胺也可以用于制备多种复合材料，以满足特定的性能要求。

比如，可以将聚酰亚胺与金属、矿物纤维和石墨等添加剂复合，可以制成轻质、高强度及耐腐蚀性的复合材料。

此外，也可以用改性聚酰亚胺来制备复合功能纤维，如用改性聚酰亚胺和有机硅复合来制备具有防水、防火以及防静电等功能的复合纤维。

综上所述，聚酰亚胺的改性是满足工程研究要求的有效方法，为聚酰亚胺的应用提供了新的性能，从而提高了材料的性能，增加了材料的应用范围。

未来，聚酰亚胺改性技术将越来越受到重视，在工程研究领域的应用会更加广泛。

综述CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2021， 38（3）： 71*DOI：10.19825/j.issn.1002-1396.2021.03.14聚酰亚胺（PI）是一种主链上含有酰亚胺环的高性能聚合物，具有密度低，力学性能优异，化学稳定性和阻燃性能优良等特点，在航空航天、信息技术、微电子技术、激光等高科技领域具有举足轻重的地位［1-3］。

人们对先进功能材料的要求越来越高，但高生产成本和复杂的生产工艺技术等限制了其广泛应用，这就使制备高性能化、多功能化、低成本化的PI成为引人关注的科研方向。

目前，主要采用化学改性和物理改性的方法。

化学改性主要通过在PI分子结构中引入柔性基团，设计分子结构的异构化等方法，改善其加工性能和功能性；物理改性包括共混改性、共聚改性、填充改性［4］。

填充改性是一种简单有效的改性方法，能够显著提高PI的力学性能、热稳定性、阻燃性能等。

填充改性常用的填料包括无机材料（如碳纳米管，石墨烯，SiO2，二氧化钛等）、金属材料及金属氧化物、芳纶蜂窝芯材（ARHC）等［5-6］。

本文主要综述了无机改性材料对PI性能的影响。

1 石墨烯改性PI石墨烯作为一种质量轻、韧性高、导电性好的碳元素为主的非金属材料［7-8］，其比表面积大、耐磨性好，在惰性空气中温度高达3 000 ℃，而且具有优良的阻燃性能和力学性能［9］。

PI中引入石墨烯，可改善复合材料的隔热性能、阻燃性能、热稳定性和力学性能。

通常，复合材料的阻燃隔热性能增强是由于石墨烯的加入会形成连续排列的无机材料改性聚酰亚胺复合材料的研究进展张玉迪，于 浩，徐新宇*（辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部，辽宁 抚顺 113001）摘要：综述了近几年国内外有关聚酰亚胺（PI）改性的研究现状，主要介绍了PI填充改性的方法以及填料的类型，并展望了PI的发展前景。

填充改性不仅是一种快速、简单有效的改性方法，而且能够显著提高PI的热稳定性、力学性能、导电性能等。