聚焦聚酰亚胺：聚酰亚胺纤维、复合材料性能优异，前景广阔（一）

一、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。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，都有着巨大的应用前景。

聚酰亚胺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“没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术。

高分子材料金字塔，来源：中国石油和化工大数据

二、聚酰亚胺分类及应用

聚酰亚胺由于性能优异，可应用于多种领域，也可分为多种类型，包括工程塑料、纤维、光敏性聚酰亚胺、泡沫材料、涂料、胶粘剂、薄膜、气凝胶、复合材料等。

聚酰亚胺用途广泛，来源：复合材料网

在众多的聚合物中，聚酰亚胺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，小编就带您了解一下聚酰亚胺各个品种的主要用途。

聚酰亚胺工程塑料可分为既有热固性也有热塑性，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1.8MPa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具有优良的机械性能、电绝缘性能、耐辐照性能、耐高温和耐磨性能，熔融流动性好，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，还可用焊接法与其他材料结合，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190MPa，弯曲强度为 250MPa，在1.8MPa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，对金属和其他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。

聚酰亚胺用于高性能零部件，来源：新材料在线

2.聚酰亚胺纤维

聚酰亚胺纤维是一种重要的高性能纤维，其耐高温聚酰亚胺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，高性能聚酰亚胺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。

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聚酰亚胺研究、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。

聚酰亚胺纤维，来源：江苏奥神

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、良好的机械性能、化学和感光性能的有机材料。

光敏聚酰亚胺在电子领域主要有光刻胶及电子封装两大作用，在光敏聚酰亚胺中添加上增感剂、稳定剂等就可以得到“聚酰亚胺光刻胶”。与传统光刻胶相比，由于聚酰亚胺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。

光敏性聚酰亚胺（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，我国聚酰亚胺产业仍旧以薄膜等低端产品稳住，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。

聚酰亚胺用于光刻胶，来源：明士新材

4.聚酰亚胺泡沫塑料

聚酰亚胺泡沫是聚酰亚胺材料的一种类型，于上世纪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、重量轻、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。

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。

聚酰亚胺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（简称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泡沫作为最为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。

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。

聚酰亚胺泡沫，来源：哈船制造

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，我国参与聚酰亚胺泡沫研究的单位数量明显增长，行业技术取得了重大突破，目前国内的聚酰亚胺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聚酰亚胺微发泡粒子中试设备，青岛海洋与康达新材聚酰亚胺产品通过了军方测试。

5.聚酰亚胺涂料

聚酰亚胺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。

绝缘涂料的重要指标之一是耐热等级，依据1954年国际电工协会制定的ICE-85电机电器绝缘材料在使用中热稳定性分级标准，绝缘材料分成7个耐热等级。

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，并且保持尚耐好的弹性、耐潮、耐臭氧、耐电弧等性能。聚酰亚胺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，聚酰亚胺可以作为绝缘漆用于电磁线，或作为耐高温涂料使用。

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