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工程塑料中的“黄金”----聚酰亚胺(Polyimide)

时间：2022-01-14

工程塑料中的“黄金”----聚酰亚胺(Polyimide)

最近有在关注中国探索月球大新闻的朋友们，

是否有注意到一个小小细节，

在极端的月球气温环境中（白天最高温度可达160摄氏度，夜间最低温度低到零下180摄氏度），

嫦娥四号着陆器及玉兔二号巡视器身上的五星红旗依然色彩鲜艳。

亮丽的“中国红”在每次传回地球的探月照片中十分吸睛。

如何让五星红旗在月面近300度的温差和强紫外环境下，依然鲜亮且长久不褪色？

这其中大有学问！

据悉，航天科技人员选择了聚酰亚胺的有机高分子薄膜材料用于制作嫦娥四号着陆器及玉兔二号巡视器身上的五星红旗。

聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，部分无明显熔点，高绝缘性能。这一特性，再适合月球生存不过了！

为了让国旗牢牢附着在探测器表面，采用背胶与铆钉相结合的固定方式，国旗质量从200克下降到20克，最大限度地降低对星用载荷仪器的影响。

位置也有讲究！研制团队进行了上百次模拟演练，几乎试遍了每一个可用的区域，验证了每一个可能的光线范围和拍摄角度、拍摄距离。

最终选定绑定国旗的C位，让着陆器和巡视器上的国旗，都在对方的摄像范围之内，确保清晰可见。

国旗的上色工艺也是量身定制。

据悉最初选用激光喷绘，表面细小的颗粒物总让人感觉色彩不均匀。

最后完全更换了工艺，特别委托研制了一套高精度的丝网印刷设备，印制出的五星红旗比镜面还光滑，在阳光下熠熠生辉。

可试验中还是出了问题，当真空环模试验温度增加到一定水平时，红旗的色彩和图案全部蒸发，只剩下一片光秃秃的长方形材料。

科研人员经过一个多月加班加点，连续进行了七次热真空试验，以5℃为一个步进单位逐步调整试验温度，终于找到了症结所在。

最终，在±170℃范围内，整整一个月的真空环境试验，五星红旗都能保持本色，鲜艳如新！

厉害了，聚酰亚胺！

“玉兔”、“嫦娥”身上的国旗鲜红靓丽，着实让聚酰亚胺材料又火了一把，今天小编带大家详细了解一下聚酰亚胺。

聚酰亚胺（PI）由含有酰亚胺基链节构建的芳杂环高分子化合物，具备高强度高韧性、耐磨耗、耐高温、防腐蚀等特殊性能，是一种耐热性工程塑料。由于其性能与合成综合特点，作为结构材料或是功能材料均具有巨大前景，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"。

聚酰亚胺（PI）作为一种特种工程材料，广泛应用于航空、航天、电气电子、半导体工程、微电子及集成电路、纳米材料、液晶显示器、LED 封装、分离膜、激光、机车、汽车、精密机械和自动办公机械等领域。

一、聚酰亚胺性能特点

作为优秀的特种工程材料，聚酰亚胺的性能可以通吃所有材料品质中的高端性能。

1、适用温度范围广：高温部分：全芳香聚酰亚胺，分解温度500℃左右。长期使用温度-200～300 ℃，无明显熔点。低温部分：－269℃的液态氦中不会脆裂。

2、机械性能强：未填充的塑料的抗张强度都在100Mpa以上；均苯型聚酰亚胺的薄膜（Kapton）为170Mpa以上，而联苯型聚酰亚胺（UpilexS）达到400Mpa。

3、绝缘性能好：良好的介电性能，介电常数为3.4左右，引入氟，或将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到2.5左右。

4、耐辐射：聚酰亚胺具有很高的耐辐照性能，其薄膜在5×109rad快电子辐照后强度保持率为90％。

5、自熄性：聚酰亚胺是自熄性聚合物，发烟率低。聚酰亚胺在极高的真空下放气量很少。

6、稳定性：一些聚酰亚胺品种不溶于有机溶剂，对稀酸稳定，一般的品种不大耐水解。

7、无毒：聚酰亚胺无毒，并经得起数千次消毒。可用来制造餐具和医用器具，有一些聚酰亚胺还具有很好的生物相容性，例如，在血液相容性实验为非溶血性，体外细胞毒性实验为无毒。

二、聚酰亚胺的合成

聚酰亚胺是分子结构含有酰亚胺基链节的芳杂环高分子化合物，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。合成方式可分为缩聚型和加聚型：

缩聚型聚酰亚胺：以DMF、DMAC、NMP等强极性溶剂，经低温缩聚，形成聚酰胺酸，再经成膜或者纺丝后，高温脱水，形成聚酰亚胺；或以乙酐或叔胺类催化剂，化学脱水，形成聚酰亚胺溶液和粉末。

芳香二酸和二酐，高沸点溶剂下脱水，加热缩聚，形成聚酰亚胺。影响聚酰亚胺合成主要关键点：单体纯度，纯度越高，聚合反应发生越容易。

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。其中，现行工业研究推广较为广泛的方法：缩聚成聚酰胺酸后，再进一步亚胺化，形成目标聚酰亚胺。

三、聚酰亚胺材料的瓶颈

1、单体合成：芳香胺合成工艺比较成熟。芳香酸酐，合成工艺较为复杂，纯度不够，且产量有限，从而导致成本居高不下，限制聚酰亚胺发展。

2、聚合工艺中使用的溶剂价格较高，且在体系中残留，难以除去。所需要的高温处理对于能耗以及设备要求较高，限制其发展。

3、酰亚胺生产规模太小，难以形成产业，聚酰亚胺副反应多而且复杂，并且对外信息沟通不畅。

四、聚酰亚胺材料的应用领域

1、薄膜：此类是聚酰亚胺最早实现商业化的产品形式。现在高端的使用领域为：太阳能基板。

2、涂料：主要依托性能是其介电常数小，类似绝缘，主要应用对象是电器绝缘漆，包裹在电线表层。

3、耐高温复合材料，主要应用与航空航天领域。

4、液晶显示：取向排列剂：聚酰亚胺在TN-LCD、SHN-LCD、TFT-CD及未来的铁电液晶显示器的取向剂材料方面都占有十分重要的地位。

聚酰亚胺纤维（PI纤维）又称芳酰亚胺纤维，是指分子链中含有芳酰亚胺的纤维。PI纤维拥有良好的可纺性，可以制成各类特殊场合使用的纺织品。

聚酰亚胺纤维拥有良好的可纺性，可以制成各类特殊场合使用的纺织品。由于具有耐高低温特性、阻燃性，不熔滴，离火自熄以及极佳的隔温性，聚酰亚胺纤维隔热防护服穿着舒适，皮肤适应性好，永久阻燃，而且尺寸稳定、安全性好、使用寿命长，和其他纤维相比，由于材料本身的导热系数低，也是绝佳的隔温材料。劳动防护服方面，我国冶金部门每年需隔热、透气、柔软的阻燃工作服5万套，水电、核工业、地矿、石化、油田等部门年需30万套防护用服，年需耐高温阻燃特种防护服用纤维300t左右。

聚酰亚胺纤维织成的无纺布，是制作装甲部队的防护服、赛车防燃服、飞行服等防火阻燃服装最为理想的纤维材料。这种纳米纤维非织造布还可用来制造舒适且保暖的功能性服装，如军用服装、医用卫生服、消除不良体味的休闲服、防生化武器特种服装、医用卫生防护服装、高效烟雾防护面罩等。

NO.1 物理性质

醚类均聚纤维强度4～5cN/dtex，伸长率5%～7%，模量10～12GPa，在300℃经100h后强度保持率为50%～70%，极限氧指数44，耐射线好；酮类共聚纤维具有近似中空的异形断面，强度3.8cN/dtex，伸长率32%，模量35cN/dtex，密度1.41g/cm，沸水和250℃收缩率各小于0.5%和1%。

NO.2 纺丝方法

聚酰亚胺纤维纺丝方法分为湿法纺丝和干法纺丝，根据纺丝浆液是聚酰亚胺还是聚酰胺酸，有一步法纺丝和二步法纺丝之分。

第一步是将聚酰胺酸的浓溶液经湿法或干法喷丝得到聚酰胺酸纤维，第二步是将第一步纺制的聚酰胺酸纤维经化学环化或热环化得到的聚酰亚胺纤维，因而称为二步法。

二步法纺制聚酰亚胺纤维是研制聚酰亚胺纤维以来一直普遍使用的方法。

纤维的拉抻工序可以在第一步进行，也可在第二步酰亚胺化的过程中进行，或者每一步都进行一定的拉伸。

福斯曼聚酰亚胺材料

福斯曼可提供聚酰亚胺单体、树脂、纤维、粉、膜、泡沫、毡、布等产品。欢迎咨询010-64646565。