中文名：聚酰亞胺
外文名：Polyimide
別名/簡稱：PI
外觀：淡黃色粉末
彎曲強度：(20℃)≥170MPa
密度：1.38～1.43g/cm3
沖擊強度(無缺口)：≥28kJ/m2
拉伸強度：≥100MPa
維卡軟化點：>270℃
吸水性：(25℃，24h)
伸長率：>120%
特征：一類具有酰亞胺重復單元的聚合物
主要分類：脂肪族、半芳香族和芳香族聚酰亞胺三種
類型與特點
一、縮聚型
縮聚型芳香聚酰亞胺是由芳香族二元胺和芳香族二酐、芳香族四羧酸或芳香族四羧酸二烷酯反應而制得的。由于縮聚型聚酰亞胺的合成是在諸如二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等高沸點的非質子極性溶劑中進行的，而聚酰亞胺復合材料通常是采用預浸料成型工藝，這些高沸點的非質子極性溶劑在預浸料制備過程中很難揮發干凈，同時在聚酰胺酸環化（亞胺化）期間亦有揮發物放出，這就容易在復合材料制品中產生孔隙，難以得到高質量、沒有孔隙的復合材料。因此縮聚型聚酰亞胺已較少用作復合材料的基體樹脂，主要用來制造聚酰亞胺薄膜和涂料。
二、加聚型
由于縮聚型聚酰亞胺具有如上所述的缺點，為克服這些缺點，相繼開發出了加聚型聚酰亞胺。獲得廣泛應用的主要有聚雙馬來酰亞胺和降冰片烯基封端聚酰亞胺。通常這些樹脂都是端部帶有不飽和基團的低相對分子質量聚酰亞胺，應用時再通過不飽和端基進行聚合。
聚雙馬來酰亞胺：聚雙馬來酰亞胺是由順丁烯二酸酐和芳香族二胺縮聚而成的。它與聚酰亞胺相比，性能不差上下，但合成工藝簡單，后加工容易，成本低，可以方便地制成各種復合材料制品。但固化物較脆。
降冰片烯基封端聚酰亞胺樹脂：其中最重要的是由NASA Lewis研究中心發展的一類PMR（for insitu polymerization of monomer reactants, 單體反應物就地聚合）型聚酰亞胺樹脂。PMR型聚酰亞胺樹脂是將芳香族四羧酸的二烷基酯、芳香族二元胺和5-降冰片烯-2,3-二羧酸的單烷基酯等單體溶解在一種烷基醇（例如甲醇或乙醇）中，為種溶液可直接用于浸漬纖維。
三、子類
熱分解溫度 聚酰亞胺可分為均苯型PI，可溶性PI，聚酰胺-酰亞胺（PAI）和聚醚亞胺（PEI）四類。
性 能
對于全芳香聚酰亞胺，根據熱重分析，其開始分解溫度一般都在500℃左右。由聯苯二酐和對苯二胺合成的聚酰亞胺，熱分解溫度達到600℃，是迄今聚合物中熱穩定性最高的品種之一。
耐高溫
耐高溫達400℃以上 ，長期使用溫度范圍-200～300℃，無明顯熔點。
耐極限低溫
可耐極低溫度，如在絕對溫度4K(-269℃)的液態氫中仍不會脆裂。
力學性能
未填充的塑料的拉伸強度都在100MPa 以上，均苯型聚酰亞胺的薄膜(Kapton)為250MPa，而聯型聚酰亞胺薄膜(Upilex-S)達到 530MPa。作為工程塑料，彈性模量通常為3~4GPa。俄羅斯學者報道由共聚聚酰亞胺紡得的纖維其強度可達5.1~6.4GPa，模量可達到 220~340GPa。據理論計算，由均苯二酐和對苯二胺合成的聚酰亞胺纖維其模量可達 500GPa，僅次于碳纖維。
耐水解性
聚酰亞胺對稀酸較穩定，但一般的品種不太耐水解，尤其是堿性水解。這個看似缺點的性能卻給予聚酰亞胺以有別于其他高性能聚合物的一個很大的特點，即可以利用堿性水解回收原料二酐和二胺，例如對于Kapto薄膜，其回收率可達90%。改變結構也可以得到相當耐水解的品種，經起 120℃、500h水煮。但聚酰亞胺與其他芳香聚合物一樣，不耐濃硫酸、硝酸及鹵素。
耐酸耐溶劑性
聚酰亞胺有一個很寬的溶解度譜，根據結構的不同，一些品種幾平不溶于所有有機溶劑，另一些則能夠溶于普通溶劑，如四氫、丙酮、氯仿，甚至甲苯和甲醇。聚酰亞胺與其他芳香聚合物一樣，不耐濃硫酸、硝酸及鹵素。
熱膨脹系數
聚酰亞胺的熱膨脹系數在2x10-5~3x10-5℃-1，聯苯型聚酰亞胺可達 10-6℃-1，與金屬在同一個水平上，還有個別品種甚至可以達到10-7℃-1。
耐輻照
聚酰亞胺具有很高的耐輻照性能，其薄膜在吸收劑量達到5x107Gy時強度仍可保持86%，一種聚酰亞胺纖維經1x108Gy電子輻照后其強度保持率仍為 90%。
介電性能
聚酰亞胺具有很好的介電性能，普通芳香聚酰亞胺的介電常數為3.4左右，引人氟、大的側基或將空氣以納米尺寸分散在聚酰亞胺中，介電常數可降到 2.5 左右。介電損耗為 10-3，介電強度為 100~300kV/mm，體積電阻率為 1017Ω·cm。這些性能在寬廣的溫度范圍和頻率范圍內仍能保持較高的水平。
阻燃性能
自熄性：聚酰亞胺通常不會自燃或助燃，這使得它在高溫環境下使用時非常安全；低發煙率：在高溫燃燒時，聚酰亞胺的發煙率極低，這有助于減少火災時的煙霧和有毒氣體的釋放；高殘碳率：在高溫燃燒后，聚酰亞胺的殘碳率通常在50%以上，這有助于阻止火勢的進一步蔓延。
生物安全性
聚酰亞胺無毒，可用來制造餐具和醫用器具，并經得起數干次消毒。一些聚酰亞胺還具有很好的生物相容性，例如，在血液相容性試驗中關非溶血性，體外細胞毒性試驗為無毒。
合成途徑
聚酰亞胺品種繁多、形式多樣，在合成上具有多種途徑，因此可以根據各種應用目的進行選擇，這種合成上的易變通性也是其他高分子所難以具備的。合成介紹如下：
合成途徑：聚酰亞胺主要由二元酐和二元胺合成，這兩種單體與眾多其他雜環聚合物，如聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、聚喹啉等單體比較，原料來源廣，合成也較容易（原料來源）。二酐、二胺品種繁多，不同的組合就可以獲得不同性能的聚酰亞胺。
合成方法：
低溫縮聚：聚酰亞胺可以由二酐和二胺在極性溶劑，如DMF，DMAC，NMP或THE/甲醇混合溶劑中先進行低溫縮聚，獲得可溶的聚酰胺酸，成膜或紡絲后加熱至 300℃左右脫水成環轉變為聚酰亞胺；
化學脫水環化：向聚酰胺酸中加入乙酐和叔胺類催化劑，進行化學脫水環化，得到聚酰亞胺溶液和粉末。
一步法：二胺和二酐還可以在高沸點溶劑，如酚類溶劑中加熱縮聚，一步獲得聚酰亞胺。
其他方法：由四元酸的二元酯和二元胺反應獲得聚酰亞胺；也可以由聚酰胺酸先轉變為聚異酰亞胺，然后再轉化為聚酰亞胺。
這些方法都為加工帶來方便，前者稱為PMR法，可以獲得低粘度、高固量溶液，在加工時有一個具有低熔體粘度的窗口，特別適用于復合材料的制造；后者則增加了溶解性，在轉化的過程中不放出低分子化合物。
只要二酐（或四酸）和二胺的純度合格，不論采用何種縮聚方法，都很容易獲得足夠高的分子量，加入單元酐或單元胺還可以很容易的對分子量進行調控。
以二酐（或四酸）和二胺縮聚，只要達到一等摩爾比，在真空中熱處理，可以將固態的低分子量預聚物的分子量大幅度的提高，從而給加工和成粉帶來方便。
很容易在鏈端或鏈上引入反應基團形成活性低聚物，從而得到熱固性聚酰亞胺。
利用聚酰亞胺中的羧基，進行酯化或成鹽，引入光敏基團或長鏈烷基得到雙親聚合物，可以得到光刻膠或用于LB膜的制備。
一般的合成聚酰亞胺的過程不產生無機鹽，對于絕緣材料的制備特別有利。
作為單體的二酐和二胺在高真空下容易升華，因此容易利用氣相沉積法在工件，特別是表面凹凸不平的器件上形成聚酰亞胺薄膜。
聚酰亞胺的產業鏈
應用領域
? 航空航天領域
運用場景：航天器、飛機等航空航天設備的結構件、熱防護系統、電纜絕緣層等。
作用：聚酰亞胺具有優異的耐高溫、高強度和耐化學腐蝕性能，能夠滿足航空航天設備在高溫、高壓、強輻射等極端環境下的使用要求，提高設備的可靠性和耐久性。
登上月球的特種材料
2019年，嫦娥四號登月成功。為了應對月球強輻射、大溫差的嚴酷環境，我國科學家選定聚酰亞胺作為“五星紅旗的制作材料。用聚酰亞胺制作的“五星紅旗”，不懼惡劣的月球環境，使得鮮紅旗幟永不褪色。這是迄今唯一在月球背面“閃耀”的國旗。
? 微電子領域
運用場景：集成電路、芯片封裝、柔性電路板、光刻膠等。
作用：聚酰亞胺具有優良的電絕緣性能、低熱膨脹系數和良好的加工性能，是微電子領域中的重要材料。它可用于制造集成電路的層間絕緣層、芯片封裝的保護層以及柔性電路板等，提高微電子器件的性能和可靠性。
電路板
? 電氣絕緣領域
運用場景：電線電纜、電機、變壓器等電氣設備的絕緣層。
作用：聚酰亞胺具有出色的電絕緣性能和耐高溫性能，可用于制造電線電纜的絕緣層、電機的槽絕緣及電纜繞包材料等，提高電氣設備的絕緣性能和安全性。
? 新能源領域
運用場景：燃料電池、太陽能電池、鋰離子電池等新能源設備的隔膜、封裝材料等。
作用：聚酰亞胺具有優異的耐高溫、耐化學腐蝕和機械強度，可用于制造燃料電池的隔膜、太陽能電池的底板以及鋰離子電池的封裝材料等，提高新能源設備的性能和穩定性。
? 纖維與織物領域
運用場景：防彈衣、防火服、高溫過濾材料等。
作用：聚酰亞胺纖維具有高強度、高模量、耐高溫和耐化學腐蝕等性能，可用于制造防彈衣、防火服等防護服裝以及高溫過濾材料等，提高防護性能和耐用性。
聚酰亞胺纖維 軼綸95制成的針織面料
聚酰亞胺纖維的開發最早由美國和日本主導，但因為種種原因，在美國和日本均未見聚酰亞胺纖維的產業化。
目前真正實現產業化生產并銷售的耐高溫聚酰亞胺纖維只有德國贏創的P84@纖維和我國長春高琦的軼綸纖維，其中贏創的產能為約為1400噸/年，長春高琦的產能約為540噸/年。長春高琦在聚酰亞胺纖維技術上的突破解決了我國軍事及航空航天領域對于聚酰亞胺需求問題。
? 其他領域
運用場景：分離膜、涂料、膠粘劑、工程塑料等。
作用：聚酰亞胺還可用于制造分離膜，用于氣體、液體的分離和提純；作為涂料用于電磁線、耐高溫涂料等領域；作為膠粘劑用于高溫結構膠等領域；作為工程塑料用于制造自潤滑、密封、絕緣及結構材料等。
薄膜 工程材料
發展及趨勢
國外PI行業競爭格局
國內PI行業競爭格局
聚酰亞胺（PI）的發展趨勢顯著，主要體現在技術創新、市場規模增長、高端化與國產替代、應用領域拓展及新材料研發等方面。隨著5G/6G通信、柔性OLED顯示等新技術的發展，PI材料的性能要求不斷提升，推動了其新特性及功能的開發。全球PI薄膜市場規模持續增長，預計到2025年將增至31億美元，中國市場增速尤為顯著，國產替代空間巨大。國內企業在高性能PI膜領域取得突破，未來有望減少對進口的依賴。同時，PI材料的應用領域不斷擴展，尤其在航空、船舶等高端領域展現出廣闊前景。此外，含氟聚酰亞胺、光敏聚酰亞胺等新型PI材料因其優異性能受到廣泛關注。
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