聚酰亚胺是一类常见的具有酰亚胺重复单元的聚合物特种工程材料,具有适用温度广、耐化学腐蚀、高强度、高绝缘性能等优点,它作为一种优秀的工业电气屏蔽材料在年时被首次推出。
发展到今天,聚酰亚胺已被广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。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”。
什么是聚酰亚胺
聚酰亚胺(Polyimide,简写为PI)指主链上含有酰亚胺环(-CO-N-CO-)的一类聚合物,是综合性能最佳的有机高分子材料之一。其耐高温达°C以上,长期使用温度范围-~°C,部分无明显熔点,高绝缘性能,赫兹下介电常数4.0,介电损耗仅0.~0.,属F至H级绝缘。
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。上世纪60年代,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。
合成途径
聚酰亚胺品种繁多、形式多样,在合成上具有多种途径,因此可以根据各种应用目的进行选择,这种合成上的易变通性也是其他高分子所难以具备的。合成介绍如下:
聚酰亚胺主要由二元酐和二元胺合成,这两种单体与众多其他杂环聚合物,如聚苯并咪唑、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、聚喹啉等单体比较,原料来源广,合成也较容易。二酐、二胺品种繁多,不同的组合就可以获得不同性能的聚酰亚胺。
聚酰亚胺可以由二酐和二胺在极性溶剂中先进行低温缩聚,获得可溶的聚酰胺酸,成膜或纺丝后加热至℃左右脱水成环转变为聚酰亚胺;也可以向聚酰胺酸中加入乙酐和叔胺类催化剂,进行化学脱水环化,得到聚酰亚胺溶液和粉末。此外,还可以由四元酸的二元酯和二元胺反应获得聚酰亚胺;也可以由聚酰胺酸先转变为聚异酰亚胺,然后再转化为聚酰亚胺。这些方法都为加工带来方便,前者称为PMR法,可以获得低粘度、高固量溶液,在加工时有一个具有低熔体粘度的窗口,特别适用于复合材料的制造。
二氧化硅提高聚酰亚胺性能
由于聚酰亚胺是最好的屏蔽有机物之一,因此被用在很多领域中。研究人员为了延长聚亚酰胺的使用寿命,尝试将纳米级别的二氧化硅引入到聚酰亚胺中进行纳米复合改性测量,结果表明:掺杂10%纳米级二氧化硅的聚酰亚胺具有非常长的使用寿命。
研究发现,入射光对材料的放电行为有显著影响。纳米复合材料在近紫外和可见光区域的高吸附频率,随着纳米复合材料的加入而向高频方向移动,导致了红移。这说明二氧化硅加入后,更能吸收可见光,容易形成粒子间传导电子交联,促进聚酰亚胺载流子复合物的形成,改善材料的静电相互作用,增强复合膜的压缩性和发射灵敏度。随着SiO2粒子的掺杂,聚酰亚胺薄膜的介电值逐渐降低,其中复合材料的结构特征、光吸收质量都起着重要作用,从而延长了聚亚酰胺成品的使用寿命。
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