聚酰亞胺（PI）是分子結(jié)構(gòu)含有酰亞胺基鏈節(jié)的芳雜環(huán)高分子化合物 ，是目前工程塑料中耐熱性最好的品種之一，廣泛應(yīng)用在航空、航天、微電子、納米、液晶、激光等領(lǐng)域。
近來(lái)，各國(guó)都在將PI的研究、開(kāi)發(fā)及利用列入21世紀(jì)化工新材料的發(fā)展重點(diǎn)之一。聚酰亞胺，因其在性能和合成方面的突出特點(diǎn)，不論是作為結(jié)構(gòu)材料或是作為功能性材料，都有著巨大的應(yīng)用前景。
聚酰亞胺由于性能優(yōu)異，可應(yīng)用于多種領(lǐng)域，也可分為多種類型，包括工程塑料、纖維、光敏性聚酰亞胺、泡沫材料、涂料、膠粘劑、薄膜、氣凝膠、復(fù)合材料等。
在眾多的聚合物中，聚酰亞胺是唯一具有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域并且在每一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都顯示出突出性能的聚合物。
1.工程塑料
聚酰亞胺工程塑料可分為既有熱固性也有熱塑性，可分為聚均苯四甲酰亞胺 (PMMI) 、聚醚酰亞胺 (PEI) 、聚酰胺一酰亞胺 (PAI)等，在不同領(lǐng)域有著各自的用途。
PMMI在1.8MPa的負(fù)荷下熱變形溫度達(dá)360℃，電性能優(yōu)良，可用于特種條件下的精密零件 ，耐高溫自潤(rùn)滑軸承、密封圈、鼓風(fēng)機(jī)葉輪等 ，還可用于與液氨接觸的閥門零件，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)系統(tǒng)零件 。
PEI具有優(yōu)良的機(jī)械性能、電絕緣性能、耐輻照性能 、耐高溫和耐磨性能，熔融流動(dòng)性好，成型收縮率為0.5％～0.7％，可用注射和擠出成型，后處理較容易，還可用焊接法與其他材料結(jié)合，在電子電器 、航空、汽車 、醫(yī)療器械等產(chǎn)業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
PAI的強(qiáng)度是當(dāng)前非增強(qiáng)塑料中最高的，拉伸強(qiáng)度為190MPa，彎曲強(qiáng)度為 250MPa，在1.8MPa負(fù)荷下熱變形溫度高達(dá)274℃。PAI具有良好的耐燒蝕性和高溫、高頻下的電磁性，對(duì)金屬和其他材料有很好的粘接性能，主要用于齒輪 、軸承和復(fù)印機(jī)分離爪等，還可用于飛行器的燒蝕材料、透磁材料和結(jié)構(gòu)材料。
2.聚酰亞胺纖維
聚酰亞胺纖維是一種重要的高性能纖維，其耐高溫聚酰亞胺纖維是目前使用溫度最高的有機(jī)合成纖維之一，可以在250~350℃使用，在耐光性、吸水性、耐熱性等方面與芳綸和聚苯硫醚纖維相比都更為優(yōu)越，高性能聚酰亞胺纖維的強(qiáng)度比芳綸高出約1倍，是目前力學(xué)性能最好的有機(jī)合成纖維之一。
隨著高新技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，其對(duì)PI制品理化性能的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)PI材料在力學(xué)、熱學(xué)及光、電、磁等方面的性能已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代科技領(lǐng)域?qū)Σ牧系奶厥庖螅琍I高性能纖維以其優(yōu)越的力學(xué)性能、耐熱穩(wěn)定性、耐輻照等特性將成為下一代高性能纖維的典型代表。
3.光敏性聚酰亞胺（PSPI）
光敏聚酰亞胺（PSPI）是一類在高分子鏈上兼有亞胺環(huán)以及光敏基因，集優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、良好的機(jī)械性能、化學(xué)和感光性能的有機(jī)材料。
光敏聚酰亞胺在電子領(lǐng)域主要有光刻膠及電子封裝兩大作用，在光敏聚酰亞胺中添加上增感劑、穩(wěn)定劑等就可以得到“聚酰亞胺光刻膠”。與傳統(tǒng)光刻膠相比，由于聚酰亞胺本身有著很好的介電性能，因此在使用時(shí)無(wú)需涂覆起工作介質(zhì)作用的光阻隔劑，可以大大縮短工序，提高生產(chǎn)效率。
受限于生產(chǎn)技術(shù)落后，我國(guó)聚酰亞胺產(chǎn)業(yè)仍舊以薄膜等低端產(chǎn)品穩(wěn)住，光敏聚酰亞胺產(chǎn)量較少，市場(chǎng)需求依賴進(jìn)口。在《中國(guó)制造2025》政策支持下，我國(guó)工業(yè)、機(jī)械、電子等領(lǐng)域皆進(jìn)入國(guó)產(chǎn)替代階段，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)于PSPI不斷深入，部分企業(yè)已經(jīng)掌握生產(chǎn)技術(shù)。
4.聚酰亞胺泡沫塑料
聚酰亞胺泡沫是聚酰亞胺材料的一種類型，于上世紀(jì)70年代首先由NASA Langley研究中心與Unitika America合作開(kāi)發(fā)出來(lái)，用于航天飛機(jī)上，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)、艦船、火車、汽車等領(lǐng)域，具有本質(zhì)阻燃、耐熱性強(qiáng)、重量輕、及環(huán)保無(wú)毒的特點(diǎn)，可以長(zhǎng)期在超高溫、超低溫、高鹽霧、強(qiáng)噪聲、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)輻射等極端條件下服役。
聚酰亞胺泡沫可分為三類：
（1）與一般聚酰亞胺相同，將酰亞胺作為主鏈的泡沫材料，使用溫度達(dá)到300℃以上（PI泡沫）
（2）酰亞胺環(huán)以側(cè)基方式存在的泡沫材料（PMI泡沫）
（3）將熱不穩(wěn)定的脂肪鏈段引入聚酰亞胺中在高溫下裂解而得到的納米泡沫材料。
聚酰亞胺泡沫材料屬于先進(jìn)功能材料，已越來(lái)越多地應(yīng)用在航空航天、遠(yuǎn)洋運(yùn)輸、國(guó)防和微電子等高新技術(shù)領(lǐng)域中的隔熱、減震降噪和絕緣等關(guān)鍵材料。
PI泡沫目前最為重要的應(yīng)用為艦艇用隔熱降噪材料，目前我國(guó)海軍正處于第三次建船高潮，PI泡沫作為新型戰(zhàn)艦中的首選隔熱降噪材料，需求快速提升。
聚甲基丙烯酰亞胺泡沫（簡(jiǎn)稱PMI），是目前綜合性能最優(yōu)的新型高分子結(jié)構(gòu)泡沫材料，是一種高比強(qiáng)度、高比模量、高閉孔率、高耐熱性的高性能復(fù)合材料泡沫芯材，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高/低溫等特點(diǎn)。此外PMI泡沫作為最為優(yōu)異的結(jié)構(gòu)泡沫芯材，廣泛用于風(fēng)機(jī)葉片，直升機(jī)葉片，航空航天等領(lǐng)域中，其對(duì)于PET 泡沫的替代趨勢(shì)明確，市場(chǎng)空間廣闊。
PI泡沫耐熱性強(qiáng)、阻燃性好、不產(chǎn)生有害氣體，易于安裝，是應(yīng)用廣泛的隔熱降噪材料。目前，美國(guó)海軍已把PI泡沫用作所有水面艦艇和潛艇的隔熱隔聲材料，INSPEC公司生產(chǎn)的SOLIMIDE 泡沫已被超過(guò)15個(gè)國(guó)家制定用于海軍船舶的隔熱隔聲體系，此外，PI泡沫在民用船，如豪華游輪、快艇、液化天然氣船上也有廣泛應(yīng)用。
與PI泡沫相似，PMI 泡沫的應(yīng)用同樣十分廣泛。PMI泡沫的典型應(yīng)用包括：
（1）結(jié)構(gòu)泡沫芯材：優(yōu)異的抗高溫壓縮性，使其作為芯材廣泛應(yīng)用于風(fēng)機(jī)葉片、航空、航天、艦船、運(yùn) 動(dòng)器材、醫(yī)療器械等領(lǐng)域；
（2）寬頻透波材料：低介電常數(shù)及損耗使其廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、天線等領(lǐng)域；
（3）隔熱隔音材料：高速機(jī)車、輪胎、音響等。
5.聚酰亞胺涂料
聚酰亞胺用于制備涂料是其最早的應(yīng)用之一，該類物質(zhì)在涂料中主要用作漆包線絕緣涂料。漆包線絕緣涂料主要浸涂圓線、扁線等各種類型線徑裸體銅線、合金線及玻璃絲包線外層，提高和穩(wěn)定漆包線的外層。
絕緣涂料的重要指標(biāo)之一是耐熱等級(jí)，依據(jù)1954年國(guó)際電工協(xié)會(huì)制定的ICE-85電機(jī)電器絕緣材料在使用中熱穩(wěn)定性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，絕緣材料分成7個(gè)耐熱等級(jí)。
滿足工業(yè)技術(shù)發(fā)展要求的絕緣材料的特點(diǎn)是，絕緣系統(tǒng)應(yīng)可以在180-200℃其至更高溫度下長(zhǎng)期工作，但無(wú)顯著的失重和電氣強(qiáng)度降低，并且保持尚耐好的彈性、耐潮、耐臭氧、耐電弧等性能。聚酰亞胺類材料可以很好地滿足這一使用要求，來(lái)制備F級(jí)及以上耐熱等級(jí)的絕緣涂料，聚酰亞胺可以作為絕緣漆用于電磁線，或作為耐高溫涂料使用。
6.聚酰亞胺膠粘劑
PI(聚酰亞胺)膠粘劑是一類主鏈中含有酰亞胺環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)雜環(huán)膠粘劑，具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、介電性能和耐輻射性能，缺點(diǎn)是在堿性條件下易水解，已廣泛應(yīng)用于航空航天、精密電子機(jī)械等高科技領(lǐng)域，并且解決了其他有機(jī)膠粘劑上限耐熱溫度較低等難題。
7.聚酰亞胺薄膜
2018年12月8日凌晨，嫦娥四號(hào)探測(cè)器在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，標(biāo)志著我國(guó)首次月球背面軟著陸、月球巡視探測(cè)和月夜生存等方面取得重大突破。此次嫦娥四號(hào)成功把國(guó)旗帶向了月球背面，為太空打上了“中國(guó)標(biāo)識(shí)”。
據(jù)悉，此次探測(cè)器的國(guó)旗不是由常見(jiàn)的化學(xué)纖維織物、絲綢、棉布等紡織品制成的。
眾所周知太空環(huán)境十分特殊，月球表面不存在大氣，是真空狀態(tài)接受到陽(yáng)光照射時(shí)，月球表面在白天的最高溫度可達(dá)123℃。到了晚上，在登月艙外面，月球上的溫度會(huì)驟降至零下233℃。
這樣的溫度差，普通材料是難以忍受的，而且太陽(yáng)產(chǎn)生的紫外線非常強(qiáng)烈，還存在宇宙射線和高能粒子的輻射作用，對(duì)材料有很強(qiáng)的破壞作用。
被委以重任的國(guó)旗材料正是聚酰亞胺有機(jī)高分子薄膜，與地面上常見(jiàn)的國(guó)旗完全不同，它能夠抵御惡劣的月表環(huán)境，不褪色，不變形。
聚酰亞胺薄膜除了作為航天器的“外衣”，以及在軍事中的應(yīng)用外，在微電子、納米、液晶、分離膜、激光、新能源領(lǐng)域等領(lǐng)域都能見(jiàn)到它的身影。例如，透明聚酰亞胺薄膜可作為柔軟的太陽(yáng)能電池底板；PI可以作為下一代鋰離子電池隔膜材料等等。
近年來(lái)，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，高性能聚酰亞胺薄膜又成為微電子制造與封裝的關(guān)鍵材料，廣泛應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路的制造、自動(dòng)接合載帶、柔性封裝基板、柔性連接帶線等方面。
8.聚酰亞胺氣凝膠
聚酰亞胺氣凝膠（PIA）是由聚合物分子鏈構(gòu)成的相互交聯(lián)的三維多孔材料，結(jié)合了聚酰亞胺和氣凝膠的優(yōu)異性能，其不但具有聚酰亞胺的優(yōu)異特性，而且具有氣凝膠的輕質(zhì)超低密度、高比表面積、低導(dǎo)熱系數(shù)、低聲阻抗、環(huán)境耐久性以及低介電常數(shù)等突出特點(diǎn)，這些特殊的性能讓聚酰亞胺氣凝膠材料在熱學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)等領(lǐng)域均具有絕佳的應(yīng)用前景。
美國(guó)國(guó)家航空航天局研究中心為了實(shí)現(xiàn)載人火星登陸計(jì)劃在開(kāi)發(fā)重載荷運(yùn)輸技術(shù)時(shí)，將聚酰亞胺氣凝膠材料應(yīng)用于超音速充氣式氣動(dòng)減速器（HIAD）的研究，為研究航天器制動(dòng)的有效載荷和體積效益提供了一條解決方案，并且由于聚酰亞胺氣凝膠材料的耐久性，其在推進(jìn)劑箱、探測(cè)車超輕多功能材料以及太空居所等領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。
除了航空航天領(lǐng)域，聚酰亞胺氣凝膠材料在電子通訊、隔熱阻燃材料、吸附清潔、隔音吸聲、催化載體、電線/纜絕緣層等領(lǐng)域都有著不錯(cuò)的應(yīng)用前景。
9.聚酰亞胺基復(fù)合材料
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是鎂鋁合金之后的新一代輕量化材料，以聚酰亞胺作為樹脂基的復(fù)合材料耐高溫和拉伸性能出色，應(yīng)用十分廣泛。聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料具備聚酰亞胺高耐熱性、優(yōu)異的力學(xué)性能、介電性能、耐溶劑性能等特點(diǎn)，是目前使用溫度最高的樹脂基復(fù)合材料，在航空（尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)）、航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，聚酰亞胺耐高溫樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)發(fā)展出了四代復(fù)合材料，使用溫度不斷得到提升，目前最先進(jìn)的第四代聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料能夠在 450℃下長(zhǎng)時(shí)間使用。
目前我國(guó)聚酰亞胺復(fù)合材料應(yīng)用和研發(fā)還在追趕中，中航工業(yè)復(fù)合材料公司等企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)第三代樹脂產(chǎn)品。
另外，隨著碳纖維產(chǎn)業(yè)的逐漸成熟，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料需求增長(zhǎng)明顯，聚酰亞胺 碳纖維的組合作為最為優(yōu)異的復(fù)合材料組合之一，在搶占高端市場(chǎng)方面優(yōu)勢(shì)明顯。
結(jié)語(yǔ)
聚酰亞胺幾乎囊括了高分子材料的各個(gè)種類，包括高性能薄膜、工程塑料、泡沫塑料、化學(xué)纖維、膠黏劑、樹脂基體、絕緣材料、功能材料、復(fù)合材料等。
聚酰亞胺的性能強(qiáng)烈依賴于其化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以依據(jù)用途選擇或者合成不同結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺，也可以通過(guò)共聚、共混、填充、增強(qiáng)進(jìn)行改性。新型聚酰亞胺的開(kāi)發(fā)離不開(kāi)新型單體的發(fā)展，特種結(jié)構(gòu)的二胺和二酐單體是發(fā)展聚酰亞胺新品種的必要保證，降低單體成本是降低聚酰亞胺的關(guān)鍵。
由于聚酰亞胺相關(guān)材料在航空航天、軍事、高端電子等敏感領(lǐng)域有著難以替代的作用，國(guó)外的大多數(shù)聚酰亞胺原材料、技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)我國(guó)實(shí)行嚴(yán)格封鎖。雖然國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)在努力追趕中，但我們國(guó)產(chǎn)化并量產(chǎn)的高端產(chǎn)品與國(guó)外先進(jìn)水平仍有不小差距。因此，大力發(fā)展聚酰亞胺相關(guān)產(chǎn)品十分迫切，任重道遠(yuǎn)！