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耐高溫聚酰亞胺發展現狀

聚酰亞胺(PI)是耐高溫聚合物,在550℃能短期保持主要的物理性能,能長期在接近330℃下使用。在耐高溫的工程塑料中,它是最有價值的品種之一。它具有優良的尺寸和氧化穩定性、耐化學藥品性和耐輻射性能,以及良好的韌性和柔軟性。可廣泛用於航空/航天、電氣/電子、機車、汽車、精密機械和自動辦公機械等領域。

由於聚酰亞胺分子中具有十分穩定的芳雜環結構,使其體現出其他高分子材料所無法比擬的優異性能:耐溫和低溫性,由聯苯二酐和對苯二胺合成的PI,熱分解溫度可達600℃,是迄今為止聚合物中熱穩定性較高的品種之一。在如此溫度下,短時間基本上可以保持原有物理性能。可以在333℃以下長期使用,另外在-269℃下仍不會脆裂;機械強度高,均苯型PI薄膜的抗拉強度可以達到170MPa,而聯苯型可以達到400MPa,隨著溫度升高,變化很小;耐輻射性好;介電性能優異;化學性質穩定,對酸、堿很穩定;另外,PI抗蠕變能力強,摩擦性能優良。

2003年全球消費聚酰亞胺約3.5萬噸,主要生產廠家約50餘家。目前,美國、西歐和日本的消費量已超過2萬噸/年,其中美國為1.3萬噸/年,預計2004年,美國、西歐和日本的消費量將達到2.7萬噸/年。美國有14家、西歐有11家、日本有13家生產廠生產PI。此外,俄羅斯、中國、印度、韓國、馬來西亞和我國台灣均少量生產和消費PI。聚醚酰亞胺(Ulterm)約占美國PI需求量的70%,因其性能和加工特性較好,有與聚醚碸、聚苯硫醚和其他芳族PI競爭的傾向。預計全球未來幾年對聚酰亞胺的需求將以年均10%左右的速度遞增。

我國幾乎與世界同步開始聚酰亞胺的研製與開發,現已基本形成開發研究格局,研發了PI幾大品種,如均苯型、偏酐型、聯苯二酐型、雙酚A二酐型、單醚酐型、酮酐型等,並得到初步應用。現生產廠家有近20家,生產能力已超過800噸/年。2002年PI薄膜市場走強,生產能力已達750噸/年,2003年6家生產廠將新增能力共400噸/年,生產廠家擴大到26家。4家廠家薄膜有出口,加上覆銅箔出口,全國出口量近70噸/年。現主要生產廠家有上海合成樹脂研究所、常熟航天絕緣材料廠、寶應亞寶絕緣材料廠、西北化工研究院、四川大學實驗廠等。2001年國內產量約為400噸左右。我國在PI模塑料方麵近年也發展較快,上海合成樹脂研究所研製了多種產品,西北化工研究院生產雙馬來酰亞胺,吉林長春應化所、吉林高科公司生產聯苯型PI模塑料。

我國在許多品種上與國外產品相比,在價格上有很大的競爭優勢,因此我國電絕緣薄膜市場基本上由國內產品所占領,而且國內已經開始向國外出口產品,如西北化工研究院每年向歐洲出口30噸雙馬來亞酰胺,上海合成樹脂研究所等每年也有少量產品出口。

目前,熱塑性聚酰亞胺主要用於汽車發動機部件、油泵和氣泵蓋、電子/電器儀表用高溫插座、連接器、印刷線路板和計算機硬盤、集成電路晶片載流子、飛機內部載貨係統等。

聚酰亞胺品種很多,但是目前主要品種有聚醚酰亞胺(PEI)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)和雙馬來酰亞胺(BMI)等。PEI目前開發趨勢是引入對苯二胺結構或與其他工程塑料組成合金,提高其耐熱性,或與聚碳酸酯、聚酰胺等工程塑料組成合金提高其機械強度;PAI是高強度的聚酰亞胺品種,目前發展趨勢是增強改性,以及同其他塑料合金化;BMI是以馬來酰亞胺為活性基的雙官能團化合物,具有與典型熱固性樹脂相似的流動性和可模塑性,與環氧樹脂的加工與成型基本相同,是目前國內研發的熱點。為了提高聚酰亞胺應用性能,聚酰亞胺改性與複合材料的開發與應用成為今後相當長時間內聚酰亞胺的研究與開發熱點,如聚均苯酰亞胺用石墨或聚四氟乙烯填充後,可以明顯降低摩擦係數,用於汽車止推墊圈、高溫刹車片、擋風玻璃刮水器,飛機的氣體透平發動機用軸承、軸襯和墊圈;聚酰亞胺添加玻璃纖維或硼纖維後,被稱為超強級工程塑料,用於製備噴射發動機結構部件;含矽聚酰亞胺,可以賦於材料良好溶解性、透氣性、抗衝擊性、耐候性、粘合性;另外還有含氟聚酰亞胺等。

日本尼桑(Nissan)化學公司計劃成倍提高其用於液晶顯示屏製造的聚酰亞胺樹脂的產量。該公司投資約20億日元(合1840萬美元),在2005年第一或第二季度,將其在千葉的聚酰亞胺樹脂裝置生產能力擴大到460噸/年。另外,該公司還計劃耗資10億日元,把在其富山縣的微芯片材料生產裝置的產量提高60%。尼桑公司的目標是,到2007年,將這些產品的銷售額由2003年的160億日元提高約50%。聚酰亞胺樹脂是一種耐熱超強材料,有助於在LCDs上顯示高清晰度圖像。

由常州廣成新型塑料有限公司提供研究資金支持、南京工業大學進行研發的一種尖端材料熱塑性聚酰亞胺開發成功。這種特殊工程塑料的問世結束了我國該類產品長期依賴進口的局麵,填補了國內空白。該熱塑性聚酰亞胺不僅具有優異的力學性能、介電性能及耐熱、耐腐、耐磨等特點,還克服了大多數聚酰亞胺不溶和難以加工的缺陷,表現出良好的熱加工特性,能采用熱模壓、擠出和注射方法成型,可與碳纖維、玻璃纖維、聚四氟乙烯、石墨等複合,進一步提高材料的拉伸、自潤滑耐磨等性能。該材料既可製成薄膜,也可模塑成型為管材、棒材,以及複雜結構的精密部件,因此是一種在特定條件下可替代金屬、陶瓷、熱固性樹脂、低溫熱塑性塑料和難加工聚酰亞胺的理想材料。目前,該技術已經完全實現產業化,並形成了200噸/年的裝置能力,所生產的熱塑性聚酰亞胺產品可用於汽車和飛行器發動機、通訊儀器、建築機械、工業機械、商用設備、電子電器和微電子、分析和醫療設備以及傳輸和紡織設備等領域,將促進我國化工產品的升級換代,從而提高市場競爭力。

我國聚酰亞胺主要隨國防工業發展而得以快速發展,在某些領域的研究與應用已達到世界水平。與國外先進國家的差距,主要體現在規模小,目前國內最大生產裝置為100噸/年,國外發達國家基本上是千噸級規模;我國產品質量差,性能不穩定,影響應用;產品精細化程度不夠,品種少,目前主要以聚均苯四甲酰亞胺薄膜等為主,應用領域也主要是薄膜和模塑料,而國外製品品種繁多,如薄膜、模塑件、塗料、粘合劑、瓷漆、泡沫和纖維等。我國應在開發好現有品種的同時,大力發展聚醚酰亞胺、聚聯苯四甲酰亞胺、熱塑性聚酰亞胺和聚雙馬來酰亞胺等用量較大的主要樹脂品種.


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