高拉伸强度聚酰亚胺薄膜的制备及性能(2)
图1.2 均苯型和联苯型聚酰亚胺结构通式
目前工业上大量使用的聚酰亚胺以均苯型为主，但均苯型聚酰亚胺在一些强度要求更高、耐化学性更好的特殊场合不能满足要求，而联苯型聚酰亚胺被发现大部分性能都优于均苯型，联苯型聚酰亚胺自被开发以来已经历了近三十年的发展，已由当初的单一追求高耐热稳定性，转变到兼顾材料的耐热性、力学性能、耐化学性、低介电常数、可加工性等水平上来。联苯型聚酰亚胺分子主链有较大的刚性且分子间有强烈的相互作用或交联，故其在生产加工方面一直还存在较大的障碍。近年来，人们基于分子设计的想法，通过在分子结构中引入扭曲结构[6]、脂环结构[7]、柔性链段[8]、非共平面结构[9]和庞大的侧基[10]等，以达到改善联苯型聚酰亚胺的加工性能的目的。在分子中引入含氟基团或构造多孔结构，可以有效的降低联苯型聚酰亚胺的介电常数。用联苯型聚酰亚胺与其它一些材料如碳纤文等共混，可以制得具有优异性能的复合材料。这些都是近年来联苯型聚酰亚胺的重点研究方向。
1.1 聚酰亚胺的性质
聚酰亚胺主要是由二元酐和二元胺合成，分子主链上含有苯环和酰亚胺环。电子极化和结晶作用导致PI存在较强的分子链间作用，从而引起PI分子链紧密堆积，从而导致聚酰亚胺的性能突出，下列出了聚酰亚胺的主要突出性能[11]：
（1）耐高温低温，根据热重分析全芳香聚酰亚胺的分解温度一般都在500℃左右。由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺，热分解温度可达到600℃，是当前聚合物中热稳定性最高的品种之一。同时PI的耐低温性优异，在-269℃液态氦中都不会碎裂。
（2）高机械强度，均苯型聚酰亚胺的薄膜(Kapton)的抗张强度为250MPa，而联苯型聚酰亚胺(Upilex)则高达530MPa。作为工程塑料，弹性模量通常为3-4GPa。据统计，由均苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺纤文的弹性模量可达500GPa，仅次于碳纤文。
（3）化学性质相对稳定，聚酰亚胺对稀酸较稳定，但一般的品种不耐水解，尤其是碱性水解。利用这一特性可以回收原料二酐和二胺。同其它芳香聚合物一样，聚酰亚胺不耐浓硫酸、浓硝酸以及卤素。
（4） 溶解度谱宽，因结构不同，部分聚酰亚胺几乎不溶于所有有机溶剂。
（5） 热膨胀系数低，一般聚酰亚胺的热膨胀系数在2×10-5/℃～3×10-5/℃范围内，而联苯型的聚酰亚胺可达10-6/℃，少数品种甚至超过金属。
（6）高耐辐照性，PI薄膜在吸收剂量达5×107Gy时，仍可保持86%的强度。
（7）介电性能优异，介电常数为3.4左右，引入一些大基团介电常数可降至2.5，介电强度为100～300kV/mm。即使在宽广的温度范围和频率范围内，仍能保持较高水平的介电性能。
（8） 没有毒性，可用于制造餐具、医用器具，并可以经受数千次消毒，部分聚酰亚胺还兼有较好的生物相容性，比如在血液相容性实验中为非溶血性。
（9）自熄性，发烟率低。
（10） PI在很高的真空下放气量很少。
1.2 聚酰亚胺的合成
聚酰亚胺的合成方法可分成两大类：
1.在聚合反应过程中，或在大分子反应中形成聚酰胺环