聚酰亚胺材料的多性能形态盘点

聚酰亚胺是一类以酰亚胺环为结构特征的高性能聚合物材料，具有优异的耐辐照、耐腐蚀、耐高低温性能、化学稳定性以及力学性能、介电性能，与碳纤维、芳纶纤维并称为制约我国发展高技术产业的三大 “卡脖子 ”高分子材料。 

2024年聚酰亚胺市场规模预计为54.6亿美元，预计到2029年将达到76亿美元，在预测期内（2024-2029年）复合年增长率为6.84%。

PI 的综合性能位居高性能聚合物材料金字塔的顶端，在航空航天、电子电气、交通运输、能源动力、国防军工等众多高技术领域中得到了广泛应用。PI产品的形态包括薄膜、浆料、树脂、纤维、泡沫、复合材料等，产品类型的多样性位居高分子材料前列。

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聚酰亚胺薄膜是最早商业化、市场容量最大的PI产品形式，通常由PAA浆料流延成膜后经亚胺化制成。常规PI薄膜呈琥珀色，具有优良的力学性能、介电性能、耐高低温和耐辐照性能，被誉为“黄金薄膜”。

从技术的角度看，PI薄膜的种类较多，可分为黑色PI薄膜、棕黄色PI膜、透明型PI薄膜、耐电晕PI薄膜等，其中后三种主要以化学亚胺法制备，也是高端市场主要的应用品种。

按应用类别的不同，PI薄膜可分为电工PI薄膜、电子PI薄膜、热控PI薄膜、航天航空用PI薄膜、柔性显示用CPI薄膜等。

PI材料凭借其突出的耐热性和良好的电解液浸润性，特别在保障电池高温使用安全性方面具有很大的竞争优势。与聚烯烃隔膜相比，PI隔膜呈现较大的力学强度(大于10Mpa)，较高的热稳定性(高于500°C)、较小的收缩性和电解液浸润性(大于100%)。目前PI隔膜的制备方法主要包括模板法、相转化法和静电纺丝法。

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聚酰亚胺纤维是一种重要的高性能纤维。其耐高温聚酰亚胺纤维是目前使用温度最高的有机合成纤维之一，可以在250~350℃使用，在耐光性、吸水性、耐热性等方面与芳纶和聚苯硫醚纤维相比都更为优越，高性能聚酰亚胺纤维的强度比芳纶高出约1倍，是目前力学性能最好的有机合成纤维之一。

聚酰亚胺纤维的弹性模量仅次于碳纤维，是先进复合材料的增强剂，也可编成绳缆、织成织物或无纺布，用于高温、放射性或有机气体和液体的过滤、隔火毡、纤维纸、防弹、防火阻燃织物等。

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用于航天、航空器及火箭的结构部件和发动零部件。在 380℃或更高温度可以使用数百小时，短时间可以经受400~500℃的高温，是最耐高温的树脂基复合材料。如碳纤维/聚酰亚胺复合材在飞机制造工业中的应用非常广泛。以 BMI、PMR-15 等聚酰亚胺为基体脂的碳纤维增强复合材料可用于生产飞机发动机罩、通风管、发动机扇叶片等。

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有热固性也有热塑性，可以模压成型也可用注射成型或传递模塑。主要用于自润滑、密封、绝缘及结构材料。以杜邦的 Vespel为代表的超级工程塑料，由于它可在低温到高温非常宽的温度范围内长期使用并具有优良的耐磨性能，因此它可用作飞机发动机的零部件，以及应用于汽车、卫星、机械等领域。

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液态的聚酰亚胺，通过喷涂或刷涂的方式进行涂覆，涂覆后的涂层具有与聚酰亚胺薄膜类似的特性，应用广泛。

PI浆料是生产柔性 AMOLED 显示屏幕所需的基板材料。柔性AMOLED 基板用 PI材料对产品的耐热性、稳定性及柔韧性等方面均有较高要求，这将直接影响面板产品良率及质量。

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聚酰亚胺泡沫（Polyimide foams）是聚合物泡沫是一种基于聚合物树脂的具有大量内部孔隙的多孔材料，因其具有低密度、高比强度、耐腐蚀、耐溶剂、隔热等优异性能而备受关注。

聚酰亚胺泡沫材料属于先进功能材料，PI泡沫按结构特点可分为主链型和侧链型；按树脂种类可分为热塑性和热固性PI泡沫塑料；按硬度可分为软质、半硬质和硬质PI泡沫塑料；按泡孔结构可分为全开孔、全闭孔、同时含开孔闭孔的PI泡沫塑料；按密度可分为低发泡、中发泡和高发泡PI泡沫塑料。

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PI分离膜用于各种气体对(如氢/氮、氮/氧、二氧化碳/氮或甲烷等)的分离，从空气、烃类原料气及醇类中脱除水分。也可用于渗透气化膜及超滤膜。由于聚酰亚胺耐热和耐有机溶剂的性能，在对有机液体和气体的分离上具有特别重要的意义。

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PSPI结合了聚酰亚胺（Polyimide, PI)的优良物理和化学特性，以及光敏材料的特性。PSPI类似于光刻胶，在紫外光、α射线、X射线等的辐射下，被照射部分的结构会发生变化，能够溶解在相应溶剂中，可以用于制作精密的图案。

PSPI具有感光性佳、热稳定性好、机械性能好等特点，其应用领域广泛。包括航空航天、微电子、OLED显示等。在航空航天领域，PSPI可用作飞机隔热材料及绝缘材料；在微电子领域，PSPI可用作电子封装胶；在OLED显示领域，PSPI可用作OLED显示用光刻胶，能有效减小OLED显示器件的色差并提升其层间绝缘性。

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PI取向剂（Polyimide Alignment Agent）是一种用于液晶显示器（LCD）生产中的关键材料，其主要功能是通过对液晶分子的排列进行控制，从而实现液晶显示面板的图像显示功能。

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由于突出的耐高温性、介电和优良的抗辐射性能，因此，作为功能材料，聚酰亚胺在微电子工业中，尤其在大规模和超大规模集成电路中得到了大量的应用。用作介电层进行层间绝缘，作为缓冲层可以减少应力，提高成品率。作为保护层可以减少环境尤其是射线对器件的影响。在微电子器件上涂覆聚酰亚胺保护层，可有效地阻滞电子的迁移，防止器件腐蚀，增加器件的抗潮能力。在芯片的表面涂覆聚酰亚胺作为缓冲层，可有效防止由于热应力影响而产生的崩坏。此外，由于聚酰亚胺的线膨胀系数与铜相近，因此其与铜箔复合的粘接力强，可用于柔性印刷线路板。

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含氣的聚酰亚胺对血液和组织的相容性，使得在生物相容材料方面的应用引起了人们的兴趣。PI在电极、生物传感器、药物输送系统、骨组织替代物、面罩或呼吸器以及抗菌材料中的获得广泛应用。