聚酰亞胺薄膜PI的發(fā)展現(xiàn)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(jià)值的品種之一。它具 有優(yōu)良的尺寸和氧化穩(wěn)定性、耐化學(xué)藥品性和耐輻射性能,以及良好的韌性和柔軟性??蓮V泛用于航空/航天、電氣/電子、機(jī)車、汽車、精密機(jī)械和自動(dòng)辦公機(jī)械 等領(lǐng)域。
由于聚酰亞胺分子中具有十分穩(wěn)定的芳雜環(huán)結(jié)構(gòu),使其體現(xiàn)出其他高分子材料所無法比擬的優(yōu)異性能:耐溫和低溫性,由聯(lián)苯二酐和對(duì)苯二胺合成的PI,熱分解溫 度可達(dá)600℃,是迄今為止聚合物中熱穩(wěn)定性較高的品種之一。在如此溫度下,短時(shí)間基本上可以保持原有物理性能??梢栽?33℃以下長期使用,另外在 -269℃下仍不會(huì)脆裂;機(jī)械強(qiáng)度高,均苯型PI薄膜的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到170MPa,而聯(lián)苯型可以達(dá)到400MPa,隨著溫度升高,變化很?。荒洼椛湫?好;介電性能優(yōu)異;化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,對(duì)酸、堿很穩(wěn)定;另外,PI抗蠕變能力強(qiáng),摩擦性能優(yōu)良。
2003年全球消費(fèi)聚酰亞胺約3.5萬噸,主要生產(chǎn)廠家約50余家。目前,美國、西歐和日本的消費(fèi)量已超過2萬噸/年,其中美國為1.3萬噸/年,預(yù)計(jì) 2004年,美國、西歐和日本的消費(fèi)量將達(dá)到2.7萬噸/年。美國有14家、西歐有11家、日本有13家生產(chǎn)廠生產(chǎn)PI。此外,俄羅斯、中國、印度、韓 國、馬來西亞和我國臺(tái)灣均少量生產(chǎn)和消費(fèi)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,有與聚醚砜、聚苯硫醚和 其他芳族PI競爭的傾向。預(yù)計(jì)全球未來幾年對(duì)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制與開發(fā),現(xiàn)已基本形成開發(fā)研究格局,研發(fā)了PI幾大品種,如均苯型、偏酐型、聯(lián)苯二酐型、雙酚A二酐型、單醚酐型、 酮酐型等,并得到初步應(yīng)用。現(xiàn)生產(chǎn)廠家有近20家,生產(chǎn)能力已超過800噸/年。2002年P(guān)I薄膜市場走強(qiáng),生產(chǎn)能力已達(dá)750噸/年,2003年6家 生產(chǎn)廠將新增能力共400噸/年,生產(chǎn)廠家擴(kuò)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(xiàn)主要生產(chǎn)廠家有上海合成樹脂研 究所、常熟航天絕緣材料廠、寶應(yīng)亞寶絕緣材料廠、西北化工研究院、四川大學(xué)實(shí)驗(yàn)廠等。2001年國內(nèi)產(chǎn)量約為400噸左右。我國在PI模塑料方面近年也發(fā) 展較快,上海合成樹脂研究所研制了多種產(chǎn)品,西北化工研究院生產(chǎn)雙馬來酰亞胺,吉林長春應(yīng)化所、吉林高科公司生產(chǎn)聯(lián)苯型PI模塑料。
我國在許多品種上與國外產(chǎn)品相比,在價(jià)格上有很大的競爭優(yōu)勢,因此我國電絕緣薄膜市場基本上由國內(nèi)產(chǎn)品所占領(lǐng),而且國內(nèi)已經(jīng)開始向國外出口產(chǎn)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(chǎn)品出口。
目前,熱塑性聚酰亞胺主要用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)算機(jī)硬盤、集成電路晶片載流子、飛機(jī)內(nèi)部載貨系統(tǒng)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(fā)趨勢是引入對(duì)苯二胺結(jié) 構(gòu)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(jī)械強(qiáng)度;PAI是高強(qiáng)度的聚酰亞胺品種,目前發(fā)展趨勢是增強(qiáng) 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(tuán)化合物,具有與典型熱固性樹脂相似的流動(dòng)性和可模塑性,與環(huán)氧樹脂的加工與成型基本 相同,是目前國內(nèi)研發(fā)的熱點(diǎn)。為了提高聚酰亞胺應(yīng)用性能,聚酰亞胺改性與復(fù)合材料的開發(fā)與應(yīng)用成為今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)聚酰亞胺的研究與開發(fā)熱點(diǎn),如聚均苯酰 亞胺用石墨或聚四氟乙烯填充后,可以明顯降低摩擦系數(shù),用于汽車止推墊圈、高溫剎車片、擋風(fēng)玻璃刮水器,飛機(jī)的氣體透平發(fā)動(dòng)機(jī)用軸承、軸襯和墊圈;聚酰亞 胺添加玻璃纖維或硼纖維后,被稱為超強(qiáng)級(jí)工程塑料,用于制備噴射發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)部件;含硅聚酰亞胺,可以賦于材料良好溶解性、透氣性、抗沖擊性、耐候性、粘合 性;另外還有含氟聚酰亞胺等。
日本尼桑(Nissan)化學(xué)公司計(jì)劃成倍提高其用于液晶顯示屏制造的聚酰亞胺樹脂的產(chǎn)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(chǎn)能力擴(kuò)大到460噸/年。另外,該公司還計(jì)劃耗資10億日元,把在其富山縣的微芯片材料生產(chǎn)裝置的產(chǎn)量提 高60%。尼桑公司的目標(biāo)是,到2007年,將這些產(chǎn)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(qiáng)材料,有助于在 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(yè)大學(xué)進(jìn)行研發(fā)的一種材料熱塑性聚酰亞胺開發(fā)成功。這種特殊工程塑料的問世結(jié)束了我國該類產(chǎn)品長 期依賴進(jìn)口的局面,填補(bǔ)了國內(nèi)空白。該熱塑性聚酰亞胺不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能、介電性能及耐熱、耐腐、耐磨等特點(diǎn),還克服了大多數(shù)聚酰亞胺不溶和難以加工 的缺陷,表現(xiàn)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、石墨等復(fù)合,進(jìn)一步提高材料的拉伸、自潤滑耐磨 等性能。該材料既可制成薄膜,也可模塑成型為管材、棒材,以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)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?zé)崴苄运芰?和難加工聚酰亞胺的理想材料。目前,該技術(shù)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,并形成了200噸/年的裝置能力,所生產(chǎn)的熱塑性聚酰亞胺產(chǎn)品可用于汽車和飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)、 通訊儀器、建筑機(jī)械、工業(yè)機(jī)械、商用設(shè)備、電子電器和微電子、分析和醫(yī)療設(shè)備以及傳輸和紡織設(shè)備等領(lǐng)域,將促進(jìn)我國化工產(chǎn)品的升級(jí)換代,從而提高市場競爭 力。
我國聚酰亞胺主要隨國防工業(yè)發(fā)展而得以快速發(fā)展,在某些領(lǐng)域的研究與應(yīng)用已達(dá)到世界水平。與國外先進(jìn)國的差距,主要體現(xiàn)在規(guī)模小,目前國內(nèi)較大生產(chǎn)裝置 為100噸/年,國外發(fā)達(dá)國基本上是千噸級(jí)規(guī)模;我國產(chǎn)品質(zhì)量差,性能不穩(wěn)定,影響應(yīng)用;產(chǎn)品精細(xì)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(yīng)用領(lǐng)域也主要是薄膜和模塑料,而國外制品品種繁多,如薄膜、模塑件、涂料、粘合劑、瓷漆、泡沫和纖維等。我國應(yīng)在開發(fā)好現(xiàn)有品種的同時(shí),大力發(fā) 展聚醚酰亞胺、聚聯(lián)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。