聚酰亞胺材料在電子電器領(lǐng)域的應(yīng)用

魏文康，虞鑫海，李智杰,王 凱，呂倫春

(1. 東華大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系，上海 2016202； 2. 浙江浩睿新材料科技有限公司，浙江義烏 322000；3. 聚威工程塑料(上海)有限公司，上海 201612； 4. 上海迪美高分子材料有限公司，上海 201713)

聚酰亞胺是一種在分子主鏈中含有酰亞胺環(huán)的聚合物材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱性、介電性能等，被認(rèn)為是新世紀(jì)綜合性能最好的材料之一[1]。

聚酰亞胺材料包括薄膜、塑料、纖維、絕緣漆、涂料等。這些材料都有較好的耐高低溫性能、機(jī)械性能、介電性能、生物相容性、低的熱膨脹系數(shù)等諸多性能，被廣泛地用作電子器械工業(yè)、工程塑料、航空航天工業(yè)、先進(jìn)復(fù)合材料、纖維等領(lǐng)域[1]。尤其是近年來(lái)作為輕質(zhì)、耐高溫材料和優(yōu)異的絕緣介電材料，聚酰亞胺材料在集成電路、印制線路板、汽車電動(dòng)機(jī)、高鐵牽引電機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、電線電纜、電機(jī)、電磁線等方面得到了廣泛運(yùn)用，具有非常好的應(yīng)用和開發(fā)前景[2-3]。

1 聚酰亞胺薄膜

虞鑫海等[4]采用含柔性鏈段的4,4′-二氨基二苯醚(44ODA)與含三氟甲基的二酐2,2-雙(3,4-羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)經(jīng)兩步法制得了聚酰亞胺薄膜。此聚酰亞胺薄膜具有十分優(yōu)良力學(xué)性能、耐熱性能以及電學(xué)性能?？捎米饔跐衩綦娙蓦姍C(jī)的槽絕緣以及電纜繞包等材料。其性能如表1所示。

表1 上述方法制得的聚酰亞胺薄膜相關(guān)性能

趙建青等[5]介紹了一種無(wú)色透明含降冰片烯結(jié)構(gòu)聚酰亞胺薄膜的制備方法。首先制備糊狀二胺醋酸鹽懸濁液；再將降冰片烯#馬來(lái)酸酐二元共聚物或馬來(lái)酰亞胺#降冰片烯#馬來(lái)酸酐三元共聚物與3,3′,4,4′—四羧基聯(lián)苯二酐研磨混合均勻，并一次性加入到所制得的二胺醋酸鹽懸濁液中，反應(yīng)6～12 h，得到聚酰胺酸溶液；固化后即得聚酰亞胺薄膜。該種聚酰亞胺薄膜具備極佳的綜合性能，低的介電常數(shù)，優(yōu)良的力學(xué)性能及耐熱性。

Lei X F等[6]通過調(diào)整PI分子骨架的剛性，制備了介電常數(shù)可調(diào)的高性能超支化 PI，結(jié)果表明，PI拉伸強(qiáng)度提升至124.10 MPa，介電常數(shù)達(dá)到2.69(1 MHz)，具有非常優(yōu)異的力學(xué)和介電性能，可廣泛應(yīng)用于電子電器等領(lǐng)域。

由此可見聚酰亞胺薄膜的綜合性能極佳，在柔性覆銅箔板、大電機(jī)主絕緣、太陽(yáng)能電池、電磁線繞包電氣絕緣材料等高科技等此類電子電器領(lǐng)域都有所應(yīng)用。而且聚酰亞胺薄膜制備方法簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境影響小，可大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

2 聚酰亞胺纖維

聚酰亞胺纖維具有較高的拉伸強(qiáng)度和彈性模量，而且還具有較好的耐藥品腐蝕性、耐熱性能等，因此聚酰亞胺纖維可以在惡劣的工作環(huán)境下使用，這也是其他高技術(shù)纖維品種所不具備的優(yōu)勢(shì)[7]。近年來(lái)，高性能聚酰亞胺纖維在電子電器領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并且品種也多種多樣，例如：海派龍(Hypyron)等聚酰亞胺纖維，可用于制作H級(jí)和C級(jí)電機(jī)中的線圈繞組、相間和匝間線路終端絕緣材料、干式變壓器等，具有非常好的力學(xué)強(qiáng)度和介電性能，是很好的電氣絕緣材料。

Zhang[8]等向BPDA/p-PDA體系分子主鏈上引入二胺單體ODA和BIA，并對(duì)兩種單體對(duì)纖維性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究。結(jié)果表明，ODA和BIA的引入均可以有效提高纖維的力學(xué)性能，但BIA的影響要高于ODA。

付饒等[9]發(fā)明可實(shí)現(xiàn)批量化制備纖維直徑納米級(jí)、長(zhǎng)度微米級(jí)的聚酰亞胺纖維產(chǎn)品。制備的聚酰亞胺超短纖維的纖維長(zhǎng)度為2～500 μm，纖維直徑為0.1～50 μm，比表面積為2～30 m2/g。通過此發(fā)明的制備方法所獲得的聚酰亞胺超短纖維具有耐高低溫、耐紫外輻照、絕緣性好等特點(diǎn)。

當(dāng)下，新媒體已經(jīng)入高速發(fā)展的黃金期，對(duì)于新聞來(lái)說，電視時(shí)政新聞更具直觀性、全面性、生動(dòng)性和權(quán)威性。以信息共享協(xié)作網(wǎng)絡(luò)為基準(zhǔn)，各縣市級(jí)網(wǎng)絡(luò)直播平臺(tái)層出不窮。在此過程中，電視時(shí)政編輯要不斷創(chuàng)新協(xié)作聯(lián)通手段，整合各級(jí)媒體策劃的新聞內(nèi)容，以此提高時(shí)政報(bào)道的公眾影響力。隨著網(wǎng)絡(luò)科技的普及優(yōu)化，如今我國(guó)已進(jìn)入信息爆炸時(shí)代，五花八門的新聞信息成為公眾茶余飯后的焦點(diǎn)話題，但針對(duì)信息的選擇并不是每一個(gè)社會(huì)個(gè)體都能實(shí)現(xiàn)的。因此，電視新聞編輯工作人員要主動(dòng)承擔(dān)社會(huì)職責(zé)，揀選各類信息，將有價(jià)值的信息傳遞給公眾。

崔晶等[10]將聚酰胺酸紡絲原液干噴濕紡的方式來(lái)紡絲，經(jīng)一定的操作工藝得到原絲，再將原絲經(jīng)過高溫亞胺化、熱牽伸后可以制得的聚酰亞胺纖維，具有高致密性和高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)如今日本、俄羅斯、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家都在逐步加大對(duì)PI纖維的研究投入，國(guó)內(nèi)江蘇奧神集團(tuán)和東華大學(xué)對(duì)干法成形PI纖維進(jìn)行了工程化探索，并以此為基礎(chǔ)首次在國(guó)際上成功建成投產(chǎn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的干法紡絲生產(chǎn)線。逐步拉近與發(fā)達(dá)國(guó)家在PI方面研究水平的差距。

3 聚酰亞胺漆

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人民生活水平的改善，使得漆包線漆不論在軍用還是民生領(lǐng)域的需求量都呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。漆包線漆具有優(yōu)異的電絕緣性能，是電工設(shè)備中不可或缺的材料，高品質(zhì)的漆包線漆可以提高電氣設(shè)備的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行壽命。

聚酰亞胺漆可有效地阻滯電子遷移、防止化學(xué)腐蝕、增強(qiáng)電子器件的防潮性和機(jī)械性能等，在20世紀(jì)60年代，它由德國(guó)BECK 公司通過酰亞胺基團(tuán)改性聚酯獲得，在國(guó)際上是180級(jí)漆的主要品種?，F(xiàn)熱塑性全芳香型聚酰亞胺絕緣電磁線可采用擠出法制造，并具有優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的優(yōu)點(diǎn)。該產(chǎn)品具有較好的電氣性能和機(jī)械強(qiáng)度，可耐熱沖擊、耐軟化擊穿，是180級(jí)及以上復(fù)合涂層漆包線制造中底漆涂層的主要材料，廣泛用于耐高溫和耐氟利昂的電機(jī)電器中[11]。

Morikawa等[12]將正桂酸醋(TEOS)加入聚酰胺酸溶液中進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)，經(jīng)亞胺化反應(yīng)制得PI/SiO2化雜化薄膜，用于漆包線的絕緣涂層，結(jié)果表明與未添加SiO2的漆包線相比該漆包線具有較高的擊穿電壓及較好的耐熱性。

Koba Shigeo等[13]將4，4′-二氨基二苯甲院、4，4′-二氨基聯(lián)苯與均苯四甲酸酐按摩爾比為25∶25∶49.5合成聚酰胺酸，經(jīng)亞胺化反應(yīng)制得厚度為30 um的PI薄膜，該薄膜具有較高的熱穩(wěn)定性、較好的力學(xué)性能和良好的熱膨脹性能。

虞鑫海等[14]以2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑、芳香族二酐和2,2-雙(3-氨基-4-羥基苯基)六氟丙烷在有機(jī)溶劑中反應(yīng)制得聚酰胺酸，在經(jīng)一定熱亞胺化工藝制得聚酰亞胺絕緣漆。其性能如下表所示：

表2 上述方法制得的聚酰亞胺漆性相關(guān)性能

沈必亮[15]公開了一種納米氧化鋁接枝尼龍改性聚酰亞胺漆包線漆，其制備首先將納米Al2O3進(jìn)行活化處理，通過甲苯二異氰酸酯使其異氰酸酯官能團(tuán)化，然后將異氰酸酯化改性納米Al2O3和己內(nèi)酰胺進(jìn)行接枝反應(yīng)，得到納米Al2O3接枝己內(nèi)酰胺活化劑，之后參與己內(nèi)酰胺的水解聚合反應(yīng)，得到尼龍/納米Al2O3復(fù)合材料，摻雜到聚酰亞胺基體材料中，得到改性聚酰亞胺漆包線漆。此發(fā)明在納米Al2O3表面接枝有異氰酸根，再與己內(nèi)酰胺進(jìn)行接枝反應(yīng)，作為下一步尼龍合成的活化劑，在聚酰亞胺漆包線漆基體中引入尼龍材料，提高了漆膜的絕緣性能，漆膜的耐熱沖擊性能和纏繞性良好，同時(shí)提高材料的耐電暈性能。

盡管聚酰亞胺漆在使用性能方面相較于其他品種具有明顯的優(yōu)勢(shì)，并且可以很大程度上的延長(zhǎng)漆包線在高溫狀態(tài)下的使用壽命。但是其耐磨強(qiáng)度相較聚酯和聚乙烯醇縮醛涂層還有待提高，所以為了使聚酰亞胺漆的應(yīng)用更加具有前景，還需要在技術(shù)上不斷的突破和改進(jìn)。

4 聚酰亞胺塑料

近年來(lái)泡沫塑料在某些特殊領(lǐng)域中原有的性能要求已不能滿足工業(yè)實(shí)踐的要求，從而使得高性能泡沫塑料的研發(fā)越來(lái)越受到科研人員的重視，成為新的研究方向，研究熱度也逐年上升[16]。

PI泡沫塑料的電學(xué)性能尤為突出，介電常數(shù)一般在3.4左右，體積電阻率高達(dá)10l7Ω·cm，熱分解溫度500℃以上，可用于雷達(dá)天線罩、耐高溫芯材，電機(jī)及電器隔熱層等，也可應(yīng)用在對(duì)耐高溫、低膨脹、耐磨、自潤(rùn)滑要求較高的結(jié)構(gòu)部件中。此外，聚酰亞胺塑料可作為層間絕緣材料，應(yīng)用于超高壓電機(jī)線圈、大規(guī)模集成電路中，作為緩沖層可以降低應(yīng)力從而保護(hù)器件，作為保護(hù)層能夠降低環(huán)境尤其是射線對(duì)器件的影響。

Yu F等[17]以PMDA 和PAPI合成硬質(zhì)聚酰亞胺泡沫，測(cè)試結(jié)果表明，制備出的硬質(zhì)PI泡沫泡孔均勻，具有優(yōu)異的力學(xué)性能以及熱穩(wěn)定性，可在360℃ 保持質(zhì)量損失在5%以內(nèi)。

孔德亮等[18]以3,3′,4,4′-BPDA和ODA于DMAC 中共聚反應(yīng)先制得聚酰胺酸(PAA)。然后按照一定比例加入乙酸酐/三乙胺體系脫水化學(xué)亞胺化制得相應(yīng)的聚酰亞胺模塑粉。經(jīng)測(cè)試熱分解 5%的溫度均在530℃以上，拉伸強(qiáng)度達(dá)106 MPa，彎曲強(qiáng)度達(dá)128 MPa，具有非常優(yōu)良的耐熱性能和力學(xué)性能。

王鐸[19]介紹了一種具有防紫外線功能的聚酰亞胺塑料的制備方法。通過該方法制得的聚酰亞胺塑料具有優(yōu)異的綜合性能，尤其是防紫外線輻射能力較為突出，可應(yīng)用于電子領(lǐng)域多種防紫外線輻射的現(xiàn)場(chǎng)。

5 聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)聚酰亞胺的研究呈現(xiàn)多元化、功能化的趨勢(shì)，很多學(xué)者將功能基團(tuán)引入聚酰亞胺或?qū)ζ涓男允沟镁埘啺吩谔囟I(lǐng)域得以功能化應(yīng)用，是目前應(yīng)用最廣泛、最成熟的復(fù)合材料之一[20]。

可用聚酰亞胺樹脂浸漬玻璃纖維和碳纖維制作層壓板用作FPC板等絕緣材料。同時(shí)聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料也可作為低溫環(huán)境的航空設(shè)備部件、儀器儀表部件、電子產(chǎn)品元件等產(chǎn)品。此外PI的熱膨脹系數(shù)和銅較為相近，將其與銅箔復(fù)合，在柔性印刷線路板的制造中有所應(yīng)用[21-22]。

虞鑫海等[23]介紹了一種聚酰亞胺玻璃布層壓板的制備方法，采用合成的聚酰胺酸溶液浸漬玻璃纖維布，經(jīng)一定工藝熱壓成型，經(jīng)測(cè)試，室溫抗彎強(qiáng)度741 MPa，起始分解溫度近600℃，具有十分優(yōu)良的力學(xué)性能、熱學(xué)性能?？捎糜谀透邷仉姎饨^緣材料(如FPC板等)、航空飛行器(如機(jī)翼等)的耐高溫結(jié)構(gòu)件材料，應(yīng)用前景非常廣闊。

Christopher W B[24]等采用原位聚合法制得了BST/PI均相納米復(fù)合材料，經(jīng)測(cè)試 BST的體積分?jǐn)?shù)在10%時(shí)，擊穿強(qiáng)度提高了24%，其體積分?jǐn)?shù)達(dá)到18%時(shí)，介電常數(shù)為6.2，介電損耗<0.04?？稍跈C(jī)械、電子電器、汽車、家電等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

陳曉鋒[25]介紹了一種防靜電長(zhǎng)纖維增強(qiáng)聚酰亞胺樹脂復(fù)合材料的制備方法，該方法制備的PI復(fù)合材料具備較高的防靜電性能優(yōu)異、抗沖能力，且表面光滑無(wú)浮纖，非常適用于制備用于低溫環(huán)境的航空設(shè)備部件、儀器儀表部件、電子產(chǎn)品元件等材料。

聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料兼?zhèn)淞司埘啺返哪透邷匦?、?yōu)異的力學(xué)性能、絕緣性能等特點(diǎn)，使得聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的綜合性能在繁多的材料中也占有一席之地，得到廣泛的應(yīng)用。

6 結(jié)束語(yǔ)

聚酰亞胺材料以其優(yōu)異的綜合性能，近年來(lái)它已廣泛應(yīng)用于電子電器、精密機(jī)械等高新技術(shù)領(lǐng)域。但是聚酰亞胺的制備成本相對(duì)來(lái)說較高，大大的限制了聚酰亞胺的發(fā)展，我們應(yīng)當(dāng)不斷對(duì)聚酰亞胺的合成、工藝、分子設(shè)計(jì)等進(jìn)行研究探索，使聚酰亞胺在今后的發(fā)展中大放其異彩。