中国的聚酰亚胺材料

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中国科学院长春应用化学研究所

长春特种工程塑料有限公司

聚酰亚胺(PI)综述：

聚酰亚胺作为一种新型的高分子尖端材料以其优异的耐高温性、高强度、耐磨性、电绝缘性、化学稳定性、抗辐射、自润滑和物理机械性能，在机械、电子电气、仪表、石油化工等领域应用迅速成长，其无法比拟的优异性能更成为全球军事、宇航等尖端科技领域不可或缺和革命性的材料之一。因而聚酰亚胺具有璀璨的发展前景，被誉为“解决问题的能手”。

聚酰亚胺在国际军事领域已经得到普遍的应用，主要应用于航天、航空、坦克、装甲车等特种车辆。采用先进的聚酰亚胺新型耐高温特种工程塑料技术，其目的主要以改进装甲车辆的油封、密封盖、密封环以及柱塞环等零部件，从而有效避免漏油现象的发生；提高各零部件使用寿命、稳定性及减轻飞机、坦克、装甲车重量等。使战备设施更加卓越，从而能够快速应对现代战争。
正是由于此类新材料特殊的军事背景，从上世纪80年代问世起，西方国家就将PI列为战略物资对我国封锁和禁运。
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研发生产基础：
0 `8 C% @; l3 }( j$ E4 D. O长春应化特种工程塑料有限公司所研制耐高温聚酰亚胺密封材料已经有十几年的经验，以中国科学院长春应用化学研究所为技术依托。中科院长春应用化学研究所是我国最早从事聚酰亚胺研究的单位之一，到目前已有四十多年的工作积累，并已开发出一条独具我国特色的聚酰亚胺合成路线，成为我国聚酰亚胺研究、开发工作的重要基地。目前长春应化所对聚酰亚胺材料及相关产品的研究和开发已经形成系列化、产业化，并取得了包括美国及欧洲专利在内的近30个专利，获得了包括国家发明奖在内的多项奖励。长春应化特种工程塑料有限公司依托于长春应化所技术，十年来不断有聚酰亚胺高技术产品投放市场。其密封产品已经应用于高级轿车、矿山运输车的制动装置、气轮、水轮发电机组、推力轴承、上下导轴承等密封盖、以及水泵、风机的密封。可以长期在240℃-430℃连续使用。并具有优异的耐磨特性和尺寸稳定性，从而大大提高机械的操作效率，并且降低了综合成本。

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一、聚酰亚胺 材料简介
聚酰亚胺最早由美国杜邦公司于上世纪六十年代首先发明并投入工业化生产。由于分子链上有大量的苯环和双键，使分子的刚性增加，分子链热运动的能级较高，当它在较高温度下吸收较多能量的情况下仍能保持原来的形状不变，并且分子链不发生断裂，这是该种材料耐高温环境的内在原因。
6 K0 `/ J- D/ X) p: K* a/ q6 J" [1.1 聚酰亚胺 材料的玻璃化温度
% ]* L5 ?: F) D7 b2 L2 g- y+ ?6 w% q聚酰亚胺 是耐温等级最高的高分子材料。它的热分解温度高可达(550℃)，可在360℃下长期使用。
1.2 聚酰亚胺 材料刚性
聚酰亚胺不仅耐热性比其他高分子材料优异，而且具有高强度、高弹性模、量良好的韧性以及优良的尺寸稳定性；而且可耐极低温度在4K(-269℃)的液态氦中仍不会脆裂。
1.3 聚酰亚胺 材料的耐化学性
   具有优异的耐化学药品性，几乎不溶于所有有机溶液，同时为自熄性聚合物，发烟率低，真空下放气量很小，抗辐射能力强；PI材料的耐疲劳性也是所有塑料中最出众的。
1.4 聚酰亚胺 材料的自润滑及应用领域
$ i2 `/ h3 T8 e, R2 G   聚酰亚胺是一种自润滑材料，耐滑动磨损和微动磨损性能优异，尤其是在高温下有良好的耐磨性和低的摩擦系数，磨损量极低；聚酰亚胺适用于注塑、模压成型，机械加工性能优异。此外，聚酰亚胺有良好的绝缘性，在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域具有广泛的应用。
5 F$ N" `" c% H0 W2.中科院长春应用化学研究所聚酰亚胺系列：
        YHPI-P-100
轻质高强，耐高低温
0 D9 f1 p! Y* R* R; u9 V4 f  W尺寸稳定，抗化学腐蚀
& p( j# B+ R1 B( z$ g6 V- a9 j绝缘等级高，耐磨损、耐老化
0 F$ t, I0 c  O        YHPI-P-220
具有上述特点外，专用于耐高温、高压领域
YHPI-P-220由于其“伟热塑”特性，实际使用温度可超300℃
        YHPI-P-220-2
/ w# ?9 R& X" s4 r* D具有上述特点外，专用于耐高温、高压领域
+ e8 U( ~( R, ~3 FYHPI-P-220-2由于其“伟热塑”特性，实际使用温度可超380℃
) U$ i' f' e% B& h3 j
) ~8 c* B' _& O  _, e
应用领域
（1）用于齿轮、轴承、复印机分离爪、飞行器烧蚀材料、透磁材料和结构材料的增强改性和塑料合金化；
（2）用于特种条件下的精密零件、耐高温自润轴承、压缩机活塞环、密封圈、鼓风机叶轮，以及与液氨接触的阀门零件、喷气发动机燃料供应系统零件等；
（3）为先进飞机主承力结构提供了高性能复合材料。如美国的第4代战斗机F-22中，复合材料的使用已达到结构重量的24%，其中大部分是高韧性的BMI树脂复合材料；
（4）在电子电气、航空、汽车、医疗器械等产业得到广泛应用。可广泛应用于石油、天然气、汽车、航空和军事等领域；
（5）耐热性高，能在260℃-430℃长期使用；电性能良好，在宽温度范围内和各种频率下其介电损耗角正切无变化；耐摩擦，耐磨损；耐化学品和辐射性优良，构造材料可用于电机、航空、汽车零件和耐辐射零件等，滑动材料主要用于止推轴承、轴颈轴承、活塞环、导向器、套管和阀片等。
6 @4 A0 I  z+ I3 ^2 s另外，PI加入玻璃纤维、石墨和硼纤维后可获得更高的强度和硬度，能替代金属制造喷射发动机结构部件；加入耐磨材料后可用于制造耐高温刹车片等。

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项目        YHPI-P-100        YHPI-P-220        YHPI-P-220-2        单位
密度        1.36        1.36        1.38        Kg/m3
玻璃化温度        232        281.7        350        ℃
热膨胀系数        2.7•10-5        -        -        ℃-1
7 B8 k5 ^9 W- D& n' P拉伸强度        110        98.6        72.5        MPa
拉伸模量        1.64        -        1.35        Gpa
断裂伸长率        27.04        15.4        15.4        %
  i0 |6 T, E/ e. J) J; C/ b弯曲强度        166        82.5        75        MPa
弯曲模量        2.67        3.0        3.0        Gpa
- d  S  s: s! {0 Y$ Y3 I  J压缩强度        153        133.5        131.7        MPa
6 L5 L6 `( a+ n" a冲击强度        >150        9.01        7.3        KJ/m2
硬度（球压痕）        160.5        170.3        150        N/mm2
) E3 {" e3 R3 N& J6 B/ Q. q摩擦系数        0.24        0.35        -        -
9 E. c! u5 O1 @8 G介电常数        3.4        -        -        -
介电损耗        2.1•10-4        -        -        -
2 V1 x! `7 h4 p4 S  ^* l击穿电压        110        -        -        KV/mm
体积电阻率        1017        -        -        Ω.cm
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中国科学院长春应用化学研究所
                                   长春应化特种工程塑料有限公司
                                                       房 中 良
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