耐高溫聚酰亞胺材料研究進展_楊士勇.pdf

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1、·70·高分子通報2011年10月耐高溫聚酰亞胺材料研究進展＊楊士勇,范琳,冀棉,胡愛軍,楊海霞,劉金剛,何民輝(中國科學(xué)院化學(xué)研究所高技術(shù)材料實驗室,北京100190)摘要:聚酰亞胺樹脂具有出眾的耐高溫、耐低溫性能,以及優(yōu)異的力學(xué)、電絕緣、介電性能,在航天、航空、空間等高新技術(shù)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。本文主要介紹中國科學(xué)院化學(xué)研究所近年來在聚酰亞胺樹脂領(lǐng)域的研究進展。關(guān)鍵詞:聚酰亞胺;耐高溫;力學(xué)性能;介電性能引言芳香族聚酰亞胺材料具有優(yōu)異的耐高溫、耐低溫、高強高模、高抗蠕變、高尺寸穩(wěn)定、低熱膨脹系數(shù)、高電絕緣、低介電常數(shù)與損耗、耐輻射、耐腐蝕等優(yōu)點,同時具有真空揮發(fā)份

2、低、揮發(fā)可凝物少等空間材料的特點,可加工成聚酰亞胺薄膜、耐高溫工程塑料、復(fù)合材料用基體樹脂、耐高溫粘結(jié)劑、纖維和泡沫等多種材料形式,因此在航天、航空、空間、微電子、精密機械、醫(yī)療器械等許多高新技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)價值。近年來,世界范圍內(nèi)聚酰亞胺材料的發(fā)展無論在基礎(chǔ)研究層面還是高新技術(shù)應(yīng)用層面都呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢;國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究也十分活躍,中國科學(xué)院化學(xué)研究所等單位都在聚酰亞胺材料的基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)方面進行了大量的研究;在產(chǎn)業(yè)化方面,以聚酰亞胺薄膜為代表的聚酰亞胺產(chǎn)業(yè)正在逐步形成,從業(yè)廠家超過80家,產(chǎn)值超過10億元;在材料應(yīng)用方面,微電子工業(yè)已經(jīng)取代

3、傳統(tǒng)的電氣絕緣行業(yè)成為聚酰亞胺材料尤其是薄膜的最大應(yīng)用領(lǐng)域,同時在航天、航空、空間、光電顯示、醫(yī)療器械等領(lǐng)域也呈現(xiàn)出誘人的發(fā)展勢頭。近年來,中國科學(xué)院化學(xué)研究所在聚酰亞胺材料的基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域進行了系統(tǒng)的研究工作,研究工作主要集中下述5個方面,包括:(1)耐高溫聚酰亞胺樹脂基體;(2)耐高溫聚酰亞胺超級工程塑料;(3)高性能功能性聚酰亞胺薄膜;(4)微電子制造與封裝用聚酰亞胺樹脂;(5)耐高溫聚酰亞胺結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑等。本文主要介紹耐高溫聚酰亞胺樹脂基體、耐高溫聚酰亞胺超級工程塑料、高性能功能性聚酰亞胺薄膜和微電子制造與封裝用聚酰亞胺樹脂等方面的研究進展。1耐高溫聚酰亞胺

4、基體樹脂聚酰亞胺樹脂與環(huán)氧樹脂和雙馬來酰亞胺樹脂一起被認為是碳纖維增強樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的三大樹脂基體,是目前耐熱等級(長期使用溫度>300℃,短期使用溫度>500℃)最高的樹脂基體(環(huán)氧樹脂:<200℃;雙馬來酰亞胺樹脂:<250℃),與碳纖維復(fù)合制備的碳纖維/聚酰亞胺樹脂復(fù)合材料具有輕3質(zhì)(比重<1.8g/cm)、高比強度、高比模量、耐高溫、耐低溫等特點,在航天航空等高技術(shù)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。但是,聚酰亞胺樹脂由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的高度剛性,存在著既難溶又難熔,不易加工成型等缺點;因此,從材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計開始,通過調(diào)控材料的化學(xué)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)材料既具有高耐溫、高強韌等優(yōu)異的綜收

5、稿:2011-08-26;修回:2011-08-29;基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(50373047,50673096,51073168,50803068,50903087,50873104,51011120100,50610305028,50403025);作者簡介:楊士勇(1960-),男,中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員,高技術(shù)材料實驗室主任,1999年國家杰出青年自然科學(xué)基金獲得者,主要研究領(lǐng)域:耐高溫聚酰亞胺材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制備、性能及應(yīng)用;＊通訊聯(lián)系人:E-mail:shiyang@iccas.ac.cn.第10期高分子通報·71·合性能,又具有優(yōu)良的成型工藝

6、性能,一直是聚酰亞胺樹脂領(lǐng)域的研究熱點。[1～11]中國科學(xué)院化學(xué)研究所經(jīng)過數(shù)十年的系統(tǒng)研究,針對耐高溫碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的不同成型工藝方法,發(fā)展了適于反應(yīng)性熱模壓工藝、真空熱壓罐工藝、真空高溫RTM工藝的具有不同耐高溫等級的聚酰亞胺樹脂基體系列產(chǎn)品,包括第一代耐316℃(600℉)系列、第二代耐371℃(700℉)系列、第三代耐426℃(800℉)系列等3個系列的產(chǎn)品。由這些聚酰亞胺樹脂基體與碳纖維(或玻璃、芳綸等)纖維復(fù)合制備的樹脂基復(fù)合材料在300℃以上的高溫環(huán)境中具有優(yōu)異的力學(xué)性能和抗高溫氧化穩(wěn)定性,在航天、航空、空間技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出誘人的應(yīng)用前景。1.1第一

7、代耐316℃(600℉)的聚酰亞胺樹脂基體第一代耐316℃(600℉)的基體樹脂是一種熱固性PMR型聚酰亞胺樹脂,由芳香族二酸二酯、芳香族二胺與反應(yīng)性封端劑在低沸點醇類溶劑中反應(yīng)而成的高固體含量、低粘度的溶液樹脂,與多種碳纖維(T-300、T-700、C6000、IM5、UT500等)具有優(yōu)良的浸漬性能,可制備高品質(zhì)的KH-304/碳纖維預(yù)浸料。KH-304/碳纖維預(yù)浸料可以采用反應(yīng)性熱模壓成型工藝或反應(yīng)性熱壓罐成型工藝制備耐高溫碳纖維增強聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料層壓板或制件。KH-304樹脂與碳纖維(玻璃纖維、石英纖維或芳綸纖