聚酰亚胺（PI）揭秘：如何打造21世纪*具潜力的工程塑料？
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
聚酰亚胺，简称PI，是一类在主链上含有酰亚胺基团的高分子化合物，其主链以芳环和杂环为主要结构单元。这类化合物由二胺和二酐经过聚合反应精心制备而成，而不同的二胺和二酐单体组合将赋予PI独特的分子结构和性能。正因如此，聚酰亚胺被业界公认为21世纪*具潜力的工程塑料，长期稳坐高分子材料领域的**位置。
聚酰亚胺的分子结构中，芳环和杂环是其主链的核心，通过二胺和二酐的精心聚合，形成了这种独特的非晶态特种聚合物。其分子结构的多样性，正是聚酰亚胺在性能和应用上的广泛性的基础。
图：PI基本合成路线及分子结构
聚酰亚胺（PI）展现出**的温度稳定性，在-269℃的液态氦环境下依然保持完整，其热分解温度通常超过500℃，某些体系甚至能达到600℃以上，成为目前已知热稳定性*高的特种工程塑料之一。此外，PI还具备出色的力学性能，耐有机溶剂、耐辐射、耐老化，以及阻燃自熄等**特性。根据不同产品形态，PI材料可被制成薄膜、纤维、热固性树脂、光敏胶、浆料、分离膜或隔膜、气凝胶、泡沫等多种形态，广泛应用于电子、航空航天、机械电工、核工业等多个领域。
PI的生产技术颇具挑战性，特别是对于那些在成型过程中伴随化学反应的PI产品。这意味着PI的合成制备方法、生产工艺技术与其*终的产品形态紧密相连。
每一种PI产品都需要从单体聚合开始，深入理解其聚合机理，并精心控制反应过程。同时，还需要了解成型过程中化学结构和凝聚态结构的变化规律。通过调整生产装备和工艺参数，*终才能得到满足需求的目标产品。
因此，PI产品的生产涉及化学、材料科学、机械工程、控制技术等多个学科领域，是一个复杂的系统工程。任何一个环节的疏忽都可能影响到PI产品的性能和质量。
以PI薄膜为例，其制备技术路线可分为化学法和热法。这两种方法的主要区别在于亚胺化成环的反应机理。化学法依靠化学亚胺化试剂的催化作用来完成闭环反应，其反应温度相对较低，且易于控制溶剂含量和牵伸比。
摄于阿科玛展台
亚胺化过程是PI薄膜制备中的关键步骤。化学法通过化学亚胺化试剂催化闭环反应，而热法则依靠高温提供能量来克服反应能垒。热���通常需要在300~400℃以上的高温下进行，且牵伸难度较大。在这一过程中，高性能PI薄膜会经历定向拉伸，使分子链沿拉伸方向获得部分取向排列，从而提升产品性能。
定向拉伸工艺包括单向拉伸和双向拉伸。双向拉伸技术要求更高，因为它能使PI薄膜在横向和纵向都获得更有序的结晶取向，进一步优化薄膜特性。然而，这种工艺也面临着更高的技术挑战，需要更精湛的配方技术和装备技术。
在PI纤维的制备方面，主要采用一步法和两步法。一步法直接将二酐与二胺单体在酚类等溶剂中反应，制备出纤维。这种方法虽然PI强度高，但溶剂难脱除，且受到结构限制。相比之下，两步法通过缩合聚合得到聚酰胺酸（PAA），再纺成PAA初生纤维，*后进行热/化学亚胺化处理。这种方法的工艺控制相对复杂，但可以得到性能更为稳定的PI纤维。
此外，我们还将参加由上海市新材料协会主办的2024先进光学材料与器件产业发展论坛。该论坛以“材料驱动发展：光学链接未来”为主题，汇聚光电光学显示产业链的各方精英，共同探讨行业未来应用发展、技术**方向以及供应链材料及装备配套的挑战与机遇。我们有幸邀请到浙江中科玖源新材料公司的CTO曹河文先生分享关于CPI的*新研究成果。
利用化学亚胺化试剂催化闭环反应，此法可在较低反应温度下进行，便于控制溶剂含量和牵伸比。美国杜邦、日本钟渊化学工业株式会社等
通过高温提供能量以克服反应能垒，实现闭环反应。此法需在300~400℃以上高温下进行，牵伸难度相对较大。时代新材、中天科技等
将二酐与二胺单体在酚类等溶剂中反应，直接制备纤维。此法PI强度高，但溶剂难以去除，且受结构限制。兰精公司等
在DMAc等非质子溶剂中，二酐与二胺单体进行缩合聚合，得到聚酰胺酸（PAA），再纺成PAA初生纤维，经热/化学亚胺化处理得到PI纤维。此法工艺控制较难，但可获得性能更稳定的PI纤维。江苏先诺新材料股份有限公司、长春高琦聚酰亚胺材料有限公司等
此外，聚酰亚胺在全球范围内拥有广阔的应用市场。当前，全球PI总产能约为10~15万吨/年，产量约为8-10万吨，产能利用率达80%。据MarketsandMarkets等机构测算，2021年全球PI市场总额为3亿美元，预计2022年将增至5亿美元。展望未来，到2028年，全球PI总产能预计将达到16-20万吨/年，市场总额有望达到124亿美元，年复合增长率约为2%。在各产品形式中，PI薄膜的市场表现尤为抢眼。2021年，其全球市场总额约为45亿美元，预计到2028年将增至6亿美元，年复合增长率为2%。总的来说，聚酰亚胺在电子微电子、航空航天、汽车、高铁、医疗等多个领域均实现了广泛应用。
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
采用德国薄膜制备工艺，形成了一套具有严格工艺标准的闭环式流程技术制备体系，能够制备各种超高性能光学薄膜，包括红外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特种薄膜、紫外薄膜、x射线薄膜，应用领域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、医用激光器、光学科研，红外制导、面部识别、VR/AR应用,博物馆，低反射橱窗玻璃，画框，工业灯具照明，广告机，点餐机，电子白板，安防监控等。
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上海卷柔科技以现代镀膜技术为核心驱动力，通过镀膜设备、镀膜加工、光学镀膜产品服务于客户，努力为客户创造新的利润空间和竞争优势，为中国的民族制造业的发展贡献力量。
