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聚酰亚胺的性能
聚酰亚胺是主链上含有酰亚胺环(酰亚胺基团)的一类聚合物,其中以含有肽酰亚胺环的聚合物尤为重要,它是由二元酸和二元胺缩聚得到的聚酰亚胺,分子中含有十分稳定的芳杂环结构单元,作为特种工程材料具有其他高分子材料所无法比拟的高耐热性能、优良的机械性能和电性能等。(1)耐热性能好。对于全芳香聚酰亚胺,按热重分析,其开始分解温度一般都在500。C左右。由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺,热分解温度达到600。C左右,是迄今为止聚合物中热稳定性的品种之一,并能在短时间耐受555℃高温,而其各项物理性能基本保持不变,可在333℃以下长期使用。聚酰亚胺不仅耐热,而且还可耐极低温,如在-269℃的液态氮中仍不会脆裂。聚酰亚胺的热膨胀系数为2*lO-5℃一3*lO-5℃,联苯型可达10-6℃,个别品种可达10-7℃。
(2)机械性能优异。聚酰亚胺具有很好的机械性能。未填充聚酰亚胺塑料的拉伸强度都在100MPa以上,均苯型聚酰亚胺的薄膜(Kapton)为170MPa,而联苯型聚酰亚胺(Up—flex)达到400MPa。作为工程塑料,其弹性模量通常为3-4GPa,纤维可达到200GPa,据理论计算,由均苯二酐和对苯二胺合成的纤维可达500GPa,仅次于碳纤维。纤维增强的PI塑料的强度、模量能得到进一步提高。聚酰亚胺具有优良的耐磨减摩性,其机械性能随温度波动的变化
小,高温下蠕变小,其蠕变速度甚至比铝还小,聚酰亚胺的耐热老化性能良好,经200x2、1500h老化处理,室温测得材料的拉伸强度降低很少,如聚酰亚胺薄膜在5×109rad剂量辐照后,强度仍保持86%,聚酰亚胺纤维经l×109rad剂量辐照后,度保持率为90%以上。
(3)具有很好的介电性能和电性能。聚酰亚胺的大分子中虽然含有相当数量的极性基(如羰基和醚基),但其电绝缘性优良,原因是羰基纳入五元环,醚键与相邻基团形成共扼体系。使其极性受到限制,同时由于大分子的刚性和较高的玻璃化温度,因此在较宽的温度范围内偶极损耗小,电性能十分优良。同时,聚酰哑胺还具有优异的耐电晕性能。介电常数为3.4左右,引入氟或将空气以纳米尺寸分散在聚酰亚胺中,介电常数可降到2.5左右。介电损耗为10-3,介电强度为kVmm,体积电阻为1017欧姆·厘米。这些性能在宽广的温度范围和频率范围内仍能保持较高的水平。(4)化学性质稳定。聚酰亚胺具有优良的耐油和耐有机溶剂性,对稀酸稳定,耐水解,经得起120℃时500h的水煮。这是因为聚酰亚胺大分子中最薄弱的C—H键在亚胺环中受到五元环的保护,键能提高,使其耐化学腐蚀性得到提高。
(5)其他性能。聚酰亚胺为自熄性聚合物,发烟率低,在极高的真空下放气量很少;聚酰亚胺无毒,可用来制造餐具和医用器具,并经得起数千次的消毒,一些聚酰亚胺还具有很好的生物相容性。此外,聚酰亚胺还具有优良的耐候性及耐辐射性等。耐辐照性好,在高温、高真空及辐照下稳定,挥发物少;摩擦性能优良,在十摩擦下与金属对摩时,可以向对摩而转移,起自润滑作用,并且静摩擦系数与动摩擦系数很接近,防止爬行的能力好。