聚酰亚胺(PI)是一类主链上含有酰亚胺基团的低晶态或非晶态高分子,主链以芳环和杂环为主要结构单元,主要通过芳香族二酐和芳香族二胺的缩聚反应完成。

聚酰亚胺典型结构如下:

图:PI基本合成路线及分子结构

聚酰亚胺分子主链含酰亚胺环(由二酐与二胺缩合形成),结构类型包括:

均苯型:刚性链段,高耐热性(长期使用温度>250℃)。
联苯型:联苯结构增强热稳定性(热膨胀系数低至10⁻⁷/℃)。

共聚改性型:引入柔性链段(如醚键),平衡刚性与加工性(如热塑性聚酰亚胺)。

PI因其特殊结构,是迄今为止热稳定性最高的特种工程塑料之一:

热性能:耐温范围极宽(-269℃至400℃),玻璃化转变温度(Tg)>250℃。热分解温度普遍>500℃,联苯型可达600℃。
机械性能:抗张强度高达400MPa(联苯型),弹性模量达200GPa(纤维)。低蠕变、高耐磨性,适用于高应力环境。
化学与电学性能:耐酸碱、有机溶剂,部分品种耐水解(如Kapton薄膜可碱性水解回收单体)。介电常数3.4,介电损耗<10⁻³,体积电阻>10¹⁷Ω·cm。

其他特性:自熄性、低烟排放,适用于航空内饰。生物相容性,可用于医疗器械(如人工血管)。

液晶高分子(LCP)的合成单体通常由刚性芳香族单元和柔性间隔基组成,通过共聚形成兼具液晶有序性和加工性的高分子链。

聚芳杂环溶致LCP模型

LCP的主链以刚性芳香环为核心,分子链在熔融或溶液状态下呈现高度取向的液晶相,冷却固化后保持有序结构。典型结构包括:

均聚型:如HBA均聚物,刚性极强但加工困难,需通过共聚改性。
共聚型:HBA/HNA共聚物,兼具刚性和熔融流动性(如Vectra®),适用于精密注塑成型。
BP/TPA共聚物:联苯与对苯二甲酸结合,耐温性优异(>300℃),用于高温环境。

功能化改性结构:引入氟、硅等元素,优化介电性、耐水解性或生物相容性

LCP的核心特性包括:

力学性能:抗拉强度可达200 MPa以上,弹性模量达10 GPa,优于多数工程塑料。
热性能:耐热温度范围宽(-50℃至240℃),热变形温度(HDT)高达280℃。
电学性能:低介电常数(2.9-3.2)和介电损耗(<0.002),适合高频信号传输(如5G毫米波天线)。

化学稳定性:耐酸碱、有机溶剂,吸水率<0.02%,尺寸稳定性极佳

PI和LCP在电子电器、汽车工业、航空航天、医疗设备等领域都有着广泛的应用。在2025年4月15-18日的深圳橡塑展上,多家企业展示了PI、LCP相关产品,包括聚合、改性、型材、薄膜、贸易等企业,艾邦高分子特作简单梳理,方便大家参观导览!

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从市场规模看,聚酰亚胺PI 2023年全球市场达651亿元,预计2030年增长至1044亿元(CAGR 6.98%)。中国聚酰亚胺的产量约为4.03万吨,主要应用于PI薄膜、复合材料、工程塑料。中国聚酰亚胺市场规模约为120亿元,占全球市场份额的18.44%。预计未来我国聚酰亚胺市场将保持较高的增长速度,主要受益于电子、航空航天、汽车等下游行业的发展。

全球LCP市场规模持续增长,2022年全球LCP行业市场规模为13.13亿美元,约合95亿人民币,预计未来几年将以7.6%的复合增速增长。中国作为全球最大的LCP消费市场,需求约占全球总需求的50%。国内LCP市场增速稍快,主要得益于电子行业的快速发展和消费者对高端产品需求的增加。随着5G、物联网等技术的普及和应用,LCP材料的市场需求将持续增长。

作者 d