聚酰亞胺（Polyimide，PI）是指分子結(jié)構(gòu)主鏈中含有酰胺結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，聚酰亞胺是一個非常龐大的家族，高性能PI的主鏈大多以芳環(huán)和雜環(huán)為主要結(jié)構(gòu)單元。PI具有最高的阻燃等級（UL-94），良好的電氣絕緣性能、機械性能、化學(xué)穩(wěn)定性、耐老化性能、耐輻照性能、低介電損耗，且這些性能在很寬的溫度范圍（－269℃-400℃）內(nèi)不會發(fā)生顯著變化，被譽為“二十一世紀(jì)最有希望的工程塑料之一”，有“解決問題的能手”之稱，可以說“沒有聚酰亞胺就不會有今天的微電子技術(shù)”，其性能居于高分子材料金字塔的頂端。

20世紀(jì)60年代聚酰亞胺纖維面世，但當(dāng)時的生產(chǎn)成本高、技術(shù)不發(fā)達(dá)，限制了其發(fā)展。直到20世紀(jì)末，隨著合成方法和紡絲技術(shù)的進(jìn)步，以及某些特殊領(lǐng)域的需要，研究者們又積極投入到聚酰亞胺纖維的研究中。聚酰亞胺的高性能決定了與其相關(guān)的研究具有重要的價值。

一、聚酰亞胺纖維研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代，美國杜邦公司初步研制和開發(fā)了聚酰亞胺纖維，但并未完成其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，仍需進(jìn)行深入研究，以取得技術(shù)突破。法國 Phone-Poulenc公司和法國KERMEL公司均研發(fā)并生產(chǎn)出了不燃、受熱不收縮的阻燃聚酰亞胺纖維。20世紀(jì)80年代，奧地利Lenzing公司采用一步法生產(chǎn)工藝，研發(fā)并成功生產(chǎn)出了最早實現(xiàn)商業(yè)化的聚酰亞胺纖維 P84，其生產(chǎn)出的纖維規(guī)格種類繁多。20世紀(jì)90年代，俄羅斯成功研發(fā)了一系列高性能聚酰亞胺纖維，其中的高強高模品種纖維的綜合性能優(yōu)于對位芳綸纖維，具有重要的應(yīng)用價值。同時期國內(nèi)研究者也投入到聚酰亞胺纖維的研究中，但幾乎止步于實驗室研究階段。

近年來，隨著生產(chǎn)工藝的進(jìn)步和相關(guān)研究的成熟，加速了國內(nèi)聚酰亞胺纖維的工業(yè)化進(jìn)程。2010年長春應(yīng)化所聯(lián)合長春高琦聚酰亞胺材料有限公司，研發(fā)并規(guī)模化生產(chǎn)出了耐熱型聚酰亞胺纖維。2013年北京化工大學(xué)和江蘇先諾新材料科技有限公司校企合作，實現(xiàn)了年產(chǎn)30t規(guī)模的高性能聚酰亞胺纖維生產(chǎn)線，開發(fā)了多種高強高模聚酰亞胺纖維產(chǎn)品，并向市場推廣，其拉伸強度高于3.5Gpa，模量高于150Gpa。同時，研究者利用高強高模型聚酰亞胺纖維產(chǎn)品獨有的高性能優(yōu)勢，拓展其在高強材料、耐輻射材料和防護(hù)材料等領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)。2017年，四川大學(xué)和科聚新材校企合作，研發(fā)并生產(chǎn)出高強度聚酰亞胺纖維。

聚酰亞胺纖維是目前耐溫最高的有機合成纖維之一，可作為阻燃材料在工業(yè)場景替代芳綸聚酰亞胺纖維在耐光性、吸水性、耐熱性等方面與芳綸和聚苯硫醚纖維相比都更為優(yōu)越。憑借優(yōu)異的耐熱和機械性能，聚酰亞胺纖維在軍工領(lǐng)域是航空航天和軍用飛機等重要領(lǐng)域的核心配件材料。在商用領(lǐng)域，聚酰亞胺纖維在環(huán)保濾材、防火材料等應(yīng)用目前正起步發(fā)展階段。

經(jīng)過幾十年的研究，當(dāng)前合成聚酰亞胺的工藝已相對成熟。主要有兩種工藝，一種是在聚合過程中形成聚酰亞胺環(huán)結(jié)構(gòu)，另一種是用帶酰亞胺環(huán)結(jié)構(gòu)的單體縮聚制取聚酰亞胺。當(dāng)前，第一種工藝被多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)采用，按照實現(xiàn)合成聚酰亞胺的步驟數(shù)劃分，可分為一步法和二步法。

一步法是在特定的高沸點酚類溶劑中，把二胺和二酐２種單體加熱至所需溫度 150~250℃，即可直接生成聚酰亞胺。該合成工藝的優(yōu)點是可以直接獲取紡絲漿液，有利于后續(xù)進(jìn)行紡絲工藝操作；缺點是聚酰亞胺僅能溶解于毒性較大的高沸點酚類溶劑，這類溶劑對人體和環(huán)境具有嚴(yán)重的危害性，考慮到環(huán)境污染和人體健康等問題，一步法不宜規(guī)模化生產(chǎn)。

二步法是把二胺和二酐２種單體置于非質(zhì)子極性溶劑中處理，使溶液進(jìn)行低溫縮聚，得到聚酰胺酸溶液，再進(jìn)行去溶劑處理后，進(jìn)行高溫環(huán)化處理，得到聚酰亞胺。該工藝的優(yōu)點是對基礎(chǔ)原料單體和溶劑的要求均不高，適合絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺，且溶劑易回收，減少資源浪費，毒性較小，較環(huán)保；缺點是在合成過程中，有多個過程微結(jié)構(gòu)較難控制，纖維內(nèi)部會形成微孔等缺陷，削弱了纖維的力學(xué)性能。

聚酰亞胺纖維作為高溫除塵過濾材料是其在環(huán)保領(lǐng)域的典型應(yīng)用。由于聚酰亞胺纖維可紡絲形成非常高的表面體積系數(shù)，這為其捕獲塵粒提供條件提高了塵粒過濾效。再加上聚酰亞胺具有優(yōu)良的耐熱性，使得聚酰亞胺成為目前最佳的高溫過濾材料。同時，隨著人們對環(huán)保領(lǐng)域的日趨重視，聚酰亞胺纖維過濾材料具有可觀的市場前景。

聚酰亞胺纖維憑借高強高模、耐腐蝕、耐高溫、阻燃等優(yōu)異的理化性能，廣泛應(yīng)用于核能工業(yè)、航空航天、國防軍工等領(lǐng)域。在航天航空領(lǐng)域，聚酰亞胺纖維可用于制造航天器的輕質(zhì)電纜護(hù)套等。聚酰亞胺纖維紙可作為基材復(fù)合制成蜂窩結(jié)構(gòu)材料，用于飛機機翼和機艙門襯板、頂棚、隔墻等。

聚酰亞胺纖維具有保溫隔熱等優(yōu)良性能，近年來已從特種防護(hù)領(lǐng)域延伸至民用紡織服裝領(lǐng)域。

如將聚酰亞胺纖維與其他原料混紡，設(shè)計秋冬季服裝產(chǎn)品；將聚酰亞胺纖維氣凝膠膜用作日 常防護(hù)口罩的過濾層等。

當(dāng)前國內(nèi)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)對聚酰亞胺纖維的需求日趨迫切，實現(xiàn)聚酰亞胺纖維的產(chǎn)業(yè)化迫在眉睫。這一方面需要國家有關(guān)部門從政策上鼓勵和支持研究者對高性能聚酰亞胺纖維的研究；另一方面，需要相關(guān)研究機構(gòu)研究者積極地投入到聚酰亞胺纖維的研發(fā)中，積極創(chuàng)新，突破聚酰亞胺纖維生產(chǎn)工藝技術(shù)壁壘，并逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

鑒于當(dāng)前國內(nèi)聚酰亞胺纖維的生產(chǎn)成本、產(chǎn)量以及高新產(chǎn)業(yè)對高性能纖維的需求等多方面考慮，我國需不斷改進(jìn)、完善關(guān)鍵性工藝技術(shù)，積極開發(fā)用于穩(wěn)定生產(chǎn)聚酰亞胺纖維的原材料，加強技術(shù)創(chuàng)新等，為聚酰亞胺纖維產(chǎn)業(yè)化提供堅實的基礎(chǔ)，為生產(chǎn)提供成熟的關(guān)鍵性技術(shù)，

進(jìn)一步推動聚酰亞胺在高強度、高溫等領(lǐng)域的應(yīng)用，對我國在國防軍工、航空航天等關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)展具有重要的意義，也將有利于高性能纖維領(lǐng)域整體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和效益優(yōu)化升級，在國內(nèi)市場占據(jù)穩(wěn)固地位。

聚酰亞胺纖維因其高強高模、耐高低溫、阻燃等性能，廣泛應(yīng)用于環(huán)保、防護(hù)和紡織服裝等領(lǐng)域。從國內(nèi)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對聚酰亞胺纖維的需求以及聚酰亞胺纖維自身發(fā)展考慮，需盡快實現(xiàn)聚酰亞胺纖維的產(chǎn)業(yè)化、完善關(guān)鍵性工藝技術(shù)以及推動其終端應(yīng)用市場發(fā)展。利用聚酰亞胺纖維本身的優(yōu)勢，結(jié)合不同領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的需求，可對其進(jìn)行進(jìn)一步改性研究。

參考資料

[1]周琦.聚酰亞胺纖維研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].紡織科技進(jìn)展,2021(05):6-8+40.DOI:10.19507/j.cnki.1673-0356.2021.05.002.