高分子材料课大作业聚醚酰亚胺（PET）院（系）名称材料科学与工程学院专业名称高分子作者王桦学号110110652014年5月摘要聚醚酰亚胺是一种新型的热塑性特种工程塑料,英文名称polyetherimid,简称PEI它是一种非结晶型热塑性聚酰亚胺,其分子结构中既含有芳香胺官能团,又含有醚结构,相对于其它芳族PI而言,是一种成本较低、产量较高的热塑性PI，从聚醚酰亚胺综合性能和性价比方面考察,它是PI改性研究中最成功的一类产品,广泛应用于电子、机械、航空航天、粉尘及废气过滤、防弹衣等工业领域,并用作传统产品的金属代用材料，本文从发展历史、结构与合成、性能、应用与前景方面对PEI进行了详细的介绍。

关键词：聚醚酰亚胺；合成；应用；Abstractpolyetherimid is a new kind of special engineering plastics,referred to as "PEI, it is a kind of non-crystalline thermoplastic polyimide, both in its molecular structure containing aromatic amine functional group, and ether structure, relative to other aromatic Pl, is a kind of low cost and high production of thermoplastic PI, from polyether imide comprehensive performance and cost performance, it is the most successful in the PI modified type of products, widely used in electronics, machinery, aerospace, industrial area, such as dust and gas filtration, body armor, and used as a traditional product of metal substitute material, this article from the development history, structure and composition, performance, application and prospect of the PEI has carried on the detailed introduction.Key words: polyetherimid；Synthesis；application；一、 P EI 的发展历史聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识，被称为是"解决问题的能手"（protion solver ），并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"。

为克服聚酰亚胺成型加工困难的缺点，大量研究工作是在其主链中引入各种柔性基团。

美国通用电气公司(G.E.Co.)于1970年着手研究一种综合性能优良的新型聚酰亚胺塑料——聚醚酰亚胺(Polyetherimide,简称PEI),并于1978年开始商业化,1982年推向世界市场,商品牌号为Ultem,有多种品级出售,例如Ulteml000，未增强型；Ultem2100、2200，2300,分别为10%、20%、30%玻璃纤维增强型。

最近又有许多新品级,例如,Ultem4000、6000等系列出现。

Ultem 是以苯酐、双酚A 二酐和间苯二胺为原料合成的,结构式如下: CCOO NO C CH 3CH 3O C C *N O O n 目前,该公司采用增强和改进等方法,已使PEI 发展成12个系列50多个品种,其中有通用、增强、耐磨、耐高温、低翘曲、高流动和塑料合金等适合各种用途的系列产品,可满足多种领域产品的特殊要求。

1994年,世界PEI年需求量为10kt左右,目前世界上的PEI生产厂家主要是美国的GE公司,另外美国的LNP公司、RTP公司、Thermofit 公司以及荷兰的Akzo工程塑料公司、日本工程塑料公司等也生产出了不同性能、牌号的PEI产品。

中国科学院长春应用化学所和上海合成树脂所于1980年研制成功PEI树脂及具有增强性能的塑料,并已小批量生产基本上达到国外同类产品的性能、PEI在国内尚未工业化生产,品种少、价格高,基本依赖进口、PEI加工成型温度较高,由于对其成型工艺和应用研究较少,PEI在国内的推广和应用也受到了影响、北京市化工研究院工程塑料合金实验室从1995年开始对PEI/PPS合金进行研究,1997年又对其它合金品种的加工工艺进行了探索,如PEFPc合金、PEI/PET合金及PEFPBT合金等,并对其性能进行了表征,其小试产品已达到了GE公司Ultem2100的指标二、ＰＥＩ的结构与合成一、结构在塑料工业发展的现阶段, 结构用材料的研制和生产受到高度重视。

聚醚酰亚胺属于耐高温结构热塑性塑料。

它们是具有杂环结构的缩聚物, 由有规则的交替重复排列的醚和酰亚胺环构成, 其通式如下二、合成这类材料的合成包括芳族亲核硝基取代反应和环化反应。

基于这两反应过程先后次序的不同, 有两种制造的方法。

第一种方法是首先进行环化反应, 生成酰亚胺环, 然后进行芳族亲核硝基取代反应, 形成柔性醚“ 铰链” , 这种方法称为多硝基取代反应法。

第二种方法是先进行芳族亲核硝基取代反应, 然后进行环化反应。

这是另一种合成的方法, 其中聚合物的生成工序是多环缩聚过程。

利用多硝基取代反应制取分子量能保证所需使用性能的的方法存在很多问题。

按传统制备聚酰亚胺的路线即用二胺和含醚键的芳族四羧酸二酐合成这类聚合物的方法最有前途。

直到最近, 制备这样的含醚键二酐还存在严重困难。

合成这类可用以制得含醚芳族双邻苯二甲酸酐的化合物的新途径在于利用活化硝基被酚盐阴离子取代的反应。

特别值得提到的是, 在环酰亚胺中所含的、两羧基以及次氨基氮川对硝基的活化极为有效。

借助这种活化可以按如下路线合成含醚键的多种芳族四羧酸二酐；应当指出, 含醚“ 铰链”的双邻苯二甲酸酐的性质与最常见的双邻苯二甲酸酐即苯均四酸二酐,3 ,3 ‘ ,4 ,4 ‘一联苯四羧酸二酐和二苯甲酮, 3 ,3 ,4 ,4 一四羧酸二配有重大差别。

醚“ 桥”的电子施与特性决定了这类化合物的低亲电子性, 这表现在其对水解的稳定性和同二胺反应活性不高。

与这类最常见的单体不同, 按上法合成的双邻苯二甲酸酐易溶于普通有机溶剂, 这与聚酰亚胺在有机溶剂中的溶解度相关。

因此, 不仅可用传统的两步法, 而且可用非传统的方法, 即在非极性有机溶剂和酚型溶剂（表1和表2）中高温均相缩聚合成PEI的反应式如下某些PEI可用熔融缩聚法制备。

这一方法从经济、生态和技术的观点来看都是最有发展前途的。

此外, 采用此法时不需使用难于从聚合物中除掉的溶剂酰胺型或酚型溶剂, 这一点对于聚醚酰亚胺的加工和使用有重要意义。

按照此技术制造PEI可采用以下不同方案进行利用各种不同催化剂或不用催化剂由起始化合物原料混合物直接制取, 或是单体预先反应后再制取。

采用最后一种方案时, 生成主要成份为多醚酰胺的低聚物, 只含少量或完全不含起始化合物。

单体的预先反应可以在二氯甲烷、氯仿、1,2 一二氯乙烷等惰性低沸点溶剂中甚至在水中进行。

PEI还可用连续法直接在挤塑机内制造。

起始化合物的混合物依次通过挤塑机内具有不同温度的区域, 由单体混合的低温区移向最终产品熔融的高温区。

环化反应生成的水经适当的口孔从挤塑机不断排出, 而在挤塑机的最后区域借助真空减压抽出。

从挤塑机的出料口可得到聚合物粒料或膜材。

还有可能在挤塑机内直接使PEI和各种填料混合制得以PEI为基体的组份。

三、加工工艺材料干燥PEI的吸水率虽仅为0.25%,但若不对材料进行干燥处理,成型时仍会使制件产生银丝、气泡等缺陷,因此成型前必须按下列条件进行干燥处理。

干燥条件为150e4h,干燥要求水分含量0.02%,用除湿干燥机干燥效果更佳。

(1)料筒温度料筒温度为340~410e,随材料品种和制件结构不同而有所改变,增强料比未增强料高,薄壁件比结构复杂件高,一般高10~20e。

当料温高于400e或在料筒内停留过久时,材料会出现变色分解现象,因此对成型周期长的制件,应采用较低的料筒温度。

(2)注射压力和注射速度注射压力和注射速度对制件成型影响较大,注射压力的大小同材料品种和制件结构有关,增强料和结构复杂制件采用高的注射压力和快的注射速度。

如2300等增强料,注射压力为150~200MPa,对高流动品级,采用80~100MPa压力,中等速度即可顺利成型。

(3)模温PEI的Tg高,熔体冷却快,为保证制件质量和顺利成型,模温应控制在120 ~150e,对薄壁或外观有特殊要求的制件,模温高达150~170e。

(4)成型周期PEI熔体冷却快,成型周期短,但由于模温高,冷却时间必须相应增长,否则制件会变形。

PEI注射成型参数见下表。

三、ＰＥＩ的性能PEI是一种透明琥珀色的无定形热塑性塑料,无毒,无味,密度1.27,23℃24h吸水率为0.25%。

1、聚合物的性能机械性能:PEI具有卓越的强度和模量,屈服拉伸强度达103MPa,在190℃仍保持在41MPa,弯曲模量达3300MPa,20%玻纤增强PEI的弯曲模量甚至高达12000MPa,远远高于其它高性能工程塑料。

热性能:PEI的玻璃化转变温度是215℃,热变形温度200℃(1.8MPa负荷下),连续使用温度170℃,虽然它的耐温性在聚酰亚胺塑料中是最低的,但是PEI的熔件热稳定性极佳,在正常加工温度下停滞1h并不出现分解碳化现象,制件在高温下仍保持良好性能。

PEI 的热膨胀系数和收缩率较小,因此PEI制件的尺寸比较精确稳定,容易和金属制件、嵌件相匹配。

Tg的相对较低可能是因为聚合物链围绕引入链中的醚键的内旋转能降低的缘故, 这也证明有可能用热塑性塑料的加工方法将这类聚合物加工成制品。

分析PEI的Tg与双核基Ar的种类的关系显示, 耐热性最高的是含联苯的系统, 在此之后, 耐热性依下面次序递减含二苯矾、二苯甲酮、二苯醚、二苯异亚丙基和二苯硫聚合物链段的系统。

对比PEI的异构体（3，3和4，4异构）的Tg可以发现, 几乎所有3，3异构聚合物都具有较高于4，4异构体的Tg。

这可能是因为3，3异构的PEI绕醚键的自由转动因邻位竣基取代基的位阻效应而局部受到限制, 导致其Tg较高。