特种工程塑料通常指相对通用工程塑料而言性能更加优越、独特,且目前尚未大规模生产,用途相对较窄,塑料长期使用温度均在200 ℃以上的一些塑料材料,如聚酰亚胺( PI) 、聚砜( PSF) 、聚苯硫醚(PPS) 、聚醚醚酮(PEEK) 、液晶聚合物(LCP) 和聚醚砜(PES) 等。这些材料主要市场是电子、电器、汽车工业、军工产品和压缩机零件等。
1 聚酰亚胺
聚酰亚胺(PI) 分子中具有十分稳定的芳杂环结构,使其表现出其他高分子材料所无法比拟的优异耐温和低温性。由联苯二酐和对苯二胺合成的PI ,热分解温度可达600 ℃,333 ℃以下可长期使用,而在- 269 ℃下仍不会脆裂。PI 机械强度高,均苯型PI 薄膜的抗拉强度可以达到170MPa ,联苯型可达到400MPa ,且随着温度升高,变化很小; 耐辐射性好;介电性能优异;化学性质稳定,对酸、碱很稳定;另外,PI 抗蠕变能力强,摩擦性能优良。
2003 年全球消费PI 约315 万t ,主要生产厂家约50 余家。目前,美国、西欧和日本的消费量已超过2 万t/ a ,其中美国为113 万t/ a ,预计2004 年,美国、西欧和日本的消费量将达到217 万t/ a 。美国有14 家、西欧有11 家、日本有13 家生产厂生产PI。此外,俄罗斯、中国、印度、韩国、马来西亚和我国台湾省均少量生产和消费PI。聚醚酰亚胺(Ulterm) 约占美国PI 需求量的70 % ,因其性能和加工特性较好,有与聚醚砜、聚苯硫醚和其他芳族PI 竞争的倾向。预计全球未来几年对PI 的需求将以年均10 %左右的速度递增。
我国几乎与世界同步开始PI 的研制与开发,现已研发了PI 几大品种,如均苯型、偏酐型、联苯二酐型、双酚A 二酐型、单醚酐型、酮酐型等,并得到初步应用。现生产厂家有近20 家, 生产能力已超过800t/ a。2002 年PI 薄膜市场走强, 生产能力已达750t/ a ,2003 年6 家生产厂将新增能力共400t/ a ,生产厂家扩大到26 家。4 家厂家薄膜有出口,加上覆铜箔出口,全国出口量近70t/ a。现主要生产厂家有上海合成树脂研究所、常熟航天绝缘材料厂、宝应亚宝绝缘材料厂、西北化工研究院、四川大学实验厂等。
2003 年国内产量约为400t 左右。我国在PI 模塑料方面近年也发展较快,上海合成树脂研究所研制了多种产品,西北化工研究院生产双马来酰亚胺,吉林长春应化所、吉林高科公司生产联苯型PI 模塑料。与国外产品相比,我国许多PI 品种在价格上有竞争优势,因此我国电绝缘薄膜市场基本上由国内产品所占领,而且国内已经开始向国外出口产品,如西北化工研究院每年向欧洲出口30t 双马来亚酰胺,上海合成树脂研究所等每年也有少量产品出口。目前,热塑性PI 主要用于汽车发动机部件、油泵和气泵盖、电子/ 电器仪表用高温插座、连接器、印刷线路板和计算机硬盘、集成电路晶片载流子、飞机内部载货系统等。
PI 品种很多,但是目前主要品种为聚醚酰亚胺(PEI) 、聚酰胺2酰亚胺( PAI) 和双马来酰亚胺(BMI)等。PEI 目前开发趋势是引入对苯二胺结构或与其他工程塑料组成合金,提高其耐热性,或与聚碳酸酯、聚酰胺等工程塑料组成合金提高其机械强度。PAI 是高强度的PI 品种,目前发展趋势是增强改性,以及同其他塑料合金化。BMI 是以马来酰亚胺为活性基的双官能团化合物,具有与典型热固性树脂相似的流动性和可模塑性,与环氧树脂的加工与成型基本相同,是目前国内研发的热点。为提高PI 应用性能,PI 改性与复合材料的开发与应用成为今后相当长时间内的研究与开发热点。如聚均苯酰亚胺用石墨或聚四氟乙烯填充后,可以明显降低摩擦系数,用于汽车止推垫圈、高温刹车片、挡风玻璃刮水器,飞机的气体透平发动机用轴承、轴衬和垫圈; PI 添加玻璃纤维或硼纤维后,被称为超强级工程塑料,用于制备喷射发动机结构部件;含硅PI ,可以赋于材料良好溶解性、透气性、抗冲击性、耐候性、粘合性;另外还有含氟PI 等。日本尼桑(Nissan) 化学公司计划成倍提高其制造液晶显示屏用PI 树脂的产量。该公司投资约20 亿日元(合1840 万美元) ,2005 年第一或第二季度,将其在千叶县的PI 树脂装置生产能力扩大到460t/ a。另外,该公司还计划耗资10 亿日元,把其在富山县的微芯片材料生产装置产量提高60 %。尼桑公司的目标是,到2007 年将这些产品的销售额由2003 年的160 亿日元提高约50 %。
由常州广成新型塑料有限公司提供研究资金、南京工业大学研发的一种热塑性PI 已开发成功。该热塑性PI 克服了大多数PI 不溶和难以加工的缺陷,表现出良好的热加工特性,能采用热模压、挤出和注射法成型;可与