聚酰亚胺是一种在其分子结构中含有酰亚胺基团的高分子化合物，英文名称Polyimide，简称PI。聚酰亚胺种类繁多。其中脂族链聚酰亚胺和芳族链聚酰亚胺的结构可分别由下式表示：
a.脂肪链聚酰亚胺
b.芳香链聚酰亚胺
根据合成方法，聚酰亚胺分为加成型聚酰亚胺和缩聚型聚酰亚胺两种类型；根据溶解度，分为可溶性聚酰亚胺和不熔不溶性聚酰亚胺；结合热转变性能，分为热塑性聚酰亚胺和热固性聚酰亚胺。
1.聚酰亚胺薄膜的性能
因为聚酰亚胺的分子链中有非常稳定的酰亚胺环和苯环结构，而具有优异的综合性能。
（1）耐温性
聚酰亚胺热分解温度可以达到约600℃，是较耐高温的聚合物之一。聚酰亚胺不仅耐高温还耐低温，在极低温度下工作性能下降也不大。
（2）机械性能
聚酰亚胺具有优异的力学性能，均苯型聚酰亚胺薄膜的断裂强度一般为250MPa，联苯型聚酰亚胺薄膜的断裂强度可达到540MPa。未填充的塑料的拉伸强度也在100MPa以上。
（3）介电性能
聚酰亚胺介电常数约3.4。引入功能基团后，聚酰亚胺的介电常数可以降低至大约2.5。大部分聚酰亚胺的体积电阻率一般为1017Ωcm，介电强度一般在100～300KV/mm，介电损耗大约为10-3。
（4）阻燃性
聚酰亚胺是自身阻燃的聚合物，高温不易燃烧，燃烧发烟率低。
（5）耐辐射性
聚酰亚胺具有优异的耐辐射性能。聚酰亚胺纤维在经受1×108Gy快电子辐照后强度保持率为90%。5×107Gy辐照后，聚酰亚胺薄膜可保持86%的强度。
（6）化学稳定性
聚酰亚胺对有机溶剂、稀酸稳定，但碱性条件下会水解为原料二酐和二胺。
（7）尺寸稳定性
尺寸稳定性好，热膨胀系数一般在2×10-5～3×10-5/℃。联苯型聚酰亚胺的热膨胀系数低到1×10-6/℃，某些聚酰亚胺产品的热膨胀系数甚至低至1×10-7/℃。
（8）其他性能
2.聚酰亚胺薄膜的应用
目前，聚酰亚胺已成为使用较广泛的耐高温聚合物材料之一，约有20多个品种，如聚醚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚双马来酰亚胺，及其改性聚酰亚胺材料等。
具体来说，聚酰亚胺可应用于以下领域：
①柔性印刷电路板基材，高端线路板，用于耐高温的场合。
③电线电缆外包装材料，耐高温，绝缘性能好。
④压敏胶带，耐高温，绝缘性好。
⑤OLED和柔性显示领域，作为基底支持体，在耐高温和尺寸稳定性方面性能优异。
⑥分离膜，聚酰亚胺可用于对各种气体的分离，如N2/O2、N2/H2、CO2/N2或CH4等的分离，也可以从空气、醇类及烃类气体中分离水分。(www.xing528.com)
3.聚酰亚胺的制备
聚酰亚胺的制备，一般是以二胺和二酐为原料，主要合成方法有以下几种。
（1）一步法
一步法是将合成聚酰亚胺的原料，即二酐和二胺，都溶解在高沸点溶剂中，两种单体在高温溶剂中直接聚合并同时完成脱水亚胺化生成聚酰亚胺，避免了聚酰胺酸或聚酰胺酯这一中间步骤。在该反应中，由于酰亚胺化的温度很高，需要使用高沸点的溶剂，如苯酚、甲酚、氯苯等来进行反应。反应时的温度需要高于200C。在反应过程中会产生水，如果不及时除去，会有利于逆反应的进行，从而降低分子量。
（2）两步法
首先将聚酰亚胺的单体二胺和二酐加入到非质子极性溶剂中。在室温下两种单体被缩聚成PAA（聚酰胺酸），所生成的PAA溶液即可涂膜，然后再升温（热亚胺化）或者化学方法（化学酰亚胺化）使PAA分子脱水成环生成聚酰亚胺。两步法广泛应用于制备不溶或不熔的芳族聚酰亚胺。
（3）三步法
三步法中的第一步与两步法中的第一步基本上相同。即在非质子极性溶剂中，通过二胺和二酐单体之间反应生成PAA溶液。但是，三步法将二步法中的第二步酰亚胺化的过程分为两部分。三步法中的第二步是在PAA溶液中加入一些脱水剂让聚酰胺酸脱水环化为聚异酰亚胺。最后，将聚异酰亚胺在催化剂作用下100℃～250℃范围内反应以形成聚酰亚胺。在三步法中，加热的过程中只是异构化的过程，在此过程中不释放水或者其他小分子。因此，三步法合成的聚酰亚胺产物具有良好的性能。
（4）气相沉积法
在气相沉积法中，直接将聚酰亚胺单体二酐与二胺用气流输送到混炼机中进行高温反应。该方法能够由二酐与二胺直接合成聚酰亚胺薄膜而无须溶剂的辅助。气相沉积法主要是用于制备聚酰亚胺薄膜。用气相法合成的是PAA薄膜，需要高温条件下酰亚胺化环化脱水来形成聚酰亚胺薄膜。通过气相沉积法制备的聚酰亚胺薄膜氧透过性低，并且厚度均匀可调。利用气相沉积法制备聚酰亚胺薄膜时不需要溶剂，可以在特殊的位置上合成聚酰亚胺薄膜。
4.聚酰亚胺改性
（1）聚酰亚胺的缺点
聚酰亚胺的分子主链上含有芳香族杂环结构，由于电子极化和结晶性导致聚酰亚胺分子链作用力增强，使聚酰亚胺分子链紧密堆积，从而导致聚酰亚胺的下列问题。
①聚酰亚胺薄膜颜色一般为暗黄色或棕色，透明度差，光学性能差，难以满足光波导和光通信等领域的需要。
②大部分聚酰亚胺的黏接性能不理想。
③所制备的薄膜一般硬而脆，强度不足，并且具有难以兼顾低线膨胀系数与高机械强度共存的缺点，难以满足市场快速发展的需要。
④由于所用原材料价格昂贵，生产成本居高不下。
⑤聚酰亚胺的固化温度过高，通常超过300℃，对合成工艺的要求较高。
⑥传统的聚酰亚胺通常不溶不熔，难以进行加工。
⑦此外，合成的中间产物PAA易发生水解，性能不稳定。
（2）改性聚酰亚胺
①可溶性聚酰亚胺。提高溶解性，有助于改善聚酰亚胺的加工性能。合成可溶性聚酰亚胺的方法有：第一，将诸如羰基、醚键或烷基的柔性结构单元引入聚酰亚胺分子的主链中以改善分子链的流动性并增加其溶解度。第二，在聚酰亚胺主链引入大的侧基，如叔丁基、苯环或三氟甲基等。大侧基的引入增加了分子链之间的距离，减少了聚酰亚胺分子链之间的相互作用，但不会破坏聚酰亚胺分子链的刚性。既提高了聚酰亚胺溶解性也让聚酰亚胺的耐热性能没有降低。第三，引入扭曲的非共平面结构，使聚酰亚胺的分子链变形，导致分子链的大共轭键结构破坏。从而使聚酰亚胺分子链堆积不那么紧密，分子间的作用力同时降低，聚酰亚胺的溶解性随之提高。第四，使用两种不同二酐或者二胺进行共缩合，引入第二种二酐或二胺破坏聚酰亚胺分子的对称性和重复性，它还降低了聚酰亚胺的分子间作用力提高溶解度。
②含氟聚酰亚胺。含氟聚酰亚胺是采用含氟的聚酰亚胺单体缩聚生成的。在聚酰亚胺分子链结构中加入含氟的官能团后，可以使其分子链间距增加，使聚酰亚胺的分子链堆积不那么紧密，最终降低了分子间的作用力，提高了聚酰亚胺的溶解性能。因为氟原子拥有较强的疏水性，将其引入聚酰亚胺分子链之后，能够使制备的聚酰亚胺产品具有很低的吸湿性。并且氟原子的摩尔极化率也很低，引入之后也可以降低聚酰亚胺的介电常数。氟原子具有高电负性，并且C-F键能高，因此引入氟原子也提高了聚酰亚胺的耐热性。同时，还可以破坏聚酰亚胺分子结构中发色官能团的电子云的共轭，因而增强其透光性能。
③功能型聚酰亚胺。在传统的聚酰亚胺主链上及侧链上接枝具有特殊性能的官能团，即通过特殊单体来制备具有特殊功能的聚酰亚胺薄膜。比如，为了提高聚酰亚胺的黏接性能、韧性及加工性能等，常在主链上引入有机硅氧键。在聚酰亚胺的分子主链中加入具有共轭体系的官能团，可以使聚酰亚胺的光学性能变强。在聚酰亚胺的链中引入的功能性侧基，可以有效降低分子间作用力而无须担心分子链刚性的破坏，这样既提高了聚酰亚胺的溶解性，同时还具有耐高温的特性，可以通过这种方法获得功能化的高分子材料。
④聚酰亚胺/无机纳米复合材料。因为无机纳米粒子的粒径很小且比表面积大，并且纳米粒子还具有小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应及量子尺寸效应等纳米效应。因此无机纳米粒子在改善聚酰亚胺的力学性能、耐热性能、电性能及其尺寸稳定性等方面都显示出了无可比拟的优势。同时聚酰亚胺拥有的高热稳定性和高玻璃化转变温度（Tg）也有助于稳定分散在其中的纳米颗粒，不会使纳米颗粒团聚，有助于复合材料的制备。通常向聚酰亚胺中添加无机纳米颗粒如SiO2等都可以使聚酰亚胺的机械性能和耐热性能提高。随着加入的纳米颗粒的不同，聚酰亚胺的介电性质也出现不同的变化。加入具有较低介电常数的无机纳米颗粒比如SiO2时，聚酰亚胺的介电常数会随着降低。加入介电常数较高的无机粒子如陶瓷时，聚酰亚胺的介电常数也会随之增加。
5.聚酰亚胺薄膜的制备
聚酰亚胺薄膜的制备方法有浸渍法、流延法和流延拉伸法。浸渍法和流延法生产均苯型聚酰亚胺薄膜，但与流延拉伸法相比产品品种少，规格不齐全，且性能方面也存在一些差距。而双向拉伸聚酰亚胺（BOPI）薄膜则在规格、机械性能、绝缘性能等方面都有很大优势。
BOPI薄膜生产线主要由树脂合成装置、环形钢带流延机、纵拉机、横拉机、收卷机和溶剂回收装置等组成。BOPI薄膜拉伸倍率小，拉伸温度高，速度低。
人们主要对提高聚酰亚胺无机纳米复合薄膜的力学性能，热性能和电学性能等方面进行深入的研究。研究的聚酰亚胺与无机物的杂化体系主要有PI/SiO2、PI/Al2O3、PI/TiO2、PI/BaTiO3等，还有掺杂碳纳米管、石墨烯、黏土等。
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