聚酰亚胺泡沫的应用进展

聚酰亚胺泡沫是聚酰亚胺树脂原材料与发泡剂、泡沫稳定剂等助剂通过聚合发泡反应而成的泡沫材料。分子结构赋予了材料诸多优异的性能，特别是很高的刚性和耐热性，除耐200~300℃的高温外，还具有良好的耐热氧化性、绝缘性、阻燃性、化学稳定性、耐辐照性和耐低温性等。

图源：深圳麦克斯泰

上世纪70年代，美国NASALangley研究中心与UnitikaAmerica公司合作开发、研究出用于航天飞船绝热保温的聚酰亚胺泡沫材料，美国、日本、中国等国家的科研院所、企业经过半个世纪的研究发展，已经有一定的性能稳定的商品化产品和实际应用，如BoydCorporation的Solimide以及常州福隆科技新材料有限公司的FL泡沫系列。

图源：深圳未来新材料

泡沫材料的基本用途是隔热、隔声和吸能，聚酰亚胺泡沫材料与其它泡沫材料相比，具有以下综合性能优势：

(1)良好的隔热、隔声效果，独特的泡孔结构为此提供了足够的保障；

(2)良好的阻燃性，抗明火、不发烟、不产生有害气体；

(3)质量轻，现有商品化低密度能够达到5kg/m3；

(4)具有柔性和回弹性；

(5)易于安装、维护，不容易损坏，寿命长；

(6)耐高、低温，长期可耐250~300℃的高温，-269℃液氮中仍不会脆断；

(7)环境友好，不含卤素或消耗臭氧物质。

鉴于聚酰亚胺泡沫具有以上诸多优良的性能，因而近年来在航空、航天、船舶舰艇等领域有着广泛的应用。

1、航空领域中的应用

航空飞行器要求所采用的材料在满足其他性能的基础上尽可能的轻质，以节省燃油，提高载重量和效率。一种海绵状的、轻的聚酰亚胺泡沫材料耐燃温度达800F，而且即使在该温度下，该泡沫材料也仅仅是炭化、分解。这种新的有弹性、隔热、降噪、耐高低温、耐燃特性的材料可使飞行中的事故减少。如果由于外部燃油起火造成事故，该材料还能延长飞机乘客的救生时间2~5min。

目前波音、洛克希德马丁、通用、空客和道尼尔等航空巨头在其所制造的飞行器上广泛使用聚酰亚胺泡沫，不仅仅是大型航空飞行器，民用小型飞机也广泛采用聚酰亚胺泡沫作为夹层材料使用。由于聚酰亚胺泡沫优良的性能，因而其是飞机等航空飞行器的理想泡沫材料。

目前航空飞行器座椅使用的都是聚氨酯弹性泡沫，其缺点是易燃。聚酰亚胺泡沫具有阻燃性、自熄性、耐火焰穿透，可以有效弥补聚氨酯泡沫的缺陷。但是其缺乏足够的柔软度和舒适感，因此限制了其在座椅的应用，各国也是处于研发阶段，美国在早期就开始布局研发座椅上的应用，INDYKE等用丁二酸或其酸酐与芳香酸酐组合混合酸酐再与芳香二胺及杂环二胺反应得到弹性聚酰亚胺泡沫，经过疲劳测试，样品可重复使用100000次以上，适合作为航空座椅的材料。

航空航天领域 图源：深圳麦克斯泰

2、航天领域中的应用

在航天飞行器上，如航天飞机、空间站、火星探测器、登月舱，由于其特殊的作业环境，使得部件上的材料不仅要承受飞行带来的高温，同时还要具备轻质、阻燃、吸声和减震等性能。为此，NASA启动了“高速飞行器计划”来研制能满足在极端环境下使用的材料，TEEK系列聚酰亚胺泡沫在此过程中应运而生。

聚酰亚胺泡沫被用做低温贮箱、透波材料、机身隔热体系和飞行器的座椅，还可将聚酰亚胺制作成蜂窝结构材料等。用聚酰亚胺泡沫-铝-聚酰亚胺泡沫制备的隔热体系能在-217℃和超声速飞行环境204℃中保持良好的隔热性能。

在隔热保温方面，特别是低温贮箱隔热体系中，先进的液氢燃料飞行器要求使用更加有效、有强韧性能的低温隔热材料，能在超声速飞行中保持良好的隔热性能，防止液料沸腾，阻止空气在箱体外壁液化作用。一般的通用类材料很难达到这种高低温要求如此苛刻的情况。

聚酰亚胺泡沫不仅是在隔热保温系统方面发挥重要的作用，在缓冲系统中也起到非常重要的作用，美国火星探测车使用聚酰亚胺泡沫填充物，用于减缓车轮在运行中的振动，使它在严酷的火星环境中经受考验。哈勃太空望远镜太阳能电池帆板中所用的夹层中间填充的聚酰亚胺泡沫塑料，可减少发射过程中太阳能电池板的振动，起到缓冲保护的作用。

3、船舶舰艇领域中的应用

目前，美国海军已将聚酰亚胺泡沫用作所有水面战舰和潜艇的隔热隔声材料，Solimide系列聚酰亚胺泡沫已被15个国家指定用于海军船舶的隔热隔声体系。并在民用船舶，如豪华游轮、快艇、液化天然气船上也得到广泛的应用。采用该材料可以有效减轻船体的重量，起到降低油耗和增加载运量的作用。

聚酰亚胺泡沫在舰船上的应用场合包括以下几个方面：

(1)有隔热、隔声要求的船侧壳体、舱壁、舱顶；

(2)船上高于37℃的冷却水管线，高温蒸汽管线；

(3)要求做声音透射损失处理的潜艇壳体和框架部件；

(4)为了防止结雾需要进行热和蒸汽隔离处理的潜艇壳体和框架部件；

(5)低温容器的保温。

美国及其它西方发达国家无论是水面舰艇上还是在潜艇上，都已广泛应用聚酰亚胺泡沫作为隔热隔声材料，其优点显而易见，其成本也是经济的。随着技术的发展，聚酰亚胺泡沫的制造成本会进一步降低，而新的制造工艺如现场发泡等等不仅可降低成本，而且可使聚酰亚胺的使用和维护更加方便。特别是国际社会对环保要求越来越严厉，开发和应用无须氟利昂类发泡剂发泡的聚酰亚胺泡沫材料，是非常必要的。

图源：江西先材纳米

4、轨道列车上的应用

赵明等针对高速列车隔声降噪的需求，探讨了玻璃钢复合材料中纤维层数和面密度对材料隔声量的影响规律，以玻璃钢和聚酰亚胺泡沫材料为基础设计了复合材料隔声结构。实验结果表明，玻璃钢中纤维层数越多，隔声量越大，纤维面密度越大；复合材料隔声量越大；玻璃钢与聚酰亚胺泡沫材料复合能够明显提高隔声量，并且隔声量随着聚酰亚胺泡沫厚度的增加逐渐增大。

解建坤等发明一种地铁车辆用轻量化高隔声复合地板，分别设置与铝型材上下表面的上层约束阻尼结构和下层阻尼结构，上层约束阻尼结构上方依次叠置有聚酰亚胺泡沫和轻质隔音垫，下层设置轻质微穿孔板。铝箔和阻尼贴片形成的约束阻尼结构可以有效降低地板铝型材的振动，起到中低频降噪作用。

上表面轻质隔音垫+聚酰亚胺泡沫的组合可以有效提高地板铝型材的中高频隔声性能，具有在100~3150HZ频带的范围内实现有效的宽频隔声。并且基于整体封装结构可直接应用于实际工程，不受安装条件影响，降噪效果稳定，可广泛应用于地铁车辆的降噪结构设计。

5、在锂电池行业的应用

聚酰亚胺泡沫兼具聚酰亚胺树脂和多孔材料的性能优点，具有隔热及高效保温效果，又有缓冲减震效果。能够填充电芯之间的间隙、容纳电芯公差、吸收电芯膨胀产生的应力。在电芯热失控时，可以抑制热扩散，延缓事故发生，极大程度上减低因单个电芯的高热传导而引发的连锁失控。同时高密度的聚酰亚胺泡沫能够在PACK箱体中的箱底、箱体四周和箱盖起到缓冲、隔热、防火等作用。

有下列高质的性能优势，为新能源行业的高速发展起到关键的作用：

6、建筑工业领域中的应用

相比较其它传统的泡沫材料，聚酰亚胺泡沫具有更佳的阻燃性能、耐热性能、隔热性能和吸声性能，使得其在建筑工业领域中环境特殊的场所发挥了重要的作用，如通风管道、管道保温、吸音降噪、高温隔热等。

在建筑工业领域使用聚酰亚胺泡沫材料不仅能够使得重量减轻，满足耐热、隔热、吸声的功能需求，同时保持良好的耐火性能，聚酰亚胺泡沫可起到热阻碍作用，减少环境的热负荷，并防止其他可燃材料着火，有效地防止火灾事故的发生，减少人民生命财产安全的隐患。

7、其它领域的应用

图源：深圳麦克斯泰

民用的汽车中的车顶、支撑住或者车门填充物，发动机舱隔音垫，变速箱隔音罩，燃气热水器的吸音罩，壁炉减震缓冲等等。聚酰亚胺泡沫凭借其自身的独特性能，在各种工业领域体现了它的独有价值。

8、结语

聚酰亚胺泡沫在航天航空、航海、军工等领域有着广泛的前景。随着制造业的不断发展，对于材料的性能要求日益提升，聚酰亚胺泡沫具有轻质、耐高低温、环保、隔音降噪等优点有望在精密电子、大型仪器、医疗等领域得到应用。