熱塑性聚酰亞胺（TPI）材料能扛住 280℃高溫還能反復塑形？

在聚酰亞胺（PI）家族中，熱塑性聚酰亞胺（TPI）是兼具“高性能”與“易加工”的特殊成員。

它通過分子結構中剛性酰亞胺環與柔性醚鍵的協同作用，打破了傳統材料“耐高溫則難加工，易加工則不耐溫”的困境。

這一特性使其曾長期被國外企業壟斷，如今隨著我國技術突破，TPI已在大飛機、新能源汽車、生物醫療等關鍵領域實現規模化應用，成為支撐“中國制造”向“中國智造”升級的核心材料之一。

核心特性與制備工藝

TPI的性能優勢體現在耐高溫、機械強度、功能特性及可持續性四大維度，多項指標達行業頂尖水平。

耐高溫方面，其玻璃化轉變溫度（Tg）達254℃，比PEEK高100℃以上，可在240℃長期穩定工作，260℃下仍保持尺寸穩定，NASA用其復合制成的航空發動機線束在200℃可連續工作5萬小時。

機械強度上，拉伸強度85MPa、模量2.4GPa，力學性能媲美鈦合金，C919抗扭箱采用碳纖維/TPI預浸帶，比鋁合金減重40%且疲勞壽命提升8倍。

功能特性上，無油環境臨界PV值居熱塑性塑料首位，摩擦系數堪比含油軸承，同時高溫高濕下介電常數穩定，擊穿電壓超30kV/mm，800V高壓電機用其包覆電磁線可使擊穿風險降低90%。

可持續性方面，加熱可重復加工，廢料再利用率超90%，強酸中浸泡2000小時無腐蝕，西門子Gamesa用其制造風電葉片實現100%化學回收。

TPI合成主要有一步法與兩步法。

一步法將二酐和二胺溶于極性非質子溶劑，加熱同步聚合與亞胺化，加入共沸物除水，產物結晶度高但僅適用于柔性單體，應用受限。

兩步法為工業主流，先由二胺與二酐縮聚生成聚酰胺酸（PAA），經紡絲、涂膜后，再通過熱或化學亞胺化脫水形成TPI，對單體適應性強，可按需調整產物性能。

多領域應用場景

憑借優異綜合性能，TPI已在多領域規模化應用。航空航天領域，除發動機線束和抗扭箱外，還用于內飾件、耐高溫電纜，飛機線束用其絕緣層可減重40%，單架寬體客機減重1.2噸，年節油超百萬美元。

新能源汽車領域，適配800V高壓電機和電池密封件需求，變速箱止推墊片換用后壽命延長3倍、維修成本降60%。

生物醫療領域，人造關節用TPI后耐磨系數比超高分子聚乙烯低3個數量級，壽命達25年，3D打印的仿生骨小梁結構可提升骨細胞增殖速度50%。

工業制造領域，浙江理工大學將SMA植入TPI基復合材料板簧，通電后強度衰減率僅7.38%可自修復，適用于重卡懸架；其細粉涂料形成的涂層絕緣耐腐，廣泛用于化工防腐、機械制造。

市場進展與未來方向

全球熱塑性復合材料市場2020年達99億美元，交通運輸領域占比超40%。技術上，中科院通過石墨烯改性將其導熱系數提升至6.8W/(m·K)，國內企業加速攻關日本東麗禁運的碳纖/TPI預浸帶。

產業化方面，盛諾科技實現噸級量產，產品耐溫指數追平三井化學AURUM?；國際空間站試驗其在軌擠出技術，未來有望太空制造替換件。

未來TPI研究將聚焦四大方向：

開發更高Tg和熱穩定性產品、提升熔融結晶速率、解決3D打印加工難題、降低生產成本。隨著產業化需求提升，其抗摩擦性、抗輻射性等開發空間將進一步釋放，我國在該領域的突破正持續提升全球制造業材料性能水平，推動高端制造發展。

隨著各領域產業化需求的提升，TPI 的開發會不斷深入。目前其在抗摩擦性、抗輻射性、阻燃性等性能的開發利用上仍有提升空間，借鑒其他熱塑性材料的產業化經驗，進一步推進 TPI 的產業化研究，將是其重要的發展方向。未來，TPI 有望在更多高端制造場景中發揮更大作用，為相關領域的技術升級提供材料支撐。