热塑性聚酰亚胺（TPI）材料能扛住 280℃高温还能反复塑形？

在聚酰亚胺（PI）家族中，热塑性聚酰亚胺（TPI）是兼具“高性能”与“易加工”的特殊成员。

它通过分子结构中刚性酰亚胺环与柔性醚键的协同作用，打破了传统材料“耐高温则难加工，易加工则不耐温”的困境。

这一特性使其曾长期被国外企业垄断，如今随着我国技术突破，TPI已在大飞机、新能源汽车、生物医疗等关键领域实现规模化应用，成为支撑“中国制造”向“中国智造”升级的核心材料之一。

核心特性与制备工艺

TPI的性能优势体现在耐高温、机械强度、功能特性及可持续性四大维度，多项指标达行业顶尖水平。

耐高温方面，其玻璃化转变温度（Tg）达254℃，比PEEK高100℃以上，可在240℃长期稳定工作，260℃下仍保持尺寸稳定，NASA用其复合制成的航空发动机线束在200℃可连续工作5万小时。

机械强度上，拉伸强度85MPa、模量2.4GPa，力学性能媲美钛合金，C919抗扭箱采用碳纤维/TPI预浸带，比铝合金减重40%且疲劳寿命提升8倍。

功能特性上，无油环境临界PV值居热塑性塑料首位，摩擦系数堪比含油轴承，同时高温高湿下介电常数稳定，击穿电压超30kV/mm，800V高压电机用其包覆电磁线可使击穿风险降低90%。

可持续性方面，加热可重复加工，废料再利用率超90%，强酸中浸泡2000小时无腐蚀，西门子Gamesa用其制造风电叶片实现100%化学回收。

TPI合成主要有一步法与两步法。

一步法将二酐和二胺溶于极性非质子溶剂，加热同步聚合与亚胺化，加入共沸物除水，产物结晶度高但仅适用于柔性单体，应用受限。

两步法为工业主流，先由二胺与二酐缩聚生成聚酰胺酸（PAA），经纺丝、涂膜后，再通过热或化学亚胺化脱水形成TPI，对单体适应性强，可按需调整产物性能。

多领域应用场景

凭借优异综合性能，TPI已在多领域规模化应用。航空航天领域，除发动机线束和抗扭箱外，还用于内饰件、耐高温电缆，飞机线束用其绝缘层可减重40%，单架宽体客机减重1.2吨，年节油超百万美元。

新能源汽车领域，适配800V高压电机和电池密封件需求，变速箱止推垫片换用后寿命延长3倍、维修成本降60%。

生物医疗领域，人造关节用TPI后耐磨系数比超高分子聚乙烯低3个数量级，寿命达25年，3D打印的仿生骨小梁结构可提升骨细胞增殖速度50%。

工业制造领域，浙江理工大学将SMA植入TPI基复合材料板簧，通电后强度衰减率仅7.38%可自修复，适用于重卡悬架；其细粉涂料形成的涂层绝缘耐腐，广泛用于化工防腐、机械制造。

市场进展与未来方向

全球热塑性复合材料市场2020年达99亿美元，交通运输领域占比超40%。技术上，中科院通过石墨烯改性将其导热系数提升至6.8W/(m·K)，国内企业加速攻关日本东丽禁运的碳纤/TPI预浸带。

产业化方面，盛诺科技实现吨级量产，产品耐温指数追平三井化学AURUM™；国际空间站试验其在轨挤出技术，未来有望太空制造替换件。

未来TPI研究将聚焦四大方向：

开发更高Tg和热稳定性产品、提升熔融结晶速率、解决3D打印加工难题、降低生产成本。随着产业化需求提升，其抗摩擦性、抗辐射性等开发空间将进一步释放，我国在该领域的突破正持续提升全球制造业材料性能水平，推动高端制造发展。

随着各领域产业化需求的提升，TPI 的开发会不断深入。目前其在抗摩擦性、抗辐射性、阻燃性等性能的开发利用上仍有提升空间，借鉴其他热塑性材料的产业化经验，进一步推进 TPI 的产业化研究，将是其重要的发展方向。未来，TPI 有望在更多高端制造场景中发挥更大作用，为相关领域的技术升级提供材料支撑。