PEI——PEEK的平替，电介质领域的新贵

什么是PEI？

聚醚酰亚胺，简称PEI，英文名为Polyetherimide，外观呈琥珀色，是一种在刚性的聚酰亚胺长链分子中引入柔性醚键（-R-O-R-）的无定形热塑性特种工程塑料。

PEI外观

PEI的结构

PEI结构

PEI作为一种热塑性的聚酰亚胺，在保留酰亚胺环结构的同时，通过在聚合物主链中引入醚键（-R-O-R-）能显著地改善聚酰亚胺热塑性差、难以加工等问题。

PEI的特点

优点：

较高的抗拉强度，强度在110MPa以上；
较高的抗弯强度，强度在150MPa以上；
优异的热机械承载能力，热形变温度大于等于200℃；
良好的耐蠕变性能和耐疲劳性能；
优异的阻燃性能、燃烧低烟性；
具有优异的介电性和绝缘性；
优良的尺寸稳定性，低热膨胀系数；
高耐热性，能在170℃下长期使用；
能透过微波。

缺点：

含有BPA（双酚A），限制其在婴幼儿相关产品的应用；
缺口冲击敏感；
耐碱的能力一般，尤其是在加热的条件下。

PEI的制备

PEI是由间（或对）苯二胺与2，2’-双[4-（3，4-二羧基苯氧基）苯基]丙烷二酐（BPADA）在二甲基乙酰胺溶剂中经加热缩聚、成粉、亚胺化而制得。

PEI的用途

PEI具有很好的耐高温及尺寸稳定性，以及抗化学性、阻燃、电气性、高强度、高刚性等等，利用其优越的热稳定性可用来制作高温耐热器件；利用其良好的机械性能加入玻璃纤维、碳纤维或其他填料可达到增强改性的目的；这些特性也使PEI广泛应用于耐高温端子，IC底座、照明设备、FPCB（软性线路板）、液体输送设备、飞机内部零件、医疗设备和家用电器等领域。

电子电器行业

在电子电器行业，具有优良机械性能的PEI可用来制造许多零部件，如对尺寸稳定性要求较高的连接件，小型继电器的外壳、电路板等。

PEI还可用于制造精度较高的光纤元件，如光纤连接器。使用PEI代替金属来制造光纤元件，不仅可以保持零件最佳化的结构，维持更精确的尺寸，简化装配工序，还能降低制造与装配成本。此外，PEI经常用作开关、底座等一些零件，应用于仪表工业中。

汽车机械领域

可用于机械高温摩擦部件，如轴承、热交换器、汽化器外罩等。

航天领域

可用于制造飞行器的部分内部零件，如火箭引信帽，飞行器照明设备等。

医疗领域

可用作医疗外科手术器械的手柄、托盘、夹具、假肢、医用灯反射镜和牙科用具，还可用于医疗设备中，如呼吸机、麻醉机、消毒托盘、手术导板、移液管和实验室动物笼等。

家用电器领域

可用作产品包装和微波炉的托盘。

PEI用途广泛

值得一提的是，由于PEI良好的热、力学性能以及较低的介电损耗和优异的储能性能，被认为是极有前途的储能聚合物电介质材料。除了电介质储能，PEI优异的尺寸稳定性、可电镀性以及透波性使其另一个巨大的应用场景就是在5G通信方面。

光通信

PEI材料在光通信领域独领风骚，被广泛应用于光纤连接器，光收发模块光学组件。

光纤连接器光收发模块光学组件

PEI材料一是具有很好的红外穿透性，在850～1550nm光通信频段透过率达88%以上，它的高折光指数在随温度湿度变化中仍能保持恒定，可以经受长达2000小时的双85（85℃/85%湿度）苛刻测试；二是具有极佳的长期尺寸稳定性，能为信号传输提供可靠的光学对接；三是具有高强度、高模量，可取代金属制造光纤连接器，适配器以及其它结构组件；四是具有高尺寸稳定及高强度的特性，以及非常好的耐候性，可应用在光纤分光盒或基站的防水连接器领域，能满足IP67的防水要求，并显著提高产品的长期气密性和使用可靠性。

射频连接器

射频连接器绝缘子

射频连接器绝缘子需要材料提供良好的介电性能，低且稳定的介电损耗，很好的力学性能，优异的尺寸稳定性以便于组装、可靠的大规模生产性能，PEI材料在以上各个方面均能满足应用需求，已成为射频连接器绝缘子材料的首要选择。

滤波器

PEI材料作为高玻璃化转变温度的无定形材料，因其具有与铝合金相近的线性热膨胀系数，优异的耐热性和尺寸稳定性，长期可靠性，介电损耗低且稳定，可电镀，并具有良好的金属粘结性等特点，在腔体滤波器应用上显现出了其它塑料材料所不可比拟的优势。此外，使用PEI材料制成的5G基站天线腔体滤波器单元可实现高达30%的减重效果；并可通过注塑加工工艺实现大规模生产，保持批次间尺寸精度，降低生产成本。

随着5G的技术发展，产品尺寸减少，精度和力学性能要求更严格，PEI的应用优势越来越显著。

移相器

在基站天线中，PEI还被广泛应用于移相器，不管是介质移相器的介质片还是环形移相器中的PCB支架，都得益于PEI材料在较宽温度范围内良好的尺寸和介电性能的稳定性、低介电损耗及高力学强度和优异的回弹性。随着5G基站的逐步商用以及对进一步降低能耗和成本的追求，传统的介质移相器或环形移相器将有机会取代芯片移相器广泛应用于5G massive MIMO天线中。

PEI的产能分布

PEI可以说是当今产量最大、应用最广泛、最具有经济效益的聚酰亚胺产品。目前全球范围内PEI的主要厂家有SABIC、RTP、Ensinger等。常见牌号有SABIC ULTEM™、Ensinger TECAPEI。

PEI最早是在1972年由美国GE公司研制而成，1982年，GE公司率先实现PEI的工业化生产，并将其命名为ULTEM™。2007年，SABIC完成对GE塑料部门的收购，由此生产ULTEM™ PEI树脂。SABIC现拥有两个基地生产ULTEM™树脂，一个位于印第安纳州弗农山，一个位于西班牙卡塔赫纳，为了更好的服务亚洲客户，2018年，SABIC宣布在新加坡扩大ULTEM™生产产能，从而将全球产量提高50%，根据SABIC发布的2021年年度报告中信息显示，新加坡工厂将于2022年投入使用。（注：由于资料有限，暂无法确定SABIC目前PEI的产能，有数据显示2016年SABIC占有70.36%的市场份额）

但由于国内PEI产业起步较晚，市场占有率小，整体行业水平较为落后。制约行业发展最重要的问题就在于原料BPADA的生产成本过高。因此，改进BPADA 的合成工艺则显得尤为重要。

目前，我国暂未有大规模PEI生产装置。上海合成树脂研究所对于PEI的研究较早，现在拥有10吨/年PEI的中试装置，且准备建设100吨/年PEI的装置，以满足国内市场需求。

此外，2020年9月11日，中国化学工程与优巨新材料有限公司在武汉举行优巨特种工程塑料聚醚酰亚胺项目签约仪式。该项目签约，标志着国内首套高端特种工程塑料聚醚酰亚胺PEI项目进入实施阶段。

另外，根据优巨新材料的规划，将于2022年8月~2022年12月实施年产5000吨PEI树脂项目，商品牌号为PARYLS®PEI。

不得不提的PEEK

提到PEI，就不得不说说PEEK了。

PEEK外观

PEEK学名聚醚醚酮，是在主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的高聚物，属特种高分子材料。PEEK的外观呈米黄色，拥有良好的加工性、滑动和耐磨性能、良好的抗蠕变性、非常好的耐化学性、耐水解和过热蒸汽能力好、耐高温辐射，此外，它的热变形温度高，内在阻燃性好。

PEEK最早是在航空航天领域里获得应用，用来代替铝，钛等其他金属材料制造成飞机内外零部件。介于PEEK具有优良的综合性能，如今在许多特殊领域可以替代金属、陶瓷等传统材料。它的耐高温、自润滑、耐磨损和抗疲劳等特性，使之成为当今最热门的高性能工程塑料之一。

同为热塑性高分子材料，PEI的特性和PEEK较为相似，甚至可以说是PEEK的平替，下面让我们来看看两者之间的差别。

与PEEK相比，PEI的综合性能也是比较抢眼的，而它最大的优势就在于成本上，这也是一些飞机设计选材时选用PEI复合材料的主要原因，其制件的综合成本比金属、热固性复合材料和PEEK复合材料都低。

需要说明的是，虽然PEI性价比较高，但它的耐温性不算太高。在氯化溶剂中，容易发生应力开裂，耐有机溶剂的能力不如半结晶聚合物PEEK。在加工上，PEI即便具有传统热塑性工程塑料的可加工性，但需要更高的熔融温度。

责任编辑：张贤瑾

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