低热膨胀系数高透明性热塑性聚(酯-酰亚胺)的合成与性能研究

为解决5G光学器件对兼具低热膨胀系数(CTE)、高透明性和易加工性材料的迫切需求，研究人员通过调控对苯二酚双偏苯三酸酐(TAHQ)与联苯四甲酸二酐(s-BPDA)的共聚比例，设计出两系列热塑性聚(酯-酰亚胺)(PEsIs)。所得材料在232-273℃玻璃化转变温度(Tg )、0.19-2.40 g/10 min熔融指数(MFI)、32.1-37.1 ppm/K CTE及85%-89%透光率(T450-1550 )等性能上实现突破，为光学注塑材料提供新选择。

　　

随着5G通信技术对微型化光学元件的需求激增，传统无机玻璃的脆性与高加工能耗，以及普通聚合物过高的热膨胀系数(CTE)，成为制约光学器件发展的瓶颈。热塑性聚酰亚胺(PI)虽具优异机械性能，但普遍存在CTE偏高、透光率不足等问题。针对这一挑战，中国研究人员在《European Polymer Journal》发表研究，通过分子结构创新设计出兼具低CTE和高透明性的热塑性聚(酯-酰亚胺)(PEsIs)。

研究团队采用两步法共聚工艺，以刚性单体对苯二酚双偏苯三酸酐(TAHQ)或含叔丁基的TA-BHQ与联苯四甲酸二酐(s-BPDA)为变量，固定刚性二胺2,2′-双(三氟甲基)联苯胺(TFDB)与柔性二胺6FBAPS的比例，系统探究了酯基含量及叔丁基侧链对材料性能的影响。关键技术包括化学亚胺化合成、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征、动态机械分析(DMA)测定T_g
，以及熔融指数仪测试加工性能。

材料合成与表征
通过TMAC与BHQ的酯化反应合成TA-BHQ（Scheme 1），6FBAPS则由BPS经亲核取代反应制得（Scheme 2）。FT-IR在2964 cm^?1
处确认叔丁基C-H键特征峰。

性能调控机制
引入长链酯二酐可同步降低CTE（32.1-37.1 ppm/K）并提升热塑性（MFI达2.40 g/10 min），而叔丁基的位阻效应进一步改善溶解性与透光率（T_850-1550
≥89%）。PEsI-a4（T_g
247℃/CTE 33.4 ppm/K）和PEsI-b2（T_g
256℃/CTE 33.3 ppm/K）成为各自系列的性能最优解。

光学与热学平衡
所有PEsIs在保持85%-86%可见光透射率(T₄₅₀
)的同时，近红外区透光率达89%以上，显著优于商用Ultem树脂（CTE 55 ppm/K）。

该研究通过精准的分子结构设计，首次实现热塑性聚酰亚胺在低CTE（接近无机玻璃）、高透光性与良好加工性之间的三重突破。其创新性体现在：① 酯键与叔丁基协同调控分子链堆砌密度；② 刚性/柔性单体比例优化策略；③ 为光学注塑成型提供新材料解决方案。这项工作不仅推动5G光器件材料发展，也为多功能高分子设计提供新范式。