文章重要内容

       针对传统聚酰亚胺机械性能与自修复性能的矛盾，东华大学张清华教授团队利用三元共聚的方法，在典型热塑性聚酰亚胺中引入含氢键给/受体的己二酸二酰肼柔性结构单元，从而得到含有氢键网络的聚酰亚胺薄膜。由于柔性单元的存在及氢键的温度响应性，所得的薄膜可实现机械性能与自修复效率的同步提升。

文章背景

       聚酰亚胺（PI）材料因其优异性能被广泛应用于诸多关键领域。由于材料在使用中受到的机械损伤极易导致安全事故，因此设计开发自修复聚酰亚胺材料十分重要。本征型自修复是指聚合物利用自身具有的动态化学键来实现材料损伤的自愈合，须具备断裂界面接触以及聚合物分子链运动扩散2个条件。然而刚性的PI分子链虽赋予材料很强的力学性能，但也阻碍了分子链的相互扩散。如果降低PI的刚性，分子链的自由运动能力提升，自愈能力将相应提高，但PI的机械强度也将减弱。因此，本征型自修复PI存在着自愈合性能与机械性能的矛盾。调和PI的机械性能和自愈合能力之间的矛盾是当前自修复PI领域的重要挑战。

文章概述

       近日，东华大学张清华教授团队通过三元共聚，将含有氢键给/受体的柔性己二酸二酰肼（ADH）引入到传统热塑性聚酰亚胺中，得制备得到了一种兼具优异机械性能、较高自愈合效率及良好溶解性/熔融加工性的热塑性聚酰亚胺（H-TPI）薄膜（图1）。

图1 基于柔性酰肼单元的热塑性聚酰亚胺薄膜：兼具优异的机械性能和自修复特性

如图2所示，聚合采用典型的两步法：以4,4'-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)为二酐单体，4,4'-二氨基二苯醚(ODA)和己二酸二酰肼(ADH)为二胺单体，共聚得到聚酰胺酸(PAA)前驱体溶液。随后将前驱体溶液铺膜并热亚胺化，最终得到聚酰亚胺(H-TPI)薄膜。研究团队利用多种方法证明了柔性ADH成功地进入聚合物主链。红外光谱显示出氢键形成于ADH链段中酰胺键上的C=O和N-H之间。而变温红外结果则证实了薄膜内氢键网络的温度响应性。一方面，由于分子间氢键的设计，H-TPI具有优异的机械性能；另一方面，由于第三单体中的柔性结构，聚合物链段在自修复所需温度下更容易运动，从而促进了自修复性能的提升。

图2 含有柔性酰肼单元的热塑性聚酰亚胺的合成过程

力学性能测试结果表明，柔性酰肼的引入使得薄膜内形成了氢键网络，从而有效提升了材料的力学性能，抗拉强度达到了130.5 MPa。同时，由于柔性链段和氢键网络的共同作用，该薄膜还同时表现出优异的自修复能力，在260 ℃、15 MPa条件下，5 min即可达到84.6%愈合效率（图3）。同时，该薄膜材料还展现出了良好的溶解性和熔融加工性，从而为回收再加工奠定了基础。

图3 含柔性酰肼薄膜的力学性能表征(a, b)及其自愈合后的力学性能表征结果(c, d)

本项研究通过在聚酰亚胺中引入含氢键给/受体的柔性酰肼，有效缓解了自愈合性能与机械性能之间的矛盾问题，进而为高性能自修复聚酰亚胺材料的设计和制备提供了一种新的思路和路径。

本文发表在《高分子学报》2026年第3期。论文第一作者为东华大学材料科学与工程学院硕士生郭卫平，通信联系人为张清华教授团队许青松博士。

引用本文

郭卫平,何光, 许青松, 张家霖, 李琇廷, 董杰, 赵昕, 张清华. 基于柔性酰肼的热塑性聚酰亚胺薄膜的制备及其自修复性能研究. 高分子学报, 2026, 57(3), 654-665.Guo, W. P.; He, G.; Xu, Q. S.; Zhang, J. L.; Li, X. T.; Dong, J; Zhao, X.; Zhang, Q H. Preparation and self-healing performance study of thermoplastic polyimide films based on flexible hydrazide. Acta Polymerica Sinica (in Chinese), 2026, 57(3), 654-665.