聚酰亚胺的基本结构由两个重复单元组成：酰亚胺基团（imide）和苯环。酰亚胺基团通常由两个酰基（R-CO-）和一个亚胺基（-NH-）组成，它们通过一个碳原子连接在一起。而苯环则是由苯环的碳原子和酰亚胺基团中的氮原子共享电子形成。
在聚酰亚胺聚合物中，这些重复单元通过酰亚胺基团的互相连接而形成长链状结构。这种特殊的结构赋予了聚酰亚胺优异的性能，包括高温稳定性、耐化学腐蚀性和机械强度。
聚酰亚胺的结构式可以通过不同的表示方式来描述，其中最常见的是用带有化学键的图形表示。另外，也可以用分子式来表示，其中含有酰亚胺基团（-CO-NH-）和苯环的结构单位。
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