不論是作為結構材料還是功能材料，聚酰亞胺都被各國列入21世紀最有希望的工程塑料之一。由聚酰亞胺樹脂加工而成的聚酰亞胺薄膜因其優(yōu)秀的絕緣性和機械性特別適合用作柔性印刷電路板基材和各種耐高溫電機電器絕緣材料，也被稱為“黃金薄膜”。

一、聚酰亞胺（PI）薄膜基本概述

1.聚酰亞胺薄膜的定義

聚酰亞胺（PI）薄膜是世界上性能最好的薄膜類絕緣材料，由均苯四甲酸二酐（PMDA）和二胺基二苯醚（DDE）在強極性溶劑中經縮聚并流延成膜再經亞胺化而成。具有優(yōu)良的力學性能、電性能、化學穩(wěn)定性以及很高的抗輻射性能、耐高溫和耐低溫性能（-269℃至+400℃）。

2.聚酰亞胺薄膜的性能特點

• 優(yōu)異的耐熱性。聚酰亞胺的分解溫度一般超過500℃,有時甚至更高,是目前已知的有機聚合物中熱穩(wěn)定性最高的品種之一,這主要是因為分子鏈中含有大量的芳香環(huán)。
• 優(yōu)異的機械性能。未增強的基體材料的抗張強度都在100MPa以上。用均酐制備的Kapton薄膜抗張強度為170MPa，而聯(lián)苯型聚酰亞胺(Upilex S)可達到400MPa。聚酰亞胺纖維的彈性模量可達到500MPa，僅次于碳纖維。
• 良好的化學穩(wěn)定性及耐濕熱性。聚酰亞胺材料一般不溶于有機溶劑，耐腐蝕、耐水解。改變分子設計可以得到不同結構的品種。有的品種經得起2個大氣壓下、120℃、500h的水煮。
• 良好的耐輻射性能。聚酰亞胺薄膜在5×109rad劑量輻射后,強度仍保持86%；某些聚酰亞胺纖維經1×1010rad快電子輻射后,其強度保持率為90%。
• 良好的介電性能。介電常數(shù)小于3.5，如果在分子鏈上引入氟原子,介電常數(shù)可降到2.5左右，介電損耗為10，介電強度為100至300kV/mm，體積電阻為1015-17Ω·cm。因此，含氟聚酰亞胺材料的合成是目前較為熱門的研究領域。

3.聚酰亞胺薄膜的分類

聚酰亞胺薄膜(polyimide film；PI film)包括均苯型聚酰亞胺薄膜和聯(lián)苯型聚酰亞胺薄膜兩類。前者為美國杜邦公司產品，商品名Kapton，由均苯四甲酸酐與二氨基二苯醚制得。后者由日本宇部興產公司生產，商品名Upilex，由聯(lián)苯四甲酸二酐與二苯醚二胺(R型)或間苯二胺(S型)制得。

二、聚酰亞胺（PI）薄膜的應用領域

聚酰亞胺（PI）薄膜是電力電器的關鍵性絕緣材料，廣泛應用于輸配電設備、風力發(fā)電設備、變頻電機、高速牽引電機及高壓變壓器等的制造。例如，我國目前正在發(fā)展的300km/h高速軌道交通系統(tǒng)必須采用耐高溫的聚酰亞胺（PI）薄膜作為主絕緣材料；風力發(fā)電設備的整流器、變頻器和變壓器等都需要采用聚酰亞胺（PI）絕緣薄膜；另外，耐電暈聚酰亞胺（PI）薄膜一直是變頻調速節(jié)能電機的關鍵絕緣材料。

聚酰亞胺（PI）薄膜性能優(yōu)異，在多個領域具備難以替代的作用，主要包括四個方面：絕緣材料、撓性覆銅板、繞包電磁線以及在高新技術產業(yè)方面的新型應用。

1.軌交類絕緣材料

聚酰亞胺（PI）薄膜廣泛應用于輸配電設備、變頻電機、高速牽引電機、高壓變壓器等的制造。在目前常用的電工絕緣薄膜中占有獨特的地位。高性能聚酰亞胺（PI）薄膜還可用作大功率電力機車、交流發(fā)電機、抗輻射電機及各種精密電機的絕緣，這部分產品技術難度大，附加值較高。

以鐵路機車牽引電機為例，因受機車空間的限制，牽引電機不斷向大功率化和小型輕量化方向發(fā)展，提高牽引電機的功率系數(shù)（功率重量比）尤為重要。牽引電機要獲得較高的功率系數(shù)最為常見的做法有兩種，分別是提高工作溫度和減薄主絕緣厚度。

• 提高工作溫度：電機絕緣系統(tǒng)每上升一個絕緣等級（絕緣等級越高則其最高允許溫度越高），電機的輸出功率將提高10%~15%左右。
• 減薄主絕緣厚度：減薄絕緣厚度有利于增加電機繞組導體的有效面積、提高電機的槽滿系數(shù)，最終實現(xiàn)提高電機的功率。

2.撓性覆銅板（FCCL）

撓性覆銅板是廣泛應用于電子工業(yè)、汽車工業(yè)、信息產業(yè)、各種國防工業(yè)所用撓性印刷電路（FPC）的主要材料。在該領域聚酰亞胺薄膜主要用作絕緣基膜以及覆蓋膜。撓性印刷電路板非常適合三維空間安裝，使布線更為合理、結構更緊湊，節(jié)省了安裝空間，滿足了電子設備輕、薄、短小化要求，廣泛應用于手機、數(shù)碼相機、筆記本電腦等電子設備中。由于撓性覆銅板需要其基膜和覆蓋膜具備柔性、絕緣性能優(yōu)異、耐熱性好、機械強度強度高這四個特點，聚酰亞胺（PI）薄膜是撓性覆銅板制造中的最優(yōu)選擇。

柔性電路板（FPC）占印制線電路板（PCB）比例逐漸提升，行業(yè)增速穩(wěn)定，隨著全球電子行業(yè)增長放緩，印制線電路板（PCB）行業(yè)近年來整體增速較低，而柔性電路板（FPC）作為手機、數(shù)碼相機等小型化設備的重要元件，近10年年均復合增長率達到9%。

國內FPC產業(yè)一直保持了較為良好的增長勢頭，近年來年均復合增長率超過11%，高于全球FPC增速，目前大陸地區(qū)FPC產量已超過全球產量的40%，是全球最大的FPC市場之一，對于PI薄膜的需求量極大。

3.繞包電磁線

聚酰亞胺?。≒I）膜涂覆全氟乙丙烯乳液后，可制成粘膠帶包繞在裸銅線上，隨后經過高溫燒制，冷卻壓縮等步驟能夠制得防潮性能、電性能、抗切通性能優(yōu)異的繞包電磁性。

由于匝間絕緣厚度比傳統(tǒng)的雙絲漆包線減薄約1/3，因此可縮小電機體積，提高電機可靠性，因而廣泛應用在宇宙飛船、高壓電機、機車牽引電機等高端電機領域。

4.高新技術產業(yè)

1）合成高分子碳膜

目前高端消費電子中，單層高導熱石墨膜的導熱性能已經難以滿足其需求，高導熱石墨膜正在經歷由傳統(tǒng)單層石墨膜向復合型石墨膜發(fā)展的發(fā)展過程。由于復合型石墨膜特殊的堆疊方式及結構，使得其導熱性能更為優(yōu)異，相應的制造工序也更為復雜，售價更高。

高導熱石墨膜一方面享有高端消費電子持續(xù)增長帶來的需求增長，同時也面臨產品更新?lián)Q代帶來的單價及利潤提升，未來市場空間可觀。

2）柔性電子器件柔性襯底

柔性襯底是柔性電子器件的重要組成部分，也是柔性電子器件中與傳統(tǒng)電路的最大區(qū)別。柔性襯底材料的不斷優(yōu)化和完善，促進了柔性LCD及OLED、柔性太陽能電池板、電子皮膚等領域的發(fā)展。

柔性襯底材料具備條件：

• 具有良好的透光性，500nm以上波長的透光率超過90%。
• 要有良好的耐熱性，為滿足磁控濺射等工藝條件的需要，玻璃化轉變溫度應該在250℃以上，并能保持良好的機械強度。
• 襯底和薄膜間要有一定的親和性，這影響到薄膜在襯底上的附著性。

三、全球聚酰亞胺（PI）薄膜行業(yè)發(fā)展狀況

新思界產業(yè)研究中心出具的《2019年全球及中國聚酰亞胺薄膜產業(yè)深度研究報告》顯示，2018年全球聚酰亞胺薄膜市場規(guī)模為14億美元，到2023年將達到26億美元，2018-2023年之間的復合年增長率為12.5%。電子行業(yè)需求增加、汽車行業(yè)不斷增長、與其他聚合物相比的熱能優(yōu)越等，是推動聚酰亞胺薄膜市場發(fā)展的關鍵因素。

1.國際市場

根據(jù)2021年國際市場統(tǒng)計，2021年全球聚酰亞胺薄膜市場規(guī)模約為22億美元，預計到2022年全球聚酰亞胺（PI）薄膜材料的市場規(guī)模將達到24.5億美元。目前，從全球市場來看，包括美國杜邦公司、日本鐘淵化學工業(yè)株式會社、日本東麗株式會社、日本宇部興產株式會社和韓國SKC Kolon PI公司在內的美、日、韓企業(yè)占據(jù)了整個行業(yè)近80%的產能，其中美國杜邦公司2021年產量約為3500噸，占比超過全球總產量的20%。

2.國內市場

我國是世界上開發(fā)聚酰亞胺（PI）薄膜最早的國家之一。但全球高性能聚酰亞胺（PI）薄膜的研發(fā)和制造技術完全被美日韓等國壟斷，它們控制著全球約90%的市場份額。

上世紀70年代，由原機械部和化工部牽頭在中科院長春應化所、華東化工學院等單位研究成果的基礎上，上海合成樹脂研究所（簡稱上海所）和第一機械工業(yè)部北京電器科學研究院 (現(xiàn)桂林電器科學研究院有限公司，簡稱桂林電科院)分別用浸漬法和流涎法工藝制造聚酰亞胺（PI）薄膜，上海革新塑料廠最早投產年產5t浸漬法聚酰亞胺（PI）薄膜，桂林電科院與天津絕緣材料廠、華東化工學院協(xié)作研制成功流涎法生產均苯型PI薄膜的工藝路線。

1978年，桂林電科院與機械部第七設計研究院共同協(xié)作，研制了雙軸定向聚酰亞胺（PI）薄膜的專用設備。

1993年，深圳興邦電工器材有限公司完成國內第一條產能60t/y、幅寬650~700mm的雙軸定向PI薄膜的工業(yè)化生產線。

2002年，國內PI薄膜產能約750t/y，2004年產能增加到1500t/y，2009年產能達到4000t/y。

2004～2009年，國內聚酰亞胺（PI）薄膜的產能和產量均以每年20%以上的速率增長。

2011 年以來，國內聚酰亞胺（PI）薄膜的需求量超過3000t/y，銷售額約10~12億元。

目前，國內已有深圳瑞華泰、溧陽華晶、山東萬達、無錫高拓、桂林電科院、江陰天華等近10家企業(yè)采用流延法雙向拉伸工藝制造聚酰亞胺（PI）薄膜，相繼進行雙向拉伸聚酰亞胺（PI）薄膜的產業(yè)化開發(fā)。國產聚酰亞胺（PI）薄膜90%以上應用于絕緣材料領域，年消費量3000~5000t，年進口量為800～900t。

隨著我國高新技術產業(yè)快速發(fā)展，國內市場對聚酰亞胺（PI）薄膜的需求持續(xù)增加，年均復合增長率達到12%，2021年，我國聚酰亞胺薄膜市場需求量達到1.5萬噸，價格定位也從2011年的85.4萬元/噸下降至2021年的65.0萬元/噸。近年來，國內專業(yè)制造商加速發(fā)展，國產化聚酰亞胺（PI）薄膜逐漸實現(xiàn)進口替代，其中，深圳瑞華泰薄膜科技股份有限公司產品銷量的全球市場占比約4%，標志國產PI薄膜正式跨入全球競爭行列。

四、我國聚酰亞胺（PI）薄膜產業(yè)發(fā)展遇到的問題

我國是全球最大電子零組件生產基地，在技術與產品布局方面，國內PI薄膜制造廠商與全球主要生產廠商仍有一段距離，國內PI薄膜產業(yè)還存在以下問題：

1.國內現(xiàn)狀使得國內制造企業(yè)無法培養(yǎng)高層次的技術人才；生產良率仍低于國際水平；工資持續(xù)上漲，削弱了當?shù)厣a的優(yōu)勢；融資渠道較為局限；產業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，在缺乏新興產品驅動下造成PI薄膜制造廠商同質化競爭態(tài)勢愈來愈明顯等。

2.日商、韓商、臺商持續(xù)提升生產技術水平，搶占國內龐大的消費市場；中、低階產品一直存在著價格下降的壓力；成本持續(xù)上升、經營環(huán)境不確定性增加；受國際經濟環(huán)境波動巨大等。

3.國內生產的聚酰亞胺（PI）薄膜與國外同類產品在質量方面仍存在一定差距，如力學性能稍低，外觀質量稍差，熱收縮率稍高等問題。

五、聚酰亞胺（PI）薄膜市場前景

聚酰亞胺（PI）薄膜目前是世界上性能最好的絕緣薄膜材料，同時也是制約我國發(fā)展高新技術產業(yè)的三大瓶頸關鍵性合成材料之一。隨著科技的日新月異與工業(yè)技術的蓬勃發(fā)展，聚酰亞胺（PI）薄膜除符合各類產品的物性要求外，更具有高強度、高韌性、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕等特殊性能，符合輕、薄、短、小、高可靠性的設計要求。

近年來，高性能聚酰亞胺（PI）薄膜在高階撓性印制電路板（FPC）、LED、電子通訊及光電顯示等產業(yè)的新應用使得新型PI 薄膜需求日益增多，在工業(yè)發(fā)展上扮演著越來越重要的角色。

隨著電工、電子行業(yè)的迅速發(fā)展，國內聚酰亞胺（PI）薄膜材料制造廠商開發(fā)了多種商品化的高性能與功能化PI薄膜，如桂林電科院、江陰天華、深圳瑞華泰等開發(fā)的高尺寸穩(wěn)定性薄膜；桂林電科院、蘇州嘉銀、寧波今山電子等開發(fā)的黑色PI薄膜；桂林電科院、天津天緣、天津嘉億等開發(fā)的耐電暈PI薄膜以及長春高琦開發(fā)的無色透明PI薄膜等。2010年中科院化學所與深圳瑞華泰開始合作共建以開展PI薄膜雙向拉伸、無色透明和微孔膜的產業(yè)化技術開發(fā)等研究為基礎的高性能PI薄膜材料工程技術中心，以滿足我國未來在柔性平板顯示器、汽車大功率燃料電池以及有機薄膜太陽能電池等新型高技術產業(yè)發(fā)展的需求。

進入21 世紀，隨著國內電子工業(yè)的發(fā)展，尤其是柔性覆銅板（FCCL）的快速發(fā)展給聚酰亞胺薄膜市場帶來巨大的發(fā)展空間，市場需求日益增加。FCCL是廣泛應用于電子工業(yè)、汽車工業(yè)、信息產業(yè)和各種國防工業(yè)用撓性印制電路板（FPC）的主要材料，未來高性能聚酰亞胺（PI）薄膜在柔性有機薄膜太陽能電池和新一代柔性LCD和OLED顯示器產業(yè)以及鋰離子等新型動力蓄電池技術和產業(yè)將會有著廣闊的市場。

近年來PI在高階FPC應用、LED、電子通訊與光電顯示等相關產業(yè)的新應用如雨后春筍般浮現(xiàn)，新型聚酰亞胺材料的需求日益增多，如應用于手機的黑色聚酰亞胺膜產品、LED光條背光需求的白色聚酰亞胺膜產品及高導熱、超薄及可電鍍聚酰亞胺膜產品等。研發(fā)使用PI膜生產撓性太陽能電池和用于柔性顯示器的透明基板，如Ube后續(xù)研發(fā)重點是光相關材料（LED/EL）與新一代基板材料。此外，三星移動顯示公司將把TFT薄膜晶體管置于塑料基板上，使用聚酰亞胺薄膜取代基板上所存有的乙烯基塑料保護層，以避免透光率受到影響。

六、我國聚酰亞胺（PI）薄膜產業(yè)發(fā)展展望

1.多年攻關，滿足產業(yè)渴求

新材料產業(yè)研發(fā)周期長，市場導入周期也長，為了能夠快速投入生產，過去，我們曾一度試圖模仿、照搬西方的技術，而忽略了新材料的研發(fā)這一基礎性工作，無形中，反而多走了許多彎路。

2003年，在國家政策的大力扶持下，中科院化學研究所面向國家戰(zhàn)略需求，與深圳瑞華泰薄膜科技有限公司合作，共同致力于我國高性能聚酰亞胺薄膜產業(yè)化技術的研究。雙方合作，從基礎研究入手，與深圳瑞華泰緊密合作，攻克了從關鍵樹脂制備到連續(xù)雙向拉伸法等技術難題，最終掌握了具有我國自主知識產權的高性能聚酰亞胺薄膜及其專用樹脂的制造技術。

2.兩項關鍵技術，打破跨國公司壟斷

在“黃金薄膜”的研發(fā)過程中，中科院化學所和深圳瑞華泰公司攻克的兩項關鍵技術，一項是新型薄膜專用樹脂的制備方法，另一項就是連續(xù)化雙向拉伸工藝的精確控制技術。前者屬于基礎研究，后者屬于生產工藝研究。

連續(xù)雙向拉伸工藝，是通過兩個方向的連續(xù)拉伸，大大增強了薄膜的強度和尺寸穩(wěn)定性。和國內同類產品相比，所研制的高性能聚酰亞胺薄膜的拉伸性能得到明顯提高；和國外同類產品相比，其拉伸強度、伸長率和電氣絕緣性能等方面都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性，而價格卻比國外低得多。憑借著出色的性價比和本土化的優(yōu)勢，高性能聚酰亞胺薄膜進入市場后，已經表現(xiàn)出強勁的競爭力和價格優(yōu)勢。

3.未雨綢繆，站在技術制高點

中科院項目研究組表示，未來還將開展“黃金薄膜”的系列化與功能化研究，如透明薄膜、微孔膜等以滿足我國未來在柔性平板顯示器、汽車大功率燃料電池以及有機薄膜太陽能電池等新型高技術產業(yè)的需求?！斑@一系列建設項目的完成，不但將使我國成為高性能聚酰亞胺薄膜的生產大國，同時也成為制造技術的強國，為我國高新技術產業(yè)的發(fā)展建立起關鍵支柱材料的生產基地?！?/span>

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