薄如蝉翼的PI薄膜,国内有哪些企业在布局?
聚酰亚胺薄膜(PI 薄膜)是一种高性能的有机高分子材料。它是由均苯四甲酸二酐(PMDA)和二胺基二苯醚(ODA)等单体通过缩聚反应合成聚酰亚胺树脂,然后经过流延法或拉伸法等工艺制成薄膜。
聚酰亚胺薄膜优异的性能,使其拥有“黄金薄膜”的美称,在包括电工绝缘材料、挠性覆铜板、消费电子、柔性显示、新能源、通信、芯片封装、航空航天等多个领域具有难以替代的作用。
优异的性能
高机械性能:具有较高的拉伸强度和模量,能够承受较大的外力而不易变形或损坏。例如,其拉伸强度可达到 100 - 200MPa,这使得它在需要承受一定机械载荷的应用场景中表现出色,如在柔性电路板中作为支撑材料。
优异的柔韧性:可以弯曲、折叠而不会出现破裂的情况。这种柔韧性使其成为柔性电子设备的理想材料,如可折叠手机屏幕和柔性显示器的关键组件。
良好的热稳定性:能够在很宽的温度范围内保持性能稳定。它的玻璃化转变温度(Tg)一般在 300 - 400℃之间,热分解温度可达 500 - 600℃,这意味着它可以在高温环境下使用,如在航空航天发动机附近的高温部件绝缘和电子设备的高温工作区域。
出色的电绝缘性:具有高介电强度和低介电常数,能够有效阻止电流的传导,可作为优良的电气绝缘材料。例如,在电机、变压器等电气设备中,它可以防止短路和漏电现象的发生。
耐化学腐蚀性:对大多数有机溶剂、酸和碱都具有较好的耐受性。这使得它在化工、电子电镀等环境较为恶劣的化学工业场景中能够稳定工作,不会被化学物质腐蚀而失去性能。
良好的气体阻隔性:对氧气、水蒸气等气体有较好的阻隔作用。在食品包装、电子器件封装等领域,可以有效地防止外界气体对内部产品的影响,如在食品包装中可以延长食品的保质期。
制造工艺
缩聚反应:首先是单体聚合,以二酐和二胺为原料,在有机溶剂(如 N - 甲基 - 2 - 吡咯烷酮,NMP)中进行缩聚反应,生成聚酰胺酸(PAA)溶液。这一步是合成聚酰亚胺的基础,反应条件如温度、反应时间等会影响聚酰胺酸的分子量和性能。
亚胺化过程:聚酰胺酸溶液通过热亚胺化或化学亚胺化方法转化为聚酰亚胺。热亚胺化是将 PAA 溶液在高温下处理,使酰胺酸基团脱水形成酰亚胺环;化学亚胺化则是利用化学试剂促进亚胺化反应。然后通过流延、拉伸等成型工艺将聚酰亚胺制成薄膜。
分类标准
按合成单体分:可以分为均苯型聚酰亚胺薄膜、联苯型聚酰亚胺薄膜等。不同的单体组合会导致聚酰亚胺薄膜在性能上有所差异,例如联苯型聚酰亚胺薄膜在耐高温和机械性能方面可能更具优势。
按用途分:有电子级聚酰亚胺薄膜,主要用于电子电气领域,要求高纯度、良好的电学性能;还有绝缘级聚酰亚胺薄膜,用于电气设备绝缘,侧重于绝缘性能和机械强度;以及光学级聚酰亚胺薄膜,用于显示和光学器件,对透光率等光学性能要求较高。
国内布局企业
全球PI薄膜市占率最高的企业主要是韩国、法国、美国、日本企业,PIAM(PI Advanced Materials,前身是SKC Kolon PI,阿科玛于2023年12月完成了对Glenwood Private Equity持有的韩国上市公司PI高新材料PIAM54% 股份的收购,PIAM全球PI薄膜市占率超30%)、杜邦(含东丽杜邦,杜邦太巨等超16%)、日本钟渊化学(超10%)、UBE株式会社(宇部兴产,超4%)等厂商合计占据全球 60%以上的市场份额。国内企业中,中国台湾达迈科技市占率超过10%。大陆企业虽然在高性能PI薄膜领域实现了“0”的突破,但是在产能和市占率上仍然缺乏优势。
国内PI膜生产企业如下:
第一梯队:以深圳瑞华泰薄膜科技股份有限公司为代表,该公司专业从事高性能 PI 薄膜的研发、生产和销售,产品系列丰富,包括热控 PI 薄膜、电子 PI 薄膜、电工 PI 薄膜、航天航空用 PI 薄膜、柔性显示用 CPI 薄膜等多个类别,多项产品打破国外厂商的市场垄断,掌握高性能 PI 薄膜的核心技术,形成了完整的制备技术体系。
第二梯队:有时代新材、国风新材等企业。这些企业在国内也有一定的市场份额和技术实力,在不断推进扩产规划和技术升级,积极拓展市场,提升自身在行业内的竞争力,但与第一梯队企业相比,在高性能 PI 薄膜的技术水平和市场影响力方面稍逊一筹。
第三梯队:众多规模较小的企业,技术实力相对较弱,产品主要集中在中低端市场,面临着较大的竞争压力,在高性能 PI 薄膜领域的市场占有率较低。
据 2024 年数据显示,中国的聚酰亚胺薄膜产能已达到约 8186 吨 / 年,预计到 2026 年将进一步增加至 9650 吨 / 年。
国产化替代空间广阔
中国 PI 薄膜的产业化进程发展较缓慢,在高端电工绝缘、电子等其他应用领域的产业化能力较弱,自主掌握高性能 PI 薄膜完整制备技术的企业很少,大部分企业集中在传统电工绝缘领域,产品性能和质量与国外先进水平存在一定差距,导致高性能 PI 薄膜严重依赖进口。随着中国产业结构升级和关键材料国产化需求的迫切,以及国内企业在技术研发和生产工艺上的不断进步,高性能 PI 薄膜进口替代的市场空间巨大,国内企业有望在这一过程中获得更多的市场份额,提升行业的整体竞争力。
文章来源:高性能树脂及应用、高性能膜材料编辑整理