改變智能手機的“黃金薄膜”：聚酰亞胺
分類：行業資訊 發布時間：2021-06-22
9月8日蘋果秋季發布會正式開始，其中外界最關注的還是iPhone14系列新手機，起步價為5999元，“皇帝”版本為1TB的iPhone 14 Pro Max售價13499元，是有史以來最貴的蘋果手機。
圖片來源：蘋果公司官網
手機的更新迭代，一次又一次地改變著我們的生活，可折疊的曲面屏手機，就是改變的開始。
這就不得不提到聚酰亞胺（Polyimide，PI）材料，它是一種高分子材料，在航空航天、空間、微電子、精密機械、醫療器械等許多高新技術領域具有廣闊的應用前景和巨大的商業價值。
聚酰亞胺（PI）材料是什么
聚酰亞胺是由二酐和二胺聚合得到，二酐和二胺品種繁多，不同的組合就可以合成不同性能的聚酰亞胺，主要可分成脂肪族和芳香族兩種類型。
芳香族PI顏色更深，具有更好的加工性、更強的耐熱性、更高的力學強度等優勢。
聚酰亞胺的合成方法可以分為兩大類，第一類是在聚合過程中，通過大分子反應形成酰亞胺環；
第二類是以含有酰亞胺環的單體合成聚酰亞胺。
由于具備多種優秀的性能，因此PI薄膜適用范圍很廣：
熱穩定性能：優異的耐低溫及高溫的特性，即使置于-269 ℃液氦中，聚酰亞胺依然不易脆斷。聚酰亞胺的熱膨脹系數低，通過調節合成聚酰亞胺單體的配比組成以及調整其生產工藝，可以控制熱膨脹系數。
力學性能：極高的拉伸強度
電學性能：擁有低介電常數以及介電損耗，絕緣性能非常好，經常作為封裝阻隔材料應用在微電子器件上。
化學穩定性：熱固性聚酰亞胺薄膜擁有優秀的耐稀酸腐蝕、疏水性、耐有機溶劑侵蝕以及耐油等特性，通過堿性水進行解，二胺和二酐單體的可回收利用率大約在 80%~90%左右。
抗輻射：聚酰亞胺擁有優異的耐輻射功能，即使經過高強度的輻射作用，它的各項性能并不產生比較明顯的改變。
國內外聚酰亞胺相關龍頭
美國杜邦，從1950年起就開始了耐高溫聚合物的研究，1962年芳香族聚酰亞胺開始在布法羅試生產，取名為“H”型薄膜。1965年開始大規模生產，并登記商品名為Kapton”。
日本三菱瓦斯MGC是目前全球唯一有能力真正工業化生產透明PI薄膜的廠商，滿足高耐熱、高透明所需電子產品的需求，產品主要應用于軟性顯示器相關產品及光學原件。
此外還有韓國SKCKOLONPI（SKC）、日本宇部興產、日本鐘淵化工等。
我國是世界上開發PI薄膜最早的國家之一，但全球高性能PI薄膜的研發和制造技術，被美日韓等國壟斷，占據著全球約90%的市場份額。
上世紀70年代，我國就成功研制出流涎法生產均苯型PI薄膜的工藝路線；
1978年，研制了雙軸定向PI薄膜的專用設備；
1993年，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家企業采用流延法雙向拉伸工藝制造PI薄膜，相繼進行雙向拉伸PI薄膜的產業化開發。
國產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。
PI能做什么，怎么用？
眾多的聚合物中，聚酰亞胺是唯一具有廣泛應用領域且在每個應用領域都性能突出的聚合物，其產品類型及應用如下：
薄膜：聚酰亞胺的電絕緣能力優異，介電損耗跟介電常數較小，因此PI薄膜可以作為介電絕緣材料；極高的耐化學特性，使得PI薄膜常被用在微電子類型的封裝器件上作為封裝阻隔材料，減少外界環境對于電子器件造成的影響。
纖維：耐高溫聚酰亞胺纖維是目前使用溫度最高的有機合成纖維之一，在耐光性、吸水性、耐熱性等方面表現優異，可用于航空航天領域的輕質電纜護套、耐高溫特種編織電纜、大口徑展開式衛星 天線張力索等，環保領域的高溫除塵過濾材料及防火材料。
泡沫塑料：PI泡沫目前最重要的應用是艦艇用隔熱降噪材料，現已越來越多地應用在航空航天、遠洋運輸、國防和微電子等高新技術領域中的隔熱、減震降噪和絕緣等領域，在民用船，如豪華游輪、快艇、液化天然氣船上也有廣泛應用。
聚酰亞胺泡沫可分為三類：
- PI泡沫，將酰亞胺作為主鏈的泡沫材料，使用溫度達到300℃以上（PI泡沫）
- PMI泡沫，酰亞胺環以側基方式存在的泡沫材料
- 納米泡沫材料，將熱不穩定的脂肪鏈段引入聚酰亞胺中在高溫下裂解而得到
PMI是目前綜合性能最優的新型高分子結構泡沫材料，是一種高比強度、高比模量、高閉孔率的復合材料泡沫芯材，具有輕質、高強、耐高/低溫等特點。PMI泡沫作為最為優異的結構泡沫芯材，廣泛用于風機葉片，直升機葉片等領域中。
復合材料：纖維增強復合材料是鎂鋁合金之后的新一代輕量化材料，是目前使用溫度最高的樹脂基復合材料。經過近 40 年的發展，聚酰亞胺耐高溫樹脂基復合材料已經發展到了第四代，能夠在 450℃下長時間使用。
光敏性聚酰亞胺（PSPI）：PSPI是一類在高分子鏈上兼有亞胺環以及光敏基因，集優異的熱穩定性、機械性能和感光性能良好的有機材料。在電子領域主要有光刻膠及電子封裝兩大作用，在光敏聚酰亞胺中添加上增感劑、穩定劑等就可以得到“聚酰亞胺光刻膠”。與傳統光刻膠相比，由于聚酰亞胺本身有著很好的介電性能，因此在使用時無需涂覆起工作介質作用的光阻隔劑，可以大大縮短工序，提高生產效率。
其他應用：不同聚酰亞胺吸濕后，其線性膨脹系數不同，運用這個原理能夠制造出測濕度的傳感器；此外，聚酰亞胺可以制作成漆狀涂層材料，應用在絕緣跟耐高溫領域；還可以與濾色鏡、液晶及聚酰亞胺取向層一起，構建液晶顯示器。
