改變智能手機(jī)的“黃金薄膜”：聚酰亞胺
分類：行業(yè)資訊 發(fā)布時(shí)間：2021-06-22
9月8日蘋果秋季發(fā)布會(huì)正式開(kāi)始，其中外界最關(guān)注的還是iPhone14系列新手機(jī)，起步價(jià)為5999元，“皇帝”版本為1TB的iPhone 14 Pro Max售價(jià)13499元，是有史以來(lái)最貴的蘋果手機(jī)。
圖片來(lái)源：蘋果公司官網(wǎng)
手機(jī)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(jī)，就是改變的開(kāi)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(jī)械、醫(yī)療器械等許多高新技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)價(jià)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(qiáng)的耐熱性、更高的力學(xué)強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)。
聚酰亞胺的合成方法可以分為兩大類，第一類是在聚合過(guò)程中，通過(guò)大分子反應(yīng)形成酰亞胺環(huán)；
第二類是以含有酰亞胺環(huán)的單體合成聚酰亞胺。
由于具備多種優(yōu)秀的性能，因此PI薄膜適用范圍很廣：
熱穩(wěn)定性能：優(yōu)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(shù)低，通過(guò)調(diào)節(jié)合成聚酰亞胺單體的配比組成以及調(diào)整其生產(chǎn)工藝，可以控制熱膨脹系數(shù)。
力學(xué)性能：極高的拉伸強(qiáng)度
電學(xué)性能：擁有低介電常數(shù)以及介電損耗，絕緣性能非常好，經(jīng)常作為封裝阻隔材料應(yīng)用在微電子器件上。
化學(xué)穩(wěn)定性：熱固性聚酰亞胺薄膜擁有優(yōu)秀的耐稀酸腐蝕、疏水性、耐有機(jī)溶劑侵蝕以及耐油等特性，通過(guò)堿性水進(jìn)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(yōu)異的耐輻射功能，即使經(jīng)過(guò)高強(qiáng)度的輻射作用，它的各項(xiàng)性能并不產(chǎn)生比較明顯的改變。
國(guó)內(nèi)外聚酰亞胺相關(guān)龍頭
美國(guó)杜邦，從1950年起就開(kāi)始了耐高溫聚合物的研究，1962年芳香族聚酰亞胺開(kāi)始在布法羅試生產(chǎn)，取名為“H”型薄膜。1965年開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)，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(yè)化生產(chǎn)透明PI薄膜的廠商，滿足高耐熱、高透明所需電子產(chǎn)品的需求，產(chǎn)品主要應(yīng)用于軟性顯示器相關(guān)產(chǎn)品及光學(xué)原件。
此外還有韓國(guó)SKCKOLONPI（SKC）、日本宇部興產(chǎn)、日本鐘淵化工等。
我國(guó)是世界上開(kāi)發(fā)PI薄膜最早的國(guó)家之一，但全球高性能PI薄膜的研發(fā)和制造技術(shù)，被美日韓等國(guó)壟斷，占據(jù)著全球約90%的市場(chǎng)份額。
上世紀(jì)70年代，我國(guó)就成功研制出流涎法生產(chǎn)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(shè)備；
1993年，完成國(guó)內(nèi)第一條產(chǎn)能60t/y、幅寬650~700mm的雙軸定向PI薄膜的工業(yè)化生產(chǎn)線。
2002年，國(guó)內(nèi)PI薄膜產(chǎn)能約750t/y，2004年產(chǎn)能增加到1500t/y，2009年產(chǎn)能達(dá)到4000t/y。
2004～2009年，國(guó)內(nèi)PI薄膜的產(chǎn)能和產(chǎn)量均以每年20%以上的速率增長(zhǎng)。
2011 年以來(lái)，國(guó)內(nèi)PI薄膜的需求量超過(guò)3000t/y，銷售額約10~12億元。
目前，國(guó)內(nèi)已有深圳瑞華泰、溧陽(yáng)華晶、山東萬(wàn)達(dá)、無(wú)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PI薄膜，相繼進(jìn)行雙向拉伸PI薄膜的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)。
國(guó)產(chǎn)PI薄膜90%以上應(yīng)用于絕緣材料領(lǐng)域，年消費(fèi)量3000~5000t，年進(jìn)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(yīng)用領(lǐng)域且在每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都性能突出的聚合物，其產(chǎn)品類型及應(yīng)用如下：
薄膜：聚酰亞胺的電絕緣能力優(yōu)異，介電損耗跟介電常數(shù)較小，因此PI薄膜可以作為介電絕緣材料；極高的耐化學(xué)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(huán)境對(duì)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(jī)合成纖維之一，在耐光性、吸水性、耐熱性等方面表現(xiàn)優(yōu)異，可用于航空航天領(lǐng)域的輕質(zhì)電纜護(hù)套、耐高溫特種編織電纜、大口徑展開(kāi)式衛(wèi)星 天線張力索等，環(huán)保領(lǐng)域的高溫除塵過(guò)濾材料及防火材料。
泡沫塑料：PI泡沫目前最重要的應(yīng)用是艦艇用隔熱降噪材料，現(xiàn)已越來(lái)越多地應(yīng)用在航空航天、遠(yuǎn)洋運(yùn)輸、國(guó)防和微電子等高新技術(shù)領(lǐng)域中的隔熱、減震降噪和絕緣等領(lǐng)域，在民用船，如豪華游輪、快艇、液化天然氣船上也有廣泛應(yīng)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(dá)到300℃以上（PI泡沫）
- PMI泡沫，酰亞胺環(huán)以側(cè)基方式存在的泡沫材料
- 納米泡沫材料，將熱不穩(wěn)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(yōu)的新型高分子結(jié)構(gòu)泡沫材料，是一種高比強(qiáng)度、高比模量、高閉孔率的復(fù)合材料泡沫芯材，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高/低溫等特點(diǎn)。PMI泡沫作為最為優(yōu)異的結(jié)構(gòu)泡沫芯材，廣泛用于風(fēng)機(jī)葉片，直升機(jī)葉片等領(lǐng)域中。
復(fù)合材料：纖維增強(qiáng)復(fù)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(shù)脂基復(fù)合材料。經(jīng)過(guò)近 40 年的發(fā)展，聚酰亞胺耐高溫樹(shù)脂基復(fù)合材料已經(jīng)發(fā)展到了第四代，能夠在 450℃下長(zhǎng)時(shí)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(huán)以及光敏基因，集優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能和感光性能良好的有機(jī)材料。在電子領(lǐng)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(wěn)定劑等就可以得到“聚酰亞胺光刻膠”。與傳統(tǒng)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(shí)無(wú)需涂覆起工作介質(zhì)作用的光阻隔劑，可以大大縮短工序，提高生產(chǎn)效率。
其他應(yīng)用：不同聚酰亞胺吸濕后，其線性膨脹系數(shù)不同，運(yùn)用這個(gè)原理能夠制造出測(cè)濕度的傳感器；此外，聚酰亞胺可以制作成漆狀涂層材料，應(yīng)用在絕緣跟耐高溫領(lǐng)域；還可以與濾色鏡、液晶及聚酰亞胺取向?qū)右黄?，?gòu)建液晶顯示器。
