改變智能手機的“黃金薄膜”：聚酰亞胺
分類：行業(yè)資訊 發(fā)布時間：2021-06-22
9月8日蘋果秋季發(fā)布會正式開始，其中外界最關(guān)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(wǎng)
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(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(yōu)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(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)。
力學性能：極高的拉伸強度
電學性能：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(yōu)異的耐輻射功能，即使經(jīng)過高強度的輻射作用，它的各項性能并不產(chǎn)生比較明顯的改變。
國內(nèi)外聚酰亞胺相關(guān)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(chǎn)，取名為“H”型薄膜。1965年開始大規(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)品及光學原件。
此外還有韓國SKCKOLONPI（SKC）、日本宇部興產(chǎn)、日本鐘淵化工等。
我國是世界上開發(fā)PI薄膜最早的國家之一，但全球高性能PI薄膜的研發(fā)和制造技術(shù)，被美日韓等國壟斷，占據(jù)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(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)能達到4000t/y。
2004～2009年，國內(nèi)PI薄膜的產(chǎn)能和產(chǎn)量均以每年20%以上的速率增長。
2011 年以來，國內(nèi)PI薄膜的需求量超過3000t/y，銷售額約10~12億元。
目前，國內(nèi)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PI薄膜，相繼進行雙向拉伸PI薄膜的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。
國產(chǎn)PI薄膜90%以上應(yīng)用于絕緣材料領(lǐng)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(yīng)用領(lǐng)域且在每個應(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(xiàn)優(yōu)異，可用于航空航天領(lǐng)域的輕質(zhì)電纜護套、耐高溫特種編織電纜、大口徑展開式衛(wèi)星 天線張力索等，環(huán)保領(lǐng)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(yīng)用是艦艇用隔熱降噪材料，現(xiàn)已越來越多地應(yīng)用在航空航天、遠洋運輸、國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、耐高/低溫等特點。PMI泡沫作為最為優(yōu)異的結(jié)構(gòu)泡沫芯材，廣泛用于風機葉片，直升機葉片等領(lǐng)域中。
復(fù)合材料：纖維增強復(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脂基復(fù)合材料。經(jīng)過近 40 年的發(fā)展，聚酰亞胺耐高溫樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)發(fā)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(huán)以及光敏基因，集優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、機械性能和感光性能良好的有機材料。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，因此在使用時無需涂覆起工作介質(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(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。
