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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。