聚酰亚胺薄膜在精细化工产业研究现状和发展趋势

谭玉东　王旭亮

摘 要：合成聚酰亚胺薄膜最常用的方法是由二酐和二胺在非质子极性溶剂中低温缩聚得到前体聚酰胺酸及脱水环化得到聚酰亚胺两步，在合成了所需的聚酰胺酸后，具有一定黏性的聚酰胺酸通过特定的成型方法成为均匀、特定厚度的薄膜，随后通过亚胺化将聚酰胺酸反应为聚酰胺酸并得到固态的聚酰亚胺薄膜，本文论述了聚酰亚胺薄膜（PI膜）应用现状和国内产品现状，以及聚酰聚酰亚胺薄膜的未来研究主要向高性能化、多功能化、易成型加工和低成本等方向发展趋势。

关键词：聚酰亚胺薄膜 应用现状 发展趋势

中图分类号：TQ32 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（c）-0103-02

聚酰亚胺薄膜（PI膜）一种新型的耐高温有机聚合物薄膜，是由芳香二酐和二胺在极强性溶剂中进行缩聚反应，获得高分子量的聚酰胺酸溶液，环化后成为聚酰亚胺薄膜[1-3]，聚酰亚胺（Polyimides简称PI）是一大类主链上含有酞酰亚胺或丁二酰亚胺环的耐高温聚合物，通常由二酐或二胺合成，目前是已经工业化的聚合物是使用温度最高的材料之一，其分解温度达到550℃～600℃，长期使用温度可达到200℃～380℃，此外还具有优良的尺寸和氧化稳定性、耐辐照性能，绝缘性能、耐化学腐蚀、耐磨损、强度高等特点，被广泛应用于航空、航天、机械、电气、原子能、微电子、液晶显示等高技术领域，并已经成为全球火箭、宇航等尖端科技领域不可缺少的材料之一。目前合成聚酰亚胺薄膜最常用的方法是由二酐和二胺在非质子极性溶剂中低温缩聚得到前体聚酰胺酸及脱水环化得到聚酰亚胺两步，在合成了所需的聚酰胺酸后，具有一定黏性的聚酰胺酸通过特定的成型方法成为均匀、特定厚度的薄膜，随后通过亚胺化将聚酰胺酸反应为聚酰胺酸并得到固态的聚酰亚胺薄膜，目前较为常用的方法为流延法和流延拉伸法，相比于流延法，流延拉伸法常用于制备高性能的聚酰亚胺薄膜。在我国，流延法及浸渍法工艺均较为成熟，其中浸渍法由于产品绝缘性能较差，正逐渐被淘汰，化学亚胺法是向温度保持在-5℃以下的聚酰胺酸溶液中加入一定量的脫水剂和触媒，国内多数厂家只能采用热酰亚胺化法工艺，相较而言，化学酰亚胺化法具备更多优点，例如：所需时间短、生产车速快、产能高等，聚酰亚胺（PI）薄膜经过几十年的发展，已经成为电子、电机产品的重要原料之一。

1 聚酰亚胺薄膜应用现状

聚酰聚酰亚胺薄膜性能优异，在多个领域具备难以替代的作用，主要包括4个方面：绝缘材料、挠性覆铜板、绕包电磁线以及在高新技术产业方面的新型应用，聚酰亚胺薄膜的一个重要应用是在挠性覆铜板上，挠性印刷电路板非常适合三维空间安装，使布线更为合理、结构更紧凑，节省了安装空间，满足了电子设备轻、薄、短小化要求，广泛应用于手机、数码相机、笔记由于挠性覆铜板需要其基膜和覆盖膜具备柔性、绝缘性能优异、耐热性好、机械强度强度高这4个特点，聚酰亚胺薄膜涂覆全氟乙丙烯乳液后，可制成粘胶带包绕在裸铜线上，随后经过高温烧制，冷却压缩等步骤能够制得防潮性能、电性能、抗切通性能优异的绕包电磁性，聚酰亚胺薄膜的还有一个重要应用是高新技术产业——合成高分子碳膜，目前高端消费电子中，单层高导热石墨膜的导热性能已经难以满足其需求，高导热石墨膜正在经历由传统单层石墨膜向复合型石墨膜发展的发展过程，由于复合型石墨膜特殊的堆叠方式及结构，使得其导热性能更为优异，目前高导热石墨膜一方面享有高端消费电子持续增长带来的需求增长，同时也面临产品更新换代带来的单价及利润提升，未来市场空间可观。

2 聚酰亚胺薄膜国内产品现状

Plastics Infomart统计，2016年全球聚酰亚胺薄膜市场规模为1.85亿美元，预计2017—2023年PI薄膜复合增长率将达到10.1%，市场上主流的PI薄膜是杜邦最早发明的均苯型聚酰亚胺薄膜，由均苯四甲酸二酐与4，4-二苯醚二胺制得，日本宇部后来发明了联苯型聚酰亚胺薄膜，由联苯四甲酸二酐与4，4-二苯醚二胺（R型）或对苯二胺（S型）制得，目前来说国内与国外聚酰亚胺薄膜常规应用己无太大区别，国产膜的优势是价格低，电子级聚酰亚胺薄膜超过80%依赖进口，更高等级的PI薄膜则仍处于空白领域，目前国内聚酰亚胺薄膜生产商涉足多种商品化的高性能聚酰亚胺薄膜，比如深圳丹邦科技股份有限公司、安徽国风塑业股份有限公司、深圳市惠程电气股份有限公司等，安徽国风塑业股份有限公司在基于有机发光半导体（OLED）的可挠曲的柔性电子电器得到了巨大的发展，透明聚酰亚胺薄膜（CPI）市场的需求也开始扩张，CPI克服了传统聚酰亚胺薄膜带有浅黄或深黄颜色的缺点，是聚酰亚胺品种中较新的一种，其优异的热学性能很好地满足光电材料新发展的需求，被广泛应用在液晶取向膜、光学薄膜、柔性器件衬底膜等光电器件上；深圳市惠程电气股份有限公司与技术合作伙伴一道配合某航天研究所合成了低黏度热固性聚酰亚胺，与石英纤维复合后，经热压罐成型而制成超声速巡航导弹雷达天线罩，并得到了成功验证和试用，深圳市惠程电气股份有限公开发的聚酰亚胺应用特殊方式复合玻璃纤维、石墨和硼纤维、碳纤维等后可获得更高的强度和硬度，使该复合材料：（1）可替代金属制造喷射发动机结构部件；（2）可用于空间监测设备中的隔热垫、高温台架等；（3）可用于火箭液氢密封环、飞机装载机密封。

3 发展趋势

聚酰聚酰亚胺薄膜的未来研究主要向高性能化、多功能化、易成型加工和低成本等方向发展，从薄膜类型来看，主要包括几个方面：超薄型、低介电常数、低收缩（0.05%以下）、TPI-PI多层复合、高强度和高模量、导电膜、无色透明、低吸水率等；中国作为全球最大的电子零组件生产基地和最大的电子消费市场，在技术和产品布局上，尽管当前国内PI薄膜制造企业与欧美和日本企业存在一定的距离，但坚信国内企业通过持续的研发投入和技术引进提升，未来一定能够参与高端聚酰亚胺薄膜应用的市场竞争中占有一席之地。

4 结语

目前来说国内与国外聚酰亚胺薄膜常规应用己无太大区别，国产膜的优势是价格低，至于性能上，在一些性能要求高的场合国产尚不能代替，例如，我国的低端电工级聚酰亚胺薄膜已经基本满足国内需求，而电子级聚酰亚胺薄膜超过大部分依赖进口，随着国内对于电子级聚酰亚胺薄膜的需求不断提升，越来越多公司研究高性能聚酰亚胺薄膜的生产，聚酰聚酰亚胺薄膜的未来研究主要包括几个方面：超薄型、低介电常数、低收缩（0.05%以下）、TPI-PI多层复合、高强度和高模量、导电膜、无色透明、低吸水率等，聚酰亚胺仍然还有许多问题需要解决，例如使用的结构和固化方法，我们始终相信，随着合成技术和加工技术的进一步提高和成本的大幅度降低，具有优越综合性能的聚酰亚胺必将在未来的材料领域中占据更为突出的地位。

参考文献

[1] 张昌辉，周小丽，刘保健.聚酰胺酰亚胺超薄膜成膜研究[J].化工新型材料，2016（9）：64-66.

[2] 汪聪茜，陈薇，陈好红，等.高强度高透明性聚酰亚胺膜的制备与性能研究[J].绝缘材料，2018（3）：31-34.

[3] 常健飞，于翔，张湘科，等.超临界流体法制备聚醚酰亚胺泡沫的研究[J].塑料科技，2018（5）：62-64.