聚酰亞胺薄膜在精細化工產業研究現狀和發展趨勢

譚玉東　王旭亮

摘 要：合成聚酰亞胺薄膜最常用的方法是由二酐和二胺在非質子極性溶劑中低溫縮聚得到前體聚酰胺酸及脫水環化得到聚酰亞胺兩步，在合成了所需的聚酰胺酸后，具有一定黏性的聚酰胺酸通過特定的成型方法成為均勻、特定厚度的薄膜，隨后通過亞胺化將聚酰胺酸反應為聚酰胺酸并得到固態的聚酰亞胺薄膜，本文論述了聚酰亞胺薄膜（PI膜）應用現狀和國內產品現狀，以及聚酰聚酰亞胺薄膜的未來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發展趨勢。

關鍵詞：聚酰亞胺薄膜 應用現狀 發展趨勢

中圖分類號：TQ32 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（c）-0103-02

聚酰亞胺薄膜（PI膜）一種新型的耐高溫有機聚合物薄膜，是由芳香二酐和二胺在極強性溶劑中進行縮聚反應，獲得高分子量的聚酰胺酸溶液，環化后成為聚酰亞胺薄膜[1-3]，聚酰亞胺（Polyimides簡稱PI）是一大類主鏈上含有酞酰亞胺或丁二酰亞胺環的耐高溫聚合物，通常由二酐或二胺合成，目前是已經工業化的聚合物是使用溫度最高的材料之一，其分解溫度達到550℃～600℃，長期使用溫度可達到200℃～380℃，此外還具有優良的尺寸和氧化穩定性、耐輻照性能，絕緣性能、耐化學腐蝕、耐磨損、強度高等特點，被廣泛應用于航空、航天、機械、電氣、原子能、微電子、液晶顯示等高技術領域，并已經成為全球火箭、宇航等尖端科技領域不可缺少的材料之一。目前合成聚酰亞胺薄膜最常用的方法是由二酐和二胺在非質子極性溶劑中低溫縮聚得到前體聚酰胺酸及脫水環化得到聚酰亞胺兩步，在合成了所需的聚酰胺酸后，具有一定黏性的聚酰胺酸通過特定的成型方法成為均勻、特定厚度的薄膜，隨后通過亞胺化將聚酰胺酸反應為聚酰胺酸并得到固態的聚酰亞胺薄膜，目前較為常用的方法為流延法和流延拉伸法，相比于流延法，流延拉伸法常用于制備高性能的聚酰亞胺薄膜。在我國，流延法及浸漬法工藝均較為成熟，其中浸漬法由于產品絕緣性能較差，正逐漸被淘汰，化學亞胺法是向溫度保持在-5℃以下的聚酰胺酸溶液中加入一定量的脫水劑和觸媒，國內多數廠家只能采用熱酰亞胺化法工藝，相較而言，化學酰亞胺化法具備更多優點，例如：所需時間短、生產車速快、產能高等，聚酰亞胺（PI）薄膜經過幾十年的發展，已經成為電子、電機產品的重要原料之一。

1 聚酰亞胺薄膜應用現狀

聚酰聚酰亞胺薄膜性能優異，在多個領域具備難以替代的作用，主要包括4個方面：絕緣材料、撓性覆銅板、繞包電磁線以及在高新技術產業方面的新型應用，聚酰亞胺薄膜的一個重要應用是在撓性覆銅板上，撓性印刷電路板非常適合三維空間安裝，使布線更為合理、結構更緊湊，節省了安裝空間，滿足了電子設備輕、薄、短小化要求，廣泛應用于手機、數碼相機、筆記由于撓性覆銅板需要其基膜和覆蓋膜具備柔性、絕緣性能優異、耐熱性好、機械強度強度高這4個特點，聚酰亞胺薄膜涂覆全氟乙丙烯乳液后，可制成粘膠帶包繞在裸銅線上，隨后經過高溫燒制，冷卻壓縮等步驟能夠制得防潮性能、電性能、抗切通性能優異的繞包電磁性，聚酰亞胺薄膜的還有一個重要應用是高新技術產業——合成高分子碳膜，目前高端消費電子中，單層高導熱石墨膜的導熱性能已經難以滿足其需求，高導熱石墨膜正在經歷由傳統單層石墨膜向復合型石墨膜發展的發展過程，由于復合型石墨膜特殊的堆疊方式及結構，使得其導熱性能更為優異，目前高導熱石墨膜一方面享有高端消費電子持續增長帶來的需求增長，同時也面臨產品更新換代帶來的單價及利潤提升，未來市場空間可觀。

2 聚酰亞胺薄膜國內產品現狀

Plastics Infomart統計，2016年全球聚酰亞胺薄膜市場規模為1.85億美元，預計2017—2023年PI薄膜復合增長率將達到10.1%，市場上主流的PI薄膜是杜邦最早發明的均苯型聚酰亞胺薄膜，由均苯四甲酸二酐與4，4-二苯醚二胺制得，日本宇部后來發明了聯苯型聚酰亞胺薄膜，由聯苯四甲酸二酐與4，4-二苯醚二胺（R型）或對苯二胺（S型）制得，目前來說國內與國外聚酰亞胺薄膜常規應用己無太大區別，國產膜的優勢是價格低，電子級聚酰亞胺薄膜超過80%依賴進口，更高等級的PI薄膜則仍處于空白領域，目前國內聚酰亞胺薄膜生產商涉足多種商品化的高性能聚酰亞胺薄膜，比如深圳丹邦科技股份有限公司、安徽國風塑業股份有限公司、深圳市惠程電氣股份有限公司等，安徽國風塑業股份有限公司在基于有機發光半導體（OLED）的可撓曲的柔性電子電器得到了巨大的發展，透明聚酰亞胺薄膜（CPI）市場的需求也開始擴張，CPI克服了傳統聚酰亞胺薄膜帶有淺黃或深黃顏色的缺點，是聚酰亞胺品種中較新的一種，其優異的熱學性能很好地滿足光電材料新發展的需求，被廣泛應用在液晶取向膜、光學薄膜、柔性器件襯底膜等光電器件上；深圳市惠程電氣股份有限公司與技術合作伙伴一道配合某航天研究所合成了低黏度熱固性聚酰亞胺，與石英纖維復合后，經熱壓罐成型而制成超聲速巡航導彈雷達天線罩，并得到了成功驗證和試用，深圳市惠程電氣股份有限公開發的聚酰亞胺應用特殊方式復合玻璃纖維、石墨和硼纖維、碳纖維等后可獲得更高的強度和硬度，使該復合材料：（1）可替代金屬制造噴射發動機結構部件；（2）可用于空間監測設備中的隔熱墊、高溫臺架等；（3）可用于火箭液氫密封環、飛機裝載機密封。

3 發展趨勢

聚酰聚酰亞胺薄膜的未來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發展，從薄膜類型來看，主要包括幾個方面：超薄型、低介電常數、低收縮（0.05%以下）、TPI-PI多層復合、高強度和高模量、導電膜、無色透明、低吸水率等；中國作為全球最大的電子零組件生產基地和最大的電子消費市場，在技術和產品布局上，盡管當前國內PI薄膜制造企業與歐美和日本企業存在一定的距離，但堅信國內企業通過持續的研發投入和技術引進提升，未來一定能夠參與高端聚酰亞胺薄膜應用的市場競爭中占有一席之地。

4 結語

目前來說國內與國外聚酰亞胺薄膜常規應用己無太大區別，國產膜的優勢是價格低，至于性能上，在一些性能要求高的場合國產尚不能代替，例如，我國的低端電工級聚酰亞胺薄膜已經基本滿足國內需求，而電子級聚酰亞胺薄膜超過大部分依賴進口，隨著國內對于電子級聚酰亞胺薄膜的需求不斷提升，越來越多公司研究高性能聚酰亞胺薄膜的生產，聚酰聚酰亞胺薄膜的未來研究主要包括幾個方面：超薄型、低介電常數、低收縮（0.05%以下）、TPI-PI多層復合、高強度和高模量、導電膜、無色透明、低吸水率等，聚酰亞胺仍然還有許多問題需要解決，例如使用的結構和固化方法，我們始終相信，隨著合成技術和加工技術的進一步提高和成本的大幅度降低，具有優越綜合性能的聚酰亞胺必將在未來的材料領域中占據更為突出的地位。

參考文獻

[1] 張昌輝，周小麗，劉保健.聚酰胺酰亞胺超薄膜成膜研究[J].化工新型材料，2016（9）：64-66.

[2] 汪聰茜，陳薇，陳好紅，等.高強度高透明性聚酰亞胺膜的制備與性能研究[J].絕緣材料，2018（3）：31-34.

[3] 常健飛，于翔，張湘科，等.超臨界流體法制備聚醚酰亞胺泡沫的研究[J].塑料科技，2018（5）：62-64.