聚酰亞胺產業鏈全景圖

【前言】

可以折疊的曲面屏手機，已經走進了我們的生活！今天我們介紹這種可以折疊的材料—柔性AMOLED用聚酰亞胺。聚酰亞胺（PI）是一種高分子材料，是主鏈段中含有酰亞胺環的一類聚合物。對于聚酰亞胺的分類：從組成成分上分為脂肪族、半芳香族、芳香族和光敏性聚酰亞胺（PSPI）等，從可運輸產品分類（依據國標GB/T 7635.1-2002）分為聚酰亞胺制非泡沫型塑料扁條、電子元器件專用聚酰亞胺薄膜、印刷電路用聚酰亞胺玻璃布層壓板等，從形態上分為聚酰亞胺纖維、聚酰亞胺薄膜、聚酰亞胺泡沫和聚酰亞胺樹脂等。

圖1?聚酰亞胺產業全景圖（圖片來源：供稿人提供）

01【聚酰亞胺的合成】

聚酰亞胺（Polyimide，PI）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。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或在大分子反應中形成酰亞胺環；第二類是以含有酰亞胺環的單體合成聚酰亞胺。第一類合成方法主要包括：由二酐和二胺反應形成聚酰亞胺；由四元酸和二元胺反應形成聚酰亞胺；由四元酸的二元酯和二光胺反應獲得聚酰亞胺，由二酐和二異氰酸酯反應獲得聚酰亞胺等。在第二類合成方法中，幾乎所有通用的縮聚反應都已被用來由帶酰亞胺環的單體合成各種帶酰亞胺環的聚合物，如聚酯酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚碳酸酯酰亞胺、聚氨基甲酸酯酰亞胺等。

代表性產品：具有代表性的是以美國杜邦公司1960年開發成功的Kapton薄膜，它是由均苯四酸二酐PMDA與二苯醚二胺ODA為原料經兩步法(即二胺二酐先聚合成聚酰胺酸，再亞胺化生成聚酰亞胺)聚合而成，40多年后的今天它仍然是在高耐熱塑料中合成優異的高分子材料的代表性方法。

具體步驟：二酐與二胺合成聚酰亞胺，按合成工藝，一般可分為一步法、兩步法、三步法和氣相沉積法4種方法，其中兩步法是合成聚酰亞胺最簡單也是最普遍的方法。兩步法主要用于制備芳香族PI。第l步先將二酐和二胺溶解在非質子極性溶劑中[如DMF、二甲基乙酰胺(DMAC)、N一甲基吡咯烷酮(NMP)等]，于較低溫度下先反應制得PI預聚體-PAA溶液。由于二酐容易被空氣或溶劑中的水分水解，得到的鄰位二酸在低溫下不能與二胺反應生成酰胺，從而影響PAA的分子質量。為了獲得高分子質量的PAA，使用前應將反應器、溶劑干燥，二酐應在使用前妥善保存以防止水解。對于對水特別敏感的二酐(如均苯四酸二酐)，最好脫水后馬上就用。反應時應將二酐以固態形式分批加入到二胺溶液中，同

時攪拌，必要時還需冷卻。然而，在實際應用時，分子質量太高的PAA由于黏度過高而不便于加工。所以，可以根據需要，在生產過程中采取多加或少加二酐來調節分子質量。有人提出二酐與二胺的最佳配比為1.015—1.020。等物質的量比或二酐過量將使黏度下降。

02【聚酰亞胺薄膜】

聚酰亞胺應用最早的就是PI薄膜，也就是上文提到的柔性顯示材料。PI薄膜的發展最早是電工級發動機絕緣槽或電纜包覆材料，再發展到微電子行業中的撓性覆銅板基膜（FCCL），以及近幾年最熱的柔性顯示用高透明PI與5G應用高頻低介電PI薄膜等。

代表性企業：安徽國風塑業、深圳瑞華泰、國風新材、上海宇部化工科技有限公司

2020年4月1日，國風塑業披露定增預案，擬非公開發行不超過2.22億股，募集資金總額不超過9億元，投向“高性能微電子級聚酰亞胺膜材料項目”及補充流動資金。公司擬建設6條聚酰亞胺薄膜生產線，其中2條生產線以自籌資金先期投入，預計達產后年產聚酰亞胺薄膜790噸。2020年7月1日，國風塑業發布半年度業績預告，預計上半年盈利2280~2960萬元，同比增長50%至100%。公司主營業務經營效益較上年同期大幅提高，預計扣非后歸屬于母公司的凈利潤同比增長約200%。2020年6月24日，深圳瑞華泰薄膜科技股份有限公司提交的科創板IPO獲上交所受理。公開的招股說明書顯示，公司擬募集資金4億元，投資項目計劃新增1600噸高性能聚酰亞胺薄膜產能，項目由嘉興瑞華泰實施，主要產品包括熱控PI薄膜、電子PI薄膜、電工PI薄膜、特種功能PI薄膜等系列產品。

目前Pl薄膜生產商開發了多種商品化的高性能PI膜，由于研發層次及難度很高，目前PI薄膜產業以杜邦（Dupont）、日本宇部興產（Ube）、鐘淵化學（Kaneka）、日本三菱瓦斯MGC、韓國SKCK－OLONPI和臺灣地區達邁為主要生產商，合計占據全球超過85％的市場份額。經過多年的積累，我國聚酰亞胺薄膜企業已經在高端領域上取得了不少突破。

表1 2019年中國PI膜生產廠商產能匯總（資料來源：前瞻產業研究院整理）

03【聚酰亞胺纖維】

聚酰亞胺纖維是一種重要的高性能纖維，其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、耐熱性等方面與芳綸和聚苯硫醚纖維相比都更為優越，高性能聚酰亞胺纖維的強度比芳綸高出約1倍，是目前力學性能最好的有機合成纖維之一。值得一提的是，傳統的聚酰亞胺應用于軍品居多，目前對于聚酰亞胺應用正在向民品偏移。

代表企業：長春高琦、江蘇先諾、江蘇奧神

圖2 江蘇先諾公司聚酰亞胺纖維產品圖（圖片來源：江蘇先諾公司產品官網）

其中長春高琦對于聚酰亞胺的研究、開發、生產已形成良好的產業循環，是目前國內聚酰亞胺纖維發展的先驅企業。江蘇先諾公司技術來源于北京化工大學，公司所生產的高性能聚酰亞胺纖維具有完全自主知識產權，于2016年通過了科技成果鑒定，同時于2020年牽頭完成了《高強高模聚酰亞胺長絲》國家標準的制定。江蘇奧神擁有自己的研發實驗室，與東華大學聯合優化生產技術。

表2 江蘇先諾公司聚酰亞胺纖維產品性能表（圖片來源：江蘇先諾公司產品說明書）

國家對于聚酰亞胺短纖維產品的性能參數及指標做了明確的要求：

表3 聚酰亞胺短纖維性能項目和指標（內容來源：GB/T 33617-2017 聚酰亞胺短纖維）

04【涉及聚酰亞胺產品的學術信息】

圖3?聚酰亞胺專利數據匯總（產品、應用和性能）（圖片來源：知網專利內容數據匯總）

通過匯總專利中有關于聚酰亞胺產品信息的內容，集中在聚酰亞胺薄膜、聚酰亞胺樹脂和熱塑性的聚酰亞胺，對于聚酰亞胺產品性能集中在導熱性能、介電性能、透光性和耐電暈性能，對于產品的應用領域集中在保護膜、顯示器。在標準中，聚酰亞胺產品也更多的涉及聚酰亞胺薄膜。

圖4 聚酰亞胺標準數據匯總（圖片來源：知網標準內容數據匯總）

根據國家新材料產業發展戰略咨詢委員會的《“十三五”新材料發展報告》，2017 年全球 PI 薄膜的市場規模為 15.2 億美元，預計 2022 年全球 PI 薄膜將達到 24.5 億美元。其中，電子顯示、柔性印刷電路（FPC）和導熱石墨膜將成為全球聚酰亞胺薄膜市場規模最大、增長最快的應用領域。在未來的日子，聚酰亞胺在國內還有很大的發展空間，而國內的聚酰亞胺企業也一定會在我國聚酰亞胺需求量逐年上漲，且高于國內產量的背景下不斷進行技術升級、產能擴大。

投稿人：金爵