站在金字塔頂端的PI薄膜，我國填補空白獲得行業(yè)話語權(quán)
文章來源：賢集網(wǎng) 更新時間：2024-01-12 16:38:05
|
高性能聚酰亞胺薄膜（簡稱PI膜），是當前世界上性能最好的有機高分子絕緣薄膜材料之一。高性能PI膜經(jīng)過高溫碳化石墨化后，可以得到熱導率數(shù)倍于銅的導熱石墨片，這是目前電子產(chǎn)品解決散熱問題的最佳方案。 更重要的是，PI薄膜又被稱為“黃金薄膜”，上天能助力航空飛行，下地能護航高鐵飛馳，是5G、半導體、新能源、軌道交通、航空航天等高科技領(lǐng)域里非常關(guān)鍵的絕緣材料。 用業(yè)內(nèi)一句話形容，如果沒有這張膜，以上這些事業(yè)都將被卡住脖子。 “黃金薄膜”，不是浪得虛名！ PI薄膜，薄如蟬翼，僅有15 - 20微米，一根頭發(fā)絲大小，在零下269℃-400℃的溫度范圍內(nèi)，具有穩(wěn)定而優(yōu)異的物理、化學、電學和力學性能，是一種很關(guān)鍵的絕緣材料。有著“黃金薄膜”的美稱。 它與碳纖維、芳綸纖維一起，被認為是制約中國發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的三大瓶頸性關(guān)鍵高分子材料。 優(yōu)異的耐熱性 聚酰亞胺的分解溫度一般超過500℃，有時甚至更高，是目前已知的有機聚合物中熱穩(wěn)定性最高的品種之一，這主要是因為分子鏈中含有大量的芳香環(huán)。 優(yōu)異的機械性能 未增強的基體材料的抗張強度都在100MPa以上。用均酐制備的Kapton薄膜抗張強度為170MPa，而聯(lián)苯型聚酰亞胺(Upilex S)可達到400MPa。聚酰亞胺纖維的彈性模量可達到500MPa，僅次于碳纖維。 良好的化學穩(wěn)定性及耐濕熱性 聚酰亞胺材料一般不溶于有機溶劑，耐腐蝕、耐水解。改變分子設計可以得到不同結(jié)構(gòu)的品種。有的品種經(jīng)得起2個大氣壓下、120℃、500h的水煮。 良好的耐輻射性能 聚酰亞胺薄膜在5×109rad劑量輻射后，強度仍保持86%；某些聚酰亞胺纖維經(jīng)1×1010rad快電子輻射后，其強度保持率為90%。 良好的介電性能 介電常數(shù)小于3.5，如果將氟原子引入分子鏈，介電常數(shù)可以降低至2.5，介電損耗10，體積電阻在1015-17Ωcm，非常適用于制作電路板的基材以及耐高溫電機電器絕緣材料。 一張PI膜，能占據(jù)多大話語權(quán)？ “毫不夸張地說，2010年以前，中國制造多少高鐵列車，取決于美國杜邦公司給多少‘黃金薄膜’，如果不是突破這項關(guān)鍵卡脖子技術(shù)，還會一直受制于人。”至今，拿起這張薄膜，株洲時代華鑫新材料技術(shù)有限公司（簡稱株洲華鑫新材料）總經(jīng)理兼首席專家張步峰仍感覺“沉甸甸”。 PI膜薄如蟬翼，厚度僅有15微米至20微米，在零下269℃至400℃的溫度范圍內(nèi)，具有穩(wěn)定而優(yōu)異的物理、化學、電學和力學性能，是電子、電力電器的關(guān)鍵絕緣材料。 在過去50年里，PI膜一直被國外公司壟斷，并對我國限量供貨，極大制約了國內(nèi)相關(guān)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展。“中國從美國杜邦公司購買高性能PI膜，不僅要出高價，還要提前6個月報計劃，并付完全款，甚至6個月后不能保證拿到貨。”張步峰坦言，這樣的局面嚴重阻礙了我國軌道交通、航空航天等國家高端領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 2010年，不甘“受制于人”的株洲華鑫新材料公司總經(jīng)理張步峰帶領(lǐng)團隊走上技術(shù)攻關(guān)之路。 PI膜的主要合成工藝有兩種：一種是熱亞胺法，另一種是化學亞胺法。張步峰的團隊最初選擇熱亞胺法。2013年建成生產(chǎn)線后，發(fā)現(xiàn)熱亞胺法生產(chǎn)的PI膜，品質(zhì)不穩(wěn)定，產(chǎn)品性能偏低，與高鐵列車所需的高性能PI膜，存在一定差距。 于是，張步峰帶領(lǐng)團隊轉(zhuǎn)向化學亞胺法生產(chǎn)工藝研究，從零開始，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工藝。從材料設計、制備工藝，到裝備系統(tǒng)集成設計，再到裝備系統(tǒng)調(diào)試……每個技術(shù)環(huán)節(jié)都是摸著石頭過河。攻關(guān)關(guān)鍵時刻，即裝備系統(tǒng)集成設計和調(diào)試，張步峰團隊每天要面對海量數(shù)據(jù)，工作到凌晨是常態(tài)。 經(jīng)過8年多的努力，張步峰團隊攻克了配方技術(shù)、制膜工藝和生產(chǎn)線裝備等一系列難題。2017年底，建成了國內(nèi)首條化學亞胺法PI薄膜生產(chǎn)線，成功實現(xiàn)了高性能PI膜“中國制造”，破解了困擾國內(nèi)高分子化工行業(yè)50余年的難題。 “中國薄膜”還走出了國門。“當時，韓國三星找到了我們，也找了韓國公司，看誰能率先突破高性能PI膜制造工藝。”張步峰說，最終，株洲華鑫新材料率先實現(xiàn)高性能PI膜的量產(chǎn)，經(jīng)過批量試用，產(chǎn)品品質(zhì)達到了美國、日本同類產(chǎn)品水平，憑借其性能優(yōu)良、性價比高，贏得了韓國三星的青睞，成為三星旗艦手機Galaxy S10系列的PI膜獨家供應商。 PI膜可以用在哪里？ 按應用類別的不同，PI薄膜可分為電工PI薄膜、電子PI薄膜、熱控PI薄膜、航天航空用PI薄膜、柔性顯示用CPI薄膜等。 ●電工PI薄膜 主要用于電氣絕緣領(lǐng)域，包含電機、變壓器等的高等級絕緣系統(tǒng)，關(guān)鍵特性包括耐溫等級、絕緣強度，具備耐電暈性能的產(chǎn)品，還可用于高速軌道交通和風力發(fā)電等領(lǐng)域的絕緣系統(tǒng)。 ●電子PI薄膜 主要用于電子基材領(lǐng)域，作為絕緣基膜與銅箔貼合構(gòu)成FCCL的基板部分，也可覆蓋于FPC表面起到保護作用，滿足高頻高速傳輸要求的產(chǎn)品，還可用于5G通信領(lǐng)域。 ●熱控PI薄膜 主要用于電器熱管控系統(tǒng)領(lǐng)域，如高導熱石墨膜前驅(qū)體PI薄膜經(jīng)碳化、石墨化等加工工序后制成高導熱石墨膜用于散熱和導熱，特殊設計的PI薄膜結(jié)構(gòu)具備易石墨化、適合整卷燒制等特性。 ●航天航空用PI薄膜 主要用于空間飛行器的熱控或防護材料等，需具備優(yōu)異的耐高低溫、耐輻照、低真空質(zhì)量損失和低可凝揮發(fā)物等特性。 ●柔性顯示用CPI薄膜 用于器件光學蓋板等領(lǐng)域，主要用作OLED屏幕蓋板、觸控傳感器面板等，需具備高透光率、耐彎折等特性。 “PI薄膜在半導體、電子、汽車、醫(yī)療設備、航空航天等領(lǐng)域的應用越來越廣泛，在很多不被人注意的地方都有PI的身影。這種新材料的市場空間非常大。”瑞華泰公司總經(jīng)理湯昌丹說。 國家大力支持PI薄膜發(fā)展 PI薄膜長期被國外少數(shù)企業(yè)壟斷，成為制約我國的關(guān)鍵瓶頸性高分子材料。國家政策持續(xù)支持PI薄膜業(yè)務發(fā)展，國產(chǎn)替代進程有望進一步加快。 近年來，各國都在將PI的研究、開發(fā)及利用列入21世紀化工新材料的發(fā)展重點之一。此前相關(guān)政策明確表示將PI列為先進結(jié)構(gòu)與復合材料的發(fā)展重點，此后進一步將柔性顯示用PI列為新型顯示與戰(zhàn)略性電子材料的重點專項和關(guān)鍵技術(shù)。國家政策導向?qū)I及PI薄膜的開發(fā)和生產(chǎn)予以足夠的重視和支持，為國產(chǎn)高性能PI產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。 PI薄膜是制約我國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵高分子材料，國際巨頭長期以來在PI薄膜市場占據(jù)主導地位，國內(nèi)廠商在打破壟斷方面雖取得了明顯突破，但產(chǎn)能不足和技術(shù)難點尚未攻克仍是制約國內(nèi)廠商進入高端PI薄膜市場的核心原因。在國家政策的大力支持下，國內(nèi)廠商積極進行產(chǎn)能擴張和高端產(chǎn)品研發(fā)，打破國際巨頭壟斷。 哪些企業(yè)在布局？ 全球高性能PI薄膜的研發(fā)和制造技術(shù)，主要由美國、日本和韓國企業(yè)掌握，美國杜邦、日本東麗、日本宇部興產(chǎn)、日本鐘淵化學和韓國SKPI（現(xiàn)更名為 PIAM）等廠商占據(jù)全球80%以上的市場份額。 目前，中國PI薄膜廠家在傳統(tǒng)電工絕緣領(lǐng)域形成了較強的產(chǎn)業(yè)能力，但在高端電工絕緣、電子等其他應用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化能力較弱；少數(shù)企業(yè)具備高性能PI薄膜的批量穩(wěn)定供應能力。從事該業(yè)務的主要有瑞華泰、時代新材、國風塑業(yè)、達邁科技、達勝科技等。 瑞華泰 2010年，國家發(fā)改委“1000毫米幅寬雙向拉伸連續(xù)生產(chǎn)聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)線”示范工程項目，花落已具備一定技術(shù)基礎(chǔ)的瑞華泰。這是中國第一條大幅寬PI薄膜生產(chǎn)線。 近幾年，瑞華泰陸續(xù)承擔了國家多個重大項目的材料研制工作，包括火箭、登月、探星、載人空間站、大飛機、高鐵等關(guān)鍵材料研制和預研。 時代新材 時代新材于2011年啟動PI薄膜項目研發(fā)，先后攻克了配方技術(shù)、裝備技術(shù)及制膜工藝難題，并于2017年底建成了中國首條化學亞胺法PI薄膜生產(chǎn)線。 2019年三星推出的全新旗艦手機Galaxy S10系列，該系列手機上高導熱石墨片所使用的高性能PI薄膜，70%來自株洲時代新材料科技股份有限公司的PI薄膜生產(chǎn)線。 對于研究所和企業(yè)來講，PI薄膜產(chǎn)業(yè)做大面臨的難題是什么 研究所一般均在PI薄膜進行結(jié)構(gòu)設計和基礎(chǔ)性研究工作，因為設備投入太大，國內(nèi)沒有哪個研究所真正具有生產(chǎn)線的。我們一直強調(diào)做新結(jié)構(gòu)設計，不能完全抄襲國外的，因為現(xiàn)在CPI只是雷聲大雨點小，企業(yè)做的大小都沒有問題，你抄了也不會有日本人跟你打官司，如果你一旦做的夠大或者上市，很快就被以知識產(chǎn)權(quán)的糾紛的方式干掉，打官司都打不起來。結(jié)構(gòu)設計方面的研究很多，我們結(jié)合國外一些綜述和自己這幾年的理解，做了總結(jié)和歸納。現(xiàn)在大家做CPI都逃脫不了TMFB和6FDA等含氟的單元，為了提升蓋板的模量，通常引入酰胺結(jié)構(gòu)等。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_539745.html 來源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請注明出處。 |
相關(guān)新聞
- [2024-06-28]·湖北宜化擬公開掛牌轉(zhuǎn)讓降解新材
- [2024-06-28]·廣信股份公開一項聚氨酯農(nóng)藥微膠
- [2024-06-28]·伊之密與海爾再度攜手，共筑智能
- [2024-06-28]·全球首列！更輕更節(jié)能的碳纖維地
- [2024-06-28]·稀土紅外反射中空隔熱聚酰胺纖維
- [2024-06-28]·盛禧奧在意大利開設PMMA先進回收
- [2024-06-28]·APS Elastomers推出新的耐高溫T
- [2024-06-28]·杜邦FROTH-PAK?環(huán)保型低壓雙組
- [2024-06-27]·科學家創(chuàng)制出無疲勞鐵電材料?有
- [2024-06-27]·亞納米尺度全暴露Pt團簇高效催化
主辦單位：山東省化工情報信息協(xié)會
山東省濟南市文化東路80號郵編：250014電話：0531—86399950、86399980、86399990傳真：0531—86399186
山東化工網(wǎng)在線交流：
Copyright(C)山東省化工情報信息協(xié)會 版權(quán)所有 備案號：魯ICP備2021036540號
山東省濟南市文化東路80號郵編：250014電話：0531—86399950、86399980、86399990傳真：0531—86399186
山東化工網(wǎng)在線交流：
Copyright(C)山東省化工情報信息協(xié)會 版權(quán)所有 備案號：魯ICP備2021036540號
魯公網(wǎng)安備 37010202001033號