聚酰亞胺材料介紹

一、聚酰亞胺基本介紹

   聚酰亞胺（Polyimide，PI）是由二酐和二胺聚合得到 主鏈上含有酰亞胺環的一類聚合物，根據重復單元的結構，可分為脂肪族、半芳香族和芳香族三種。

（1）優異的熱穩定性：全芳香型聚酰亞胺的分解溫度達500℃，聯苯二酐和對苯二胺單體合成的聚酰亞胺分解溫度則高達600℃。

（2）優異的機械性能：聚酰亞胺的拉伸強度一般在100MPa以上，美國杜邦公司生產的均苯型聚酰亞胺纖維拉伸強度可達到250MPa，聯苯型聚酰亞胺甚至可以超過500MPa。

（3）優良的介電性能：普通聚酰亞胺的介電常數通常在3.4左右，介電強度為150-300kV/mm，且其在較大溫度范圍或頻率范圍內保持優良的介電性能。可以通過引入氟原子，或者納米尺寸氣泡可以進一步降低其介電常數。

（4）優異的耐寒性：普通聚酰亞胺可以在較低的溫度下保持其性能，某些含有特殊結構的聚酰亞胺甚至可以在-269℃的液氮環境下不會發生脆裂。

（5）化學穩定性：普通聚酰亞胺有很強的耐酸性，但在堿性溶劑下易水解，因此可以利用此性能回收二酐和二胺。有一部分聚酰亞胺幾乎不溶于所有有機溶劑，耐水解。

（6）低熱膨脹系數：普通品種聚酰亞胺熱膨脹系數在40-50ppm/℃，一些分子鏈剛性較強的聚酰亞胺，如聯苯型聚酰亞胺，熱膨脹系數更低，甚至可以與金屬處于同一水平線。如熱膨脹系數與銅箔相匹配的聚酰亞胺可以作為撓性覆銅板基體薄膜。

（7）耐輻射性：聚酰亞胺材料在受到大量輻射后，自身強度仍可以保持在90%以上。

（8）自熄性：聚酰亞胺屬于自熄型高分子材料，在空氣中點燃后能夠自動熄滅，且發煙率極低。

（9）無毒性：聚酰亞胺材料對人體無毒，可以作為制造塑料餐具、托盤、醫療器具甚至人造器官的理想材料。

二、聚酰亞胺的應用

2.1聚酰亞胺薄膜

這是聚酰亞胺最早應用的產品之一，也是聚酰亞胺目前應用最廣泛的領域之一。PI薄膜由最早的電工級發動機絕緣槽或電纜包覆材料，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。

其中，聚酰亞胺薄膜在柔性電子技術中的應用有：電子絕緣基板：柔性印刷線路板、自動焊載帶、覆晶薄膜；集成電路制造：層間絕緣、芯片鈍化和保護層、光刻膠、ａ粒子阻擋層；電子膠帶：自粘帶、壓敏膠帶、電加熱帶；電子傳感器：電容濕度傳感器；液晶顯示器：LCD線路封裝、液晶取向膜；柔性OLED顯示器：柔性基板、薄膜觸控、透明蓋板；光通訊/光學器件：光波導路、光學微透鏡、薄膜濾光器。

表1 電子級PI膜特性及下游應用

聚酰亞胺自1961年首次被美國杜邦公司生產，至今已有多年時間。目前，杜邦的Kapton系列PI薄膜產品在世界占領先地位。其次還有日本宇部興產、日本鐘淵化學以及韓國Kolon也在國際上占有領先地位。各國際巨頭產品特點及應用如下表所示。

表2 國外PI制造商產品特點及應用

我國在聚酰亞胺薄膜產業化方面起步并不晚，早在上世紀70年代就由原一機部組織開展了聚酰亞胺薄膜制造技術的研究。但由于種種原因，我國高性能聚酰亞胺薄膜的制造技術一直處于低水平徘徊的狀態。上世紀90年代后期，伴隨著超大規模集成電路制造與封裝產業和特種電力電器行業等的高速發展，高性能聚酰亞胺薄膜材料的匱乏，成為嚴重制約我國技術產業發展的瓶頸。

面對我國聚酰亞胺薄膜急需解決的科學和技術難題，中國科學院化學研究所自2003年起在國家發改委“國家高技術產業化項目”的支持下，通過近八年的努力，攻克了從關鍵樹脂制備到連續雙向拉伸聚酰亞胺薄膜生產的穩定工藝等技術關鍵，掌握了具有我國自主知識產權的高性能聚酰亞胺薄膜制造技術。

目前，國內大約有80家規模大小不等的PI薄膜制造廠商。如瑞華泰與中科院化學所合作開展以PI薄膜雙向拉伸、無色透明和微孔膜產業化開發為基礎的高性能PI薄膜材料，用于柔性平板顯示器、汽車大功率燃料電池以及有機薄膜太陽能電池等高技術產業，是目前國內唯一一家主營PI薄膜的上市企業。還有具有多年PI薄膜研發與生產經驗的老牌企業桂林電科院、萬達微電子等、以及近期進入PI領域的薄膜生產企業國風塑業等。

表3 國內主要PI制造商及產業概況

聚酰亞胺的原料及成型方式均不同于常規的聚合物材料，聚酰亞胺薄膜的原料是二酐和二胺類單體，兩種單體漿料在反應釜中，在催化劑等的作用下反應成聚酰胺酸，然后經過流道和平模頭流延到循環鋼帶上，聚酰胺酸溶液在鋼帶上受熱，蒸發溶劑，然后剝離，進入亞胺化爐中進行熱亞胺/化學亞胺，最后牽引收卷。

圖3 聚酰亞胺薄膜雙向拉伸示意圖

其中，聚酰亞胺薄膜在柔性電子技術中的應用有：電子絕緣基板：柔性印刷線路板、自動焊載帶、覆晶薄膜；集成電路制造：層間絕緣、芯片鈍化和保護層、光刻膠、ａ粒子阻擋層；電子膠帶：自粘帶、壓敏膠帶、電加熱帶；電子傳感器：電容濕度傳感器；液晶顯示器：LCD線路封裝、液晶取向膜；柔性OLED顯示器：柔性基板、薄膜觸控、透明蓋板；光通訊/光學器件：光波導路、光學微透鏡、薄膜濾光器。

表1 電子級PI膜特性及下游應用

聚酰亞胺自1961年首次被美國杜邦公司生產，至今已有多年時間。目前，杜邦的Kapton系列PI薄膜產品在世界占領先地位。其次還有日本宇部興產、日本鐘淵化學以及韓國Kolon也在國際上占有領先地位。各國際巨頭產品特點及應用如下表所示。

表2 國外PI制造商產品特點及應用

我國在聚酰亞胺薄膜產業化方面起步并不晚，早在上世紀70年代就由原一機部組織開展了聚酰亞胺薄膜制造技術的研究。但由于種種原因，我國高性能聚酰亞胺薄膜的制造技術一直處于低水平徘徊的狀態。上世紀90年代后期，伴隨著超大規模集成電路制造與封裝產業和特種電力電器行業等的高速發展，高性能聚酰亞胺薄膜材料的匱乏，成為嚴重制約我國技術產業發展的瓶頸。

面對我國聚酰亞胺薄膜急需解決的科學和技術難題，中國科學院化學研究所自2003年起在國家發改委“國家高技術產業化項目”的支持下，通過近八年的努力，攻克了從關鍵樹脂制備到連續雙向拉伸聚酰亞胺薄膜生產的穩定工藝等技術關鍵，掌握了具有我國自主知識產權的高性能聚酰亞胺薄膜制造技術。

目前，國內大約有80家規模大小不等的PI薄膜制造廠商。如瑞華泰與中科院化學所合作開展以PI薄膜雙向拉伸、無色透明和微孔膜產業化開發為基礎的高性能PI薄膜材料，用于柔性平板顯示器、汽車大功率燃料電池以及有機薄膜太陽能電池等高技術產業，是目前國內唯一一家主營PI薄膜的上市企業。還有具有多年PI薄膜研發與生產經驗的老牌企業桂林電科院、萬達微電子等、以及近期進入PI領域的薄膜生產企業國風塑業等。

表3 國內主要PI制造商及產業概況

聚酰亞胺的原料及成型方式均不同于常規的聚合物材料，聚酰亞胺薄膜的原料是二酐和二胺類單體，兩種單體漿料在反應釜中，在催化劑等的作用下反應成聚酰胺酸，然后經過流道和平模頭流延到循環鋼帶上，聚酰胺酸溶液在鋼帶上受熱，蒸發溶劑，然后剝離，進入亞胺化爐中進行熱亞胺/化學亞胺，最后牽引收卷。