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聚酰亞胺薄膜(PI薄膜)概況分析
聚酰亞胺薄膜(PolyimideFilm)定義
聚酰亞胺薄膜(PolyimideFilm)是世界上性能最好的薄膜類絕緣材料，由均苯四甲酸二酐(PMDA)和二胺基二苯醚(DDE)在強(qiáng)極性溶劑中經(jīng)縮聚并流延成膜再經(jīng)亞胺化而成。
聚酰亞胺薄膜（PI膜）特性
呈黃色透明，相對(duì)密度1.39～1.45，聚酰亞胺薄膜具有優(yōu)良的耐高低溫性、電氣絕緣性、粘結(jié)性、耐輻射性、耐介質(zhì)性，能在－269℃～280℃的溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用，短時(shí)可達(dá)到400℃的高溫。玻璃化溫度分別為280℃(Upilex R)、385℃(Kapton)和500℃以上(Upilex S)。20℃時(shí)拉伸強(qiáng)度為200MPa，200℃時(shí)大于100MPa。特別適宜用作柔性印制電路板基材和各種耐高溫電機(jī)電器絕緣材料。
聚酰亞胺分類
聚酰亞胺通常分為兩大類:
熱塑性聚酰亞胺，如亞胺薄膜、涂層、纖維及現(xiàn)代微電子用聚酰亞胺等。
熱固性聚酰亞胺，主要包括雙馬來酰亞胺(BMI)型和單體反應(yīng)物聚合(PMR)型聚酰亞胺及其各自改性的產(chǎn)品。BMI 易加工但脆性較大。
聚酰亞胺薄膜分類
包括均苯型聚酰亞胺薄膜和聯(lián)苯型聚酰亞胺薄膜兩類。前者為美國(guó)杜邦公司產(chǎn)品，商品名Kapton，由均苯四甲酸二酐與二苯醚二胺制得。后者由日本宇部興產(chǎn)公司生產(chǎn)，商品名Upilex，由聯(lián)苯四甲酸二酐與二苯醚二胺(R型)或間苯二胺(S型)制得。
聚酰亞胺優(yōu)點(diǎn)
(1)優(yōu)異的耐熱性。聚酰亞胺的分解溫度一般超過500℃,有時(shí)甚至更高,是目前已知的有機(jī)聚合物中熱穩(wěn)定性最高的品種之一,這主要是因?yàn)榉肿渔溨泻写罅康姆枷悱h(huán)。
(2)優(yōu)異的機(jī)械性能。未增強(qiáng)的基體材料的抗張強(qiáng)度都在100MPa以上。用均酐制備的Kapton薄膜抗張強(qiáng)度為170MPa,而聯(lián)苯型聚酰亞胺(Upilex S)可達(dá)到400MPa。聚酰亞胺纖維的彈性模量可達(dá)到500MPa,僅次于碳纖維。
(3)良好的化學(xué)穩(wěn)定性及耐濕熱性。聚酰亞胺材料一般不溶于有機(jī)溶劑,耐腐蝕、耐水解。改變分子設(shè)計(jì)可以得到不同結(jié)構(gòu)的品種。有的品種經(jīng)得起2個(gè)大氣壓下、120℃,500h的水煮。
(4)良好的耐輻射性能。聚酰亞胺薄膜在5×109rad劑量輻射后,強(qiáng)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(qiáng)度保持率為90%。
(5)良好的介電性能。介電常數(shù)小于3.5,如果在分子鏈上引入氟原子,介電常數(shù)可降到2.5左右,介電損耗為10，介電強(qiáng)度為100至300kV/mm，體積電阻為1015-17Ω·cm。因此,含氟聚酰亞胺材料的合成是目前較為熱門的研究領(lǐng)域。
上述性能在很寬的溫度范圍和頻率范圍內(nèi)都是穩(wěn)定的。除此之外,聚酰亞胺還具有耐低溫、膨脹系數(shù)低、阻燃以及良好的生物相容性等特性。聚酰亞胺優(yōu)異的綜合性能和合成化學(xué)上的多樣性,可廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。
聚酰亞胺薄膜（PI膜）應(yīng)用行業(yè)
被稱為"黃金薄膜"的聚酰亞胺薄膜具有卓越的性能，它廣泛的應(yīng)用于空間技術(shù)、F、H級(jí)電機(jī)、電器的絕緣、FPC（柔性印刷線路板）、PTC電熱膜、TAB（壓敏膠帶基材）、航天、航空、計(jì)算機(jī)、電磁線、變壓器、音響、手機(jī)、電腦、冶煉、采礦電子元器件工業(yè)、汽車、交通運(yùn)輸、原子能工業(yè)等電子電器行業(yè)。
聚酰亞胺的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括
(1)薄膜:是聚酰亞胺最早的商品之一,用于電機(jī)的槽絕緣及電纜繞包材料。主要產(chǎn)品有杜邦的Kapton ,日本宇部興產(chǎn)的Upilex 系列和鐘淵的Apical 。透明的聚酰亞胺薄膜可作為柔軟的太陽能電池底板;
(2)涂料:作為絕緣漆用于電磁線,或作為耐高溫涂料使用;
(3)先進(jìn)復(fù)合材料的基體樹脂:用于航天、航空飛行器結(jié)構(gòu)或功能部件以及火箭、導(dǎo)彈等的零部件,是最耐高溫的結(jié)構(gòu)材料之一;
(4)纖維:聚酰亞胺纖維的彈性模量?jī)H次于碳纖維,可以作為高溫介質(zhì)及放射性物質(zhì)的過濾材料和防彈防火織物;
(5)泡沫塑料:可用做耐高溫隔熱材料;
(6)工程塑料:有熱固性也有熱塑性,可以模壓成型也可用注射成型或傳遞模塑(RTM) ,主要用于自潤(rùn)滑、密封、絕緣及結(jié)構(gòu)材料。此外聚酰亞胺還可以作為高溫環(huán)境中的膠粘劑、分離膜、光刻膠、介電緩沖層、液晶取向劑、電-光材料等
PI膜現(xiàn)狀
聚酰亞胺作為一種特種工程材料，已廣泛應(yīng)用在航空、航天、電氣/電子、微電子、納米、液晶、分離膜、激光、機(jī)車、汽車、精密機(jī)械和自動(dòng)辦公機(jī)械等領(lǐng)域。近來，各國(guó)都在將聚酰亞胺的研究、開發(fā)及利用列入21世紀(jì)最有希望的工程塑料之一。聚酰亞胺，因其在性能和合成方面的突出特點(diǎn)，不論是作為結(jié)構(gòu)材料或是作為功能性材料，其巨大的應(yīng)用前景已經(jīng)得到充分的認(rèn)識(shí)，被稱為是"解決問題的能手"（protion solver），并認(rèn)為"沒有聚酰亞胺就不會(huì)有今天的微電子技術(shù)"。在眾多的聚合物材料中,只有6 種在美國(guó)化學(xué)文摘(CA) 中被單獨(dú)列題,聚酰亞胺即是其中之一。由此可見,聚酰亞胺在技術(shù)和商業(yè)上有著非常重要的意義。隨著IT業(yè)，平板顯示業(yè)，光伏業(yè)等的興起及蓬勃發(fā)展，必然帶動(dòng)相關(guān)配套材料的發(fā)展及市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)。電子工程用（電子級(jí)）聚酰亞胺薄膜作為音質(zhì)電路板，集成電路，平板顯示器，太陽電池，電子標(biāo)簽等的重要材料，越來越在上述電子產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域中起到十分重要的作用。
聚酰亞胺未來發(fā)展
聚酰亞胺作為很有發(fā)展前途的高分子材料已經(jīng)得到充分的認(rèn)識(shí)，在絕緣材料中和結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用正不斷擴(kuò)大。在功能材料方面正嶄露頭角，其潛力仍在發(fā)掘中。但是在發(fā)展了40年之后仍未成為更大的品種，其主要原因是，與其他聚合物比較，成本還是太高。因此，今后聚酰亞胺研究的主要方向之一仍應(yīng)是在單體合成及聚合方法上尋找降低成本的途徑。
PI膜按照用途分為一般絕緣和耐熱為目的的電工級(jí)以及附有撓性等要求的電子級(jí)兩大類。電工級(jí)PI膜因要求較低國(guó)內(nèi)已能大規(guī)模生產(chǎn)且性能與國(guó)外產(chǎn)品沒有明顯差別；電子級(jí)PI膜是隨著FCCL的發(fā)展而產(chǎn)生的，是PI膜最大的應(yīng)用領(lǐng)域，其除了要保持電工類PI膜優(yōu)良的物理力學(xué)性能外，對(duì)薄膜的熱膨脹系數(shù)，面內(nèi)各向同性（厚度均勻性）提出了更嚴(yán)格的要求。未來仍需進(jìn)口大量的電子級(jí)PI膜，其原因是國(guó)產(chǎn)PI膜在性能上與進(jìn)口PI膜存在一定的差距，不能滿足FCCL中高端產(chǎn)品的要求。在預(yù)測(cè)未來市場(chǎng)價(jià)格方面，長(zhǎng)期以來電子級(jí)PI膜的定價(jià)權(quán)一直由杜邦公司，鐘淵公司所掌控，但是隨著近年來韓國(guó)SKC和KOLON兩家公司的分別加入重組，以及經(jīng)濟(jì)危機(jī)對(duì)電子產(chǎn)品外銷的影響，產(chǎn)品價(jià)格也有所降低，但是電子級(jí)PI膜仍存在著較高的利潤(rùn)空間。
二、薄膜的制造工藝
聚酰亞胺薄膜的生產(chǎn)基本上是二步法，第一步：合成聚酰胺酸，第二步：成膜亞胺化。成膜方法主要有浸漬法（或稱鋁箔上膠法）、流延法和流涎拉伸法。浸漬法設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)單，但薄膜表面經(jīng)常粘有鋁粉，薄膜長(zhǎng)度受到限制，生產(chǎn)效率低，此法不宜發(fā)展；流涎法設(shè)備精度高，薄膜均勻性好，表面干凈平整，薄膜長(zhǎng)度不受限制，可以連續(xù)化生產(chǎn)，薄膜各方面性能均不錯(cuò)，一般要求的薄膜均可采用此法生產(chǎn)；拉伸法生產(chǎn)的薄膜，性能有顯著提高，但工藝復(fù)雜生產(chǎn)條件苛刻，投資大，產(chǎn)品價(jià)格高，只有高質(zhì)量薄膜才采用此法。流涎法主要設(shè)備：不銹鋼樹脂溶液儲(chǔ)罐、流涎嘴、流涎機(jī)、亞胺化爐、收卷機(jī)和熱風(fēng)系統(tǒng)等。制備步驟：消泡后的聚酰胺酸溶液，由不銹鋼溶液儲(chǔ)罐經(jīng)管路壓入前機(jī)頭上的流涎嘴儲(chǔ)槽中。鋼帶以圖所示方向勻速運(yùn)行，將儲(chǔ)槽中的溶液經(jīng)流涎嘴前刮板帶走，而形成厚度均勻的液膜，然后進(jìn)入烘干道干燥。潔凈干燥的空氣由鼓風(fēng)機(jī)送入加熱器預(yù)熱到一定溫度后進(jìn)入上、下烘干道。熱風(fēng)流動(dòng)方向與鋼帶運(yùn)行方向相反，以便使液膜在干燥時(shí)溫度逐漸升高，溶劑逐漸揮發(fā)，增加干燥效果。聚酰胺酸薄膜在鋼帶上隨其運(yùn)行一周，溶劑蒸發(fā)成為固態(tài)薄膜，從鋼帶上剝離下的薄膜 經(jīng)導(dǎo)向輥引向亞胺化爐。亞胺化爐一般為多輥筒形式，與流涎機(jī)同步速度的導(dǎo)向輥引導(dǎo)聚酰胺酸薄膜進(jìn)入亞胺化爐，高溫亞胺化后，由收卷機(jī)收卷。
三、市場(chǎng)分析
聚酰亞胺是目前已經(jīng)工業(yè)化的高分子材料中耐熱性最高的品種，以作為薄膜、涂料、塑料、復(fù)合材料、膠粘劑、泡沫塑料、纖維、分離膜、液晶取向劑、光刻膠等在高新技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。我國(guó) 60 年代末可以小批量生產(chǎn)聚酰亞胺薄膜，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于航空、航海、宇宙飛船、火箭導(dǎo)彈、原子能、電子電器工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。