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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)長期使用，短時可達到400℃的高溫。玻璃化溫度分別為280℃(Upilex R)、385℃(Kapton)和500℃以上(Upilex S)。20℃時拉伸強度為200MPa，200℃時大于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
(1)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)。
(2)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。
(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溶劑,耐腐蝕、耐水解。改變分子設(shè)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。
(4)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%。
(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級電機、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、計算機、電磁線、變壓器、音響、手機、電腦、冶煉、采礦電子元器件工業(yè)、汽車、交通運輸、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僅次于碳纖維,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、機車、汽車、精密機械和自動辦公機械等領(lǐng)域。近來，各國都在將聚酰亞胺的研究、開發(fā)及利用列入21世紀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，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)得到充分的認識，被稱為是"解決問題的能手"（protion solver），并認為"沒有聚酰亞胺就不會有今天的微電子技術(shù)"。在眾多的聚合物材料中,只有6 種在美國化學(xué)文摘(CA) 中被單獨列題,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，必然帶動相關(guān)配套材料的發(fā)展及市場需求的增長。電子工程用（電子級）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)得到充分的認識，在絕緣材料中和結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用正不斷擴大。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以及附有撓性等要求的電子級兩大類。電工級PI膜因要求較低國內(nèi)已能大規(guī)模生產(chǎn)且性能與國外產(chǎn)品沒有明顯差別；電子級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）提出了更嚴格的要求。未來仍需進口大量的電子級PI膜，其原因是國產(chǎn)PI膜在性能上與進口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)測未來市場價格方面，長期以來電子級PI膜的定價權(quán)一直由杜邦公司，鐘淵公司所掌控，但是隨著近年來韓國SKC和KOLON兩家公司的分別加入重組，以及經(jīng)濟危機對電子產(chǎn)品外銷的影響，產(chǎn)品價格也有所降低，但是電子級PI膜仍存在著較高的利潤空間。
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)備簡單、工藝簡單，但薄膜表面經(jīng)常粘有鋁粉，薄膜長度受到限制，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，薄膜長度不受限制，可以連續(xù)化生產(chǎn)，薄膜各方面性能均不錯，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：不銹鋼樹脂溶液儲罐、流涎嘴、流涎機、亞胺化爐、收卷機和熱風(fēng)系統(tǒng)等。制備步驟：消泡后的聚酰胺酸溶液，由不銹鋼溶液儲罐經(jīng)管路壓入前機頭上的流涎嘴儲槽中。鋼帶以圖所示方向勻速運行，將儲槽中的溶液經(jīng)流涎嘴前刮板帶走，而形成厚度均勻的液膜，然后進入烘干道干燥。潔凈干燥的空氣由鼓風(fēng)機送入加熱器預(yù)熱到一定溫度后進入上、下烘干道。熱風(fēng)流動方向與鋼帶運行方向相反，以便使液膜在干燥時溫度逐漸升高，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，與流涎機同步速度的導(dǎo)向輥引導(dǎo)聚酰胺酸薄膜進入亞胺化爐，高溫亞胺化后，由收卷機收卷。
三、市場分析
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 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)等各個領(lǐng)域。