改变智能手机的“黄金薄膜”：聚酰亚胺

改变智能手机的“黄金薄膜”：聚酰亚胺

9月8日苹果秋季发布会正式开始，其中外界ZUI关注的还是iPhone14系列新手机，起步价为5999元，“皇帝”版本为1TB的iPhone 14 Pro Max售价13499元，是有史以来ZUI贵的苹果手机。

图片来源：苹果公司官网

手机的更新迭代，一次又一次地改变着我们的生活，可折叠的曲面屏手机，就是改变的开始。

这就不得不提到聚酰亚胺（Polyimide，PI）材料，它是一种高分子材料，在航空航天、空间、微电子、精密机械、医疗器械等许多高新技术领域具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。

聚酰亚胺（PI）材料是什么

聚酰亚胺是由二酐和二胺聚合得到，二酐和二胺品种繁多，不同的组合就可以合成不同性能的聚酰亚胺，主要可分成脂肪族和芳香族两种类型。

芳香族PI颜色更深，具有更·好的加工性、更强的耐热性、更高的力学强度等优势。

聚酰亚胺的合成方法可以分为两大类，第·一类是在聚合过程中，通过大分子反应形成酰亚胺环；

第二类是以含有酰亚胺环的单体合成聚酰亚胺。

由于具备多种优·秀的性能，因此PI薄膜适用范围很广：

热稳定性能：优异的耐低温及高温的特性，即使置于-269 ℃液氦中，聚酰亚胺依然不易脆断。聚酰亚胺的热膨胀系数低，通过调节合成聚酰亚胺单体的配比组成以及调整其生产工艺，可以控制热膨胀系数。

力学性能：极高的拉伸强度

电学性能：拥有低介电常数以及介电损耗，绝缘性能非常好，经常作为封装阻隔材料应用在微电子器件上。

化学稳定性：热固性聚酰亚胺薄膜拥有优·秀的耐稀酸腐蚀、疏水性、耐有机溶剂侵蚀以及耐油等特性，通过碱性水进行解，二胺和二酐单体的可回收利用率大约在 80%~90%左右。

抗辐射：聚酰亚胺拥有优异的耐辐射功能，即使经过高强度的辐射作用，它的各项性能并不产生比较明显的改变。

国内外聚酰亚胺相关龙·头

美国杜邦，从1950年起就开始了耐高温聚合物的研究，1962年芳香族聚酰亚胺开始在布法罗试生产，取名为“H”型薄膜。1965年开始大规模生产，并登记商品名为Kapton”。

日本三菱瓦斯MGC是目前全·球唯·一有能力真正工业化生产透明PI薄膜的厂商，满足高耐热、高透明所需电子产品的需求，产品主要应用于软性显示器相关产品及光学原件。

此外还有韩国SKCKOLONPI（SKC）、日本宇部兴产、日本钟渊化工等。

我国是世界上开发PI薄膜ZUI早的国·家之一，但全·球高性能PI薄膜的研发和制造技术，被美日韩等国垄断，占据着全·球约90%的市场份额。

上世纪70年代，我国就成功研制出流涎法生产均苯型PI薄膜的工艺路线；

1978年，研制了双轴定向PI薄膜的专用设备；

1993年，完成国内第·一条产能60t/y、幅宽650~700mm的双轴定向PI薄膜的工业化生产线。

2002年，国内PI薄膜产能约750t/y，2004年产能增加到1500t/y，2009年产能达到4000t/y。

2004～2009年，国内PI薄膜的产能和产量均以每年20%以上的速率增长。

2011 年以来，国内PI薄膜的需求量超过3000t/y，销售额约10~12亿元。

目前，国内已有深圳瑞华泰、溧阳华晶、山东万达、无锡高拓、桂林电科院、江阴天华等近10家企业采用流延法双向拉伸工艺制造PI薄膜，相继进行双向拉伸PI薄膜的产业化开发。

国产PI薄膜90%以上应用于绝缘材料领域，年消费量3000~5000t，年进口量为800～900t。

PI能做什么，怎么用？

众多的聚合物中，聚酰亚胺是唯·一具有广泛应用领域且在每个应用领域都性能突出的聚合物，其产品类型及应用如下：

薄膜：聚酰亚胺的电绝缘能力优异，介电损耗跟介电常数较小，因此PI薄膜可以作为介电绝缘材料；极高的耐化学特性，使得PI薄膜常被用在微电子类型的封装器件上作为封装阻隔材料，减少外界环境对于电子器件造成的影响。

纤维：耐高温聚酰亚胺纤维是目前使用温度ZUI高的有机合成纤维之一，在耐光性、吸水性、耐热性等方面表现优异，可用于航空航天领域的轻质电缆护套、耐高温特种编织电缆、大口径展开式卫·星·天·线张力索等，环保领域的高温除尘过滤材料及防火材料。

泡沫塑料：PI泡沫目前ZUI重要的应用是舰艇用隔热降噪材料，现已越来越多地应用在航空航天、远洋运输、国防和微电子等高新技术领域中的隔热、减震降噪和绝缘等领域，在民用船，如豪华游轮、快艇、液化天然气船上也有广泛应用。

聚酰亚胺泡沫可分为三类：

- PI泡沫，将酰亚胺作为主链的泡沫材料，使用温度达到300℃以上（PI泡沫）

- PMI泡沫，酰亚胺环以侧基方式存在的泡沫材料

- 纳米泡沫材料，将热不稳定的脂肪链段引入聚酰亚胺中在高温下裂解而得到

PMI是目前综合性能ZUI优的新型高分子结构泡沫材料，是一种高比强度、高比模量、高闭孔率的复合材料泡沫芯材，具有轻质、高强、耐高/低温等特点。PMI泡沫作为ZUI为优异的结构泡沫芯材，广泛用于风机叶片，直升机叶片等领域中。

复合材料：纤维增强复合材料是镁铝合金之后的新一代轻量化材料，是目前使用温度ZUI高的树脂基复合材料。经过近 40 年的发展，聚酰亚胺耐高温树脂基复合材料已经发展到了第四代，能够在 450℃下长时间使用。

光敏性聚酰亚胺（PSPI）：PSPI是一类在高分子链上兼有亚胺环以及光敏基因，集优异的热稳定性、机械性能和感光性能良好的有机材料。在电子领域主要有光刻胶及电子封装两大作用，在光敏聚酰亚胺中添加上增感剂、稳定剂等就可以得到“聚酰亚胺光刻胶”。与传统光刻胶相比，由于聚酰亚胺本身有着很好的介电性能，因此在使用时无需涂覆起工作介质作用的光阻隔剂，可以大大缩短工序，提高生产效率。

其他应用：不同聚酰亚胺吸湿后，其线性膨胀系数不同，运用这个原理能够制造出测湿度的传感器；此外，聚酰亚胺可以制作成漆状涂层材料，应用在绝缘跟耐高温领域；还可以与滤色镜、液晶及聚酰亚胺取向层一起，构建液晶显示器。