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位于高分子材料金字塔頂端的“黃金薄膜”，聚酰亞胺薄膜國產化替代正在突圍

文章來源：賢集網更新時間：2023-08-23 15:22:35

作為高分子材料中的“大明星”，聚酰亞胺（英文縮寫為PI）被認為是21世紀最有希望的工程塑料之一。因為價格高昂、技術壁壘高、性能優異，聚酰亞胺有著“黃金薄膜”的美稱。據了解，由于聚酰亞胺具有耐高溫、強度高、尺寸穩定性高、耐彎折等特點，可用作電機的槽絕緣及電纜繞包材料，廣泛應用于電子工業、汽車工業、國防工業等領域。

桂林電器科學研究院有限公司首席技術專家唐必連接受媒體采訪時表示，沒有聚酰亞胺就不會有今天的微電子技術。

隨著電子工業和汽車工業中5G高頻通信、可穿戴設備、柔性顯示、新能源汽車等產業的發展，全球對高端聚酰亞胺薄膜的需求將與日俱增。

01

聚酰亞胺行業概況

1、產品概述

聚酰亞胺（Polyimide，PI）是指分子結構主鏈中含有酰亞胺結構的高分子聚合物，聚酰亞胺是一個非常龐大的家族，高性能PI的主鏈大多以芳環和雜環為主要結構單元。PI具有最高的阻燃等級（UL-94），良好的電氣絕緣性能、機械性能、化學穩定性、耐老化性能、耐輻照性能、103赫茲下介電常數4.0，介電損耗僅0.004～0.007，屬F至H級絕緣，且這些性能在很寬的溫度范圍（－269℃至400℃）內不會發生顯著變化，被譽為“十一世紀最有希望的工程塑料之一”，有“解決問題的能手”之稱，可以說“沒有聚酰亞胺就不會有今天的微電子技術”，其性能居于高分子材料金字塔的頂端。

PI薄膜具有優良的力學性能、介電性能、化學穩定性以及很高的耐輻照、耐腐蝕、耐高低溫性能，是目前世界上性能最好的超級工程高分子材料之一，被譽為“黃金薄膜”，與碳纖維、芳綸纖維并稱為制約我國發展高技術產業的三大瓶頸性關鍵高分子材料。

2、制作流程

聚酰亞胺薄膜在亞胺化之前需要制膜成型，成型方法主要有流延法、流延拉伸法（雙軸定向拉伸法）、浸漬法（鋁箔上膠法）、噴涂法、擠出法和沉積法等。成型工藝對于薄膜的性能和生產方式影響極大，目前較為常用的方法為流延法和流延拉伸法，相比于流延法，流延拉伸法常用于制備高性能的聚酰亞胺薄膜。在我國流延法及浸漬法工藝均較為成熟，其中浸漬法由于產品絕緣性能較差，正逐漸被淘汰。而技術難度較高的噴涂法、擠出法以及沉積法在2016年主要由日本先進企業掌握。

目前亞胺化主要有兩種方法，市場分析即熱亞胺化法和化學亞胺化法，熱亞胺化法將聚酰胺酸加熱到一定溫度，使之脫水環化；化學亞胺法是向溫度保持在-5℃以下的聚酰胺酸溶液中加入一定量的脫水劑和觸媒，快速混合后加熱到一定溫度使其脫水環化。熱亞胺化法的工藝過程與裝備較化學亞胺法簡單，但制得的薄膜物化性能較化學亞胺法存在不足，無法生產滿足電子級及以上的PI薄膜。2014年前我國絕大部分生產廠家均采用熱亞胺化法，但發達國家幾乎所有的聚酰亞胺薄膜生產商都已經完成了從熱亞胺化法向化學亞胺法的技術與設備過渡。時代新材所新建的180噸聚酰亞胺薄膜生產線是國內最先采用化學亞胺法進行亞胺化步驟的生產線之一，能夠生產滿足軌道交通用的高性能聚酰亞胺薄膜。

3、應用場景

1）柔性電路板FPC產值增長，促進電子級PI薄膜市場持續擴容

撓性覆銅板FCCL是制造撓性電路板FPC的重要基材。全球FCCL市場規模由2014年的26.4億美元增長至2019年的44.8億美元。電子級PI薄膜作為FCCL的主要原材料，需求隨FCCL同步增長，2019年全球FCCL產業PI薄膜需求量達14877.5噸，國內需求量4869.0噸。從FPC產值看，2014-2020年國內FPC產值從290.7億元增長至526.0億元，復合增長率10.4%。下游新型電子產品的發展為FPC行業注入新增長動力，2021年FPC產值可增長至544.4億元，促進電子級PI薄膜市場持續擴容。

2）商業航天與柔性屏幕高速發展，推動特種級PI薄膜市場不斷增長

在航空航天領域，PI薄膜因其優異的耐候性和耐輻射性而被用作火箭防護材料。2019年商業航天全產業鏈市場規模突破8000億元，復合增長率達22.1%。由于單發運載火箭原材料成本可占總成本的35%，原材料國產化勢必大幅降低制造成本，從而推進特種級PI薄膜增長。在柔性屏幕領域，柔性CPI薄膜是大多數折疊手機生產商所采用的屏幕蓋板材料。隨著柔性顯示的不斷商用化，折疊手機逐漸成為手機新形態，根據相關預測，2024年全球折疊手機出貨量將達4530萬部，國內出貨量達1320萬部，而柔性蓋板作為折疊手機的核心部件，將推動特種級PI薄膜持續增長。

3）消費電子勢頭迅猛，導熱級PI薄膜迎來更大需求空間

導熱石墨膜是導熱級PI薄膜的下游產品，主要用于LED基板、電子元件散熱等領域，是目前消費電子行業采用的主流散熱材料。近年來，國內導熱界面材料市場規模逐步擴大，從2014年的6.6億元增長至2020年的12.7億元，復合增長率達9.9%。5G技術的驅動將為導熱級PI薄膜帶來更大需求空間。

4）風電和高鐵行業市場穩步上升，電工級PI薄膜產業規模持續擴大

電工PI薄膜主要用于變頻電機、發電機等高等級絕緣系統，最終應用于風力發電、高速軌道交通等領域。在風力發電行業，中國是全球最大的風電發展市場，截至2020年底，國內風力發電累計裝機容量達到282GW，同比增長34.3%，累計裝機容量全球占比36%。在倡導新能源的背景下，隨著風電產業鏈的國產化，電工PI薄膜將具備更廣闊的市場前景。在高速軌道交通行業，中國高鐵運營里程全球第一，占比超60%。

4、聚酰亞胺薄膜產業鏈

1）上游

二元酐PMDA、二元胺ODA以及其他原材料。上游部分特種PI單體已實現國產化，PI薄膜的原材料為PI單體和PI漿料。PI單體包括二酐單體和二胺單體。

2）中游

PI薄膜性能優越，下游應用領域廣泛。聚酰亞胺的產品形態包括薄膜、泡沫、纖維、光敏型聚酰亞胺與聚酰亞胺基復合材料等，其中PI薄膜占比超過70%，是聚酰亞胺產業最重要的產品形態。PI薄膜的制造需經過樹脂聚合、流涎鑄片、定向拉伸亞胺化和后處理等生產工序。

各類別PI薄膜應用：熱控PI薄膜（高導熱石墨膜前驅體PI薄膜）、電子PI薄膜（電子基材用PI薄膜、電子印刷用PI薄膜）、電工PI薄膜（耐電暈PI薄膜、C級電工PI薄膜）、航空PI薄膜（聚酰亞胺復合鋁箔MAM）。

3）下游

FCCL的板材膜常見的有聚酰亞胺膜（PI）、聚酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、液晶顯示屏高聚物（LCP）等高分子材料塑料薄膜。

FPC即柔性PCB，簡稱軟板，FPC主要原材料包括撓性覆銅板（FCCL）、覆蓋膜、元器件、屏蔽膜、膠紙、鋼片、電鍍添加劑、干膜等八大類，其中撓性覆銅板（FCCL）是生產FPC最重要的基材，占比為40%，FPC的所有加工工序均是在FCCL上完成的。全球FCCL產能主要集中在日本、中國大陸、韓國以及中國臺灣，其中中國大陸占比為21%，位列第三。FPC是以聚酰亞胺（PI）或聚酯（PET）薄膜為基材制成的可撓性PCB，與傳統PCB硬板相比，具有生產效率高、配線密度高、重量輕、厚度薄、可折疊彎曲、可三維布線等顯著優勢，更符合下游電子行業智能化、便攜化、輕薄化趨勢要求，可廣泛應用于航天、軍事、移動通訊、筆記本電腦、計算機、數字相機等領域或產品上，是近年來PCB行業各細分產品中增速最快的品類。

4、聚酰亞胺薄膜行業壁壘

產能技術壁壘較高，高端PI膜主要技術壁壘在于設備工藝和人才：

1）設備定制周期較長。核心設備采購主要來自海外，采購周期約18-24個月,這就對廠商的技術和市場有足夠的預判能力，否則不敢貿然下訂單采購。

2）工藝難度大、定制化程度高。PI膜本身制備難度較大，特別是亞胺化工藝能否突破化學法是普遍難題。并且對不同的行業和客戶，PI薄膜的相關參數和工藝都不一樣，需要通過反復調試和技術攻關才有望獲得穩定量產。PI膜下游高端市場電子、通信、軌交等對產品質量極為苛刻,不能保證穩定量產則難以獲得客戶認可。

3）技術人才稀缺。具備PI膜生產能力的研發和車間操作人員需要較高的理論水平和長期的研發實踐，難以速成。因此，對任何PI膜廠商，核心研發團隊均受到高度重視。

02

聚酰亞胺薄膜國產化替代空間大

長期以來，高端聚酰亞胺薄膜的相關生產工藝及關鍵技術一直被國外壟斷，已成為制約我國高技術產業發展的瓶頸之一。

據華經產業研究院，從全球市場來看，包括美國杜邦公司、日本鐘淵化學工業株式會社、日本東麗株式會社、日本宇部興產株式會社和韓國SKC Kolon PI公司在內的美、日、韓企業占據了整個行業近80%的產能，其中美國杜邦公司2021年產量約為3500噸，占比超過全球總產量的20%。

由于聚酰亞胺具有巨大的應用前景，近年來，我國的大專院校、科研單位及企業的科技工作者對聚酰亞胺的研究熱情不減，在高密度散熱膜、耐電暈膜、無色透明膜、電池隔膜、五彩變色膜、太陽能背板用膜、海水過濾膜等方面都做了大量的研究。

03

目前行業存在問題

1、技術缺口較大

缺乏高層次技術人才的完整培訓系統。行業內生產優良率低于國際水平，在缺乏新興產品驅動下造成PI薄膜制造廠商同質化競爭態勢愈來愈明顯。美日韓PI膜廠商較高的生產技術水平搶占國內龐大的消費市場。中低階產品一直存在著價格下降的壓力，受國際經濟環境波動巨大。

注釋：**代表母公司擁有該產品生產技術；*代表目前能夠小批量生產

國內生產的PI薄膜與國外同類產品在質量方面仍存在一定差距，如力學性能稍低，外觀質量稍差，熱收縮率稍高等問題。

PI 薄膜制造工藝復雜，尤其是電子級 PI 膜技術難度更高。首先，為了滿足柔性蓋板的高透光性，研發無色 PI 薄膜作為也是現階段需要攻克的難題之一。其次，亞胺化為PI制程中技術壁壘極高的一道工序，又可分為熱亞胺化和化學亞胺化；前者工藝簡單無法生產電子級及以上的PI薄膜，而我國大部分廠商采用此方法。

2、產能較小

行業各個企業面臨的問題是產能太小，所以下游的大客戶不敢把大批量的訂單轉給單個企業（單個大客戶至少要占用大幾百噸產能），所以現在行業內企業的客戶十分分散。PI材料的價格太高了，難以大規模應用，除非是一些很高端的電池。

3、進口替代空間廣闊，但搶占難度較大

由于國內PI薄膜行業的整體水平與國外存在差距，大部分停留于低端產品領域，而高性能PI薄膜領域主要被杜邦、鐘淵化學、SKPI等國外巨頭占據，產品嚴重依賴進口。我國PI膜的供給主要以電工級為主，從整體產能來看，2019年我國PI膜的產能約在9000噸，但其中電子級的產能不到1000噸。在我國產業結構升級、關鍵材料國產化的背景下，高性能PI薄膜進口替代的市場空間巨大。以瑞華泰為代表的具有獨立完善的核心技術體系的企業，有望獲得更多市場份額，推動高性能PI薄膜的國產化進程。

04

未來前景廣闊

高性能、多功能的發展趨勢

PI 膜的下游應用廣泛，產品需求大。新興領域助推電子PI薄膜需求持續增長，絕緣要求提升帶來電工PI薄膜新機遇，PI薄膜有著廣闊的市場前景。

新興領域助推電子PI薄膜需求持續增長

與傳統剛性PCB板相比，FPC具有配線密度高、輕薄、彎折性好、靈活度高等特點，可以實現多種形態的空間布局。電子產品的便攜化、智能化、多樣化趨勢有效帶動了FPC產業發展，FPC用電子PI薄膜市場規模隨之穩步擴張。據相關數據顯示，2021年全球FPC市場規模達到約138億美元，到2025年將達到154億美元，2021-2025年年均復合增速約為4.24%。

電子PI薄膜還可制作成序列化標識電子標簽貼覆于PCB等產品表面;也可以作為重要基材用于COF(Chip On Flex，覆晶薄膜) 封裝基板，終端應用于消費電子、5G通信、汽車、工控醫療、航天軍工等各個領城。未來在下游各產業的需求驅動下，電子PI薄膜市場仍具備可觀成長空間。

絕緣要求提升帶來電工PI薄膜新機遇

電工PI薄膜常用于變頻電機、發電機等高級絕緣系統，并最終用于高速軌道交通、風力發電、新能源汽車等領域。其主要功能為耐高溫與絕緣，耐溫等級達到200度以上，隨著電力電子技術快速發展，將電力電子技術與高頻變壓器相結合的電力電子變壓器成為智能電網、高鐵動車、航空航天等多個領城的關鍵電氣設備。

高頻變壓器在高效實現電壓等級變換、電氣隔離、功率調控等功能的同時，也面臨著絕緣材料加速老化、誘發電暈放電等嚴重危害電氣設備使用安全的情況。在此背廈下，具有優異耐電最特性的電工PI薄膜重要性凸顯。目前，耐電暈PI薄膜主要用于變頻電機、發電機等的高等級絕緣系統，并最終應用于高速軌道交通、風力發電等領域，保護絕緣系統免遭變頻電機運行時局部放電導致的損壞，提高電機長期運行的可靠性，保障高速列車的運行安全性，實現風電設備長壽命免維護。

未來PI薄膜的研究主要會朝高性能化、多功能化、易成型加工和低成本等方向發展，同時需要關注具有差別化和特殊應用的高性能PI薄膜。通過分子結構設計、新合成技術以及納米復合等技術實現產品的系列化和功能化來不斷擴大新品種和用途，以提高市場占有率。

總結

PI薄膜的性能一直都位于高分子材料金字塔的頂端，素有“黃金薄膜”之稱，同時也是國家戰略性的基礎材料，產業鏈轉型升級的重要支撐材料。PI薄膜屬于高技術壁壘行業，目前國內市場PI薄膜需求快速增長，潛力巨大。隨著技術的不斷突破和產能的逐步落地，國產PI產品的品質正逐步追趕國際水平，國產龍頭企業有望實現進口替代，享受市場紅利。

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來源：賢集網
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