行业焦点｜金字塔顶端的"黄金薄膜”PI薄膜，国内领跑者加速国产化进程

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被誉为“黄金薄膜”的聚酰亚胺薄膜（PI 膜）是目前世界上性能最好的薄膜类绝缘材料。基于优异的电气绝缘性能、机械性能、耐辐射性能、热稳定性，以及介电损耗低、化学稳定性强、阻燃等级高、耐极低温等特性，PI也被称为是“二十一世纪最有希望的工程塑料之一”。可以说“没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术”，其性能居于高分子材料金字塔的顶端。

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PI薄膜性能好

商业化最早且最成熟

高性能PI薄膜是电子信息、轨道交通领域重大战略材料，和碳纤维、芳纶纤维并称为制约我国高技术发展的三大瓶颈性高分子材料之一,也被称为是“二十一世纪最有希望的工程塑料之一”。长期被美国和日本等极少数几家公司所垄断和控制。基于其优异的电气绝缘性能、机械性能、耐辐射性能、热稳定性，以及介电损耗低、化学稳定性强、阻燃等级高、耐极低温等特性，现已广泛应用于电子通信、航天航空、新能源、电气绝缘、汽车工业等各高新技术产业。

优异的耐热性

聚酰亚胺的分解温度一般超过500℃,有时甚至更高,是目前已知的有机聚合物中热稳定性的品种之一,这主要是因为分子链中含有大量的芳香环。

优异的机械性能

未增强的基体材料的抗张强度都在100MPa以上。用均酐制备的Kapton薄膜抗张强度为170MPa,而联苯型聚酰亚胺(Upilex S)可达到400MPa。聚酰亚胺纤维的弹性模量可达到500MPa,仅次于碳纤维。

良好的化学稳定性及耐湿热性

聚酰亚胺材料一般不溶于有机溶剂,耐腐蚀、耐水解。改变分子设计可以得到不同结构的品种。有的品种经得起2个大气压下、120℃,500h的水煮。

良好的耐辐射性能

聚酰亚胺薄膜在5×109rad剂量辐射后,强度仍保持86%;某些聚酰亚胺纤维经1×1010rad快电子辐射后,其强度保持率为90%。

良好的介电性能

介电常数小于3.5,如果在分子链上引入氟原子,介电常数可降到2.5左右,介电损耗为10，介电强度为100至300kV/mm，体积电阻为1015-17Ω·cm。因此,含氟聚酰亚胺材料的合成是目前较为热门的研究领域。

PI加工性能优异，产品类型多样，包括薄膜、PI纤维、PI泡沫、PI基复合材料、光敏PI等，其中，PI薄膜早在20世纪50-60年代成功实现商业化，是目前最成熟、市场容量最大的PI产品。PI薄膜理化性能优异，有“黄金薄膜”之称，根据应用类别划分，可划分为电工PI薄膜、电子PI薄膜、热控PI薄膜、航天航空PI薄膜以及柔性显示PI薄膜等，应用前景广阔。
PI薄膜因其优异的物理性能、化学性能等，广泛应用于柔性线路板、消费电子、高速轨道交通、风力发电、5G通信、柔性显示、航天航空等多个领域。随着共聚改性等新技术的运用，通过对其配方设计、生产工艺的不断探索和改进，PI薄膜衍生出更多功能性应用，下游应用领域不断拓宽。

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市场规模持续扩大

进口替代空间广阔

2017-2020年全球PI薄膜市场复合增长率近8%，2019年底，全球PI薄膜市场规模达到18亿美元，较上年增长11.1%，2020年达到20.5亿美元。目前全球PI薄膜下游应用领域中，挠性电路板FPC所占比例最大，约为48%，其次包括航空航天材料和柔性显示材料在内的特种制品约占29%，其余应用领域占23%。
消费电子势头迅猛，导热级PI薄膜迎来更大需求空间：导热石墨膜是导热级PI薄膜的下游产品，主要用于LED基板、电子元件散热等领域，是目前消费电子行业采用的主流散热材料。近年来，国内导热界面材料市场规模逐步扩大，从2014年的6.6亿元增长至2020年的12.7亿元，复合增长率达9.9%。随着5G时代到来，国内5G手机出货量由2019年的1298.2万部快速增长至2020年的5509.6万部，5G技术的驱动将为导热级PI薄膜带来更大需求空间。
风电和高铁行业市场稳步上升，电工级PI薄膜产业规模持续扩大：电工PI薄膜主要用于变频电机、发电机等高等级绝缘系统，最终应用于风力发电、高速轨道交通等领域。在风力发电行业，中国是全球最大的风电发展市场，截至2020年底，国内风力发电累计装机容量达到282GW，同比增长34.3%，累计装机容量全球占比36%。在倡导新能源的背景下，随着风电产业链的国产化，电工PI薄膜将具备更广阔的市场前景。在高速轨道交通行业，中国高铁运营里程全球排名第一，占比超过60%，截至2019年底，国内高铁运营里程数达到3.5万公里，动车组机车拥有量达到2.9万辆，电工PI薄膜的市场规模将不断扩大。
进口替代空间广阔。2020年我国PI薄膜进口依存度约25%，高端PI薄膜进口依存度达80%以上。随着我国相关研发及技术人才的积累，下游重点市场转移至内地及相关政策的利好，我国PI薄膜发展不断提速，高性能PI薄膜进口替代的市场空间巨大。以瑞华泰为代表的具有独立完善的核心技术体系的企业有望获得更多市场份额，推动高性能PI薄膜的国产化进程。

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PI薄膜国产化时代开启

国内企业发力中

随着FPC（柔性印刷线路板）等电子制造业由韩国、中国台湾向中国大陆转移，大陆地区在PI薄膜下游市场中所占的比重不断增加，5G通信、柔性显示、高速轨道交通等领域快速发展。高性能PI薄膜作为影响我国高新技术产业快速发展的“卡脖子”材料，市场需求不断增加，且国产化需求较为迫切，发展前景良好。

国家政策支持

《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《“十三五”材料领域科技创新专项规划》等政策明确列示“聚酰亚胺”为“先进结构与复合材料”之发展重点，为高性能PI薄膜产业的发展创造了有利条件。在核心技术自主化、关键材料国产化的背景下，行业将迎来重要发展机遇。

电子级PI薄膜价格高昂，行业进入难度大，目前仍属于高技术壁垒行业。全球70%的生产能力集中在美国、日本、韩国等国家。目前，电子级PI薄膜主要由美国杜邦、日本东丽、日本钟渊化学、日本宇部兴产、韩国SKC等企业垄断，这些企业产能集中度较高，规模多在2000~3000吨/年，合计占据全球约85％的市场份额。
我国PI薄膜行业起步晚，目前国内约有70家PI薄膜生产企业，产能规模多在百吨上下，主要应用于低端市场。随着我国对高端电子级PI薄膜需求的不断增加，国内企业开始向高性能PI薄膜市场进军。目前国内已具有规模以上电子级PI薄膜生产能力的企业有时代华鑫、丹邦科技、瑞华泰以及中国台湾地区的达迈科技、达胜科技等。

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时代华鑫：国内高性能PI薄膜龙头企业

让“中国薄膜”走出国门

近日，从湖南省石油化学工业协会传来喜讯，在湖南省株洲市渌口区南洲镇的丘陵山间，有一家打破打破国外垄断的科技企业，它便是株洲时代华鑫新材料有限公司。
株洲时代华鑫新材料技术有限公司成立于2019年8月14日。原为中车时代新材产品事业部，现为混改的股份制公司。公司主要从事高性能聚酷亚胺薄膜等相关高分子材料的研究和开发及生产。该材料广泛应用于高铁、航空、航天、航海、风电、新能源等工业市场领域，同时也广泛应用于柔性显示、智能手机、笔记本电脑、摄像机等电子消费市场领域。

时代华鑫的产品是一张薄薄的“膜”，可别小看这一张薄薄“膜”，却是当前世界上性能最好的有机高分子绝缘薄膜材料之一，上天能助力航空飞行，下地能护航高铁飞驰。它就是高性能聚酰亚胺薄膜（简称PI膜），也被称为“黄金薄膜”。实现“黄金薄膜”国产化的领军者便是时代华鑫张步峰。他和他的团队，数年如一日，不畏艰难，不仅建成国内首条化学亚胺法PI薄膜生产线，实现高性能PI薄膜的国产化，更让“中国薄膜”走出国门，有实力与国外PI企业掰一掰手腕。

进入PI膜领域，张步峰发现，该膜除了用于轨道交通产业，凭借其耐高温、电绝缘等诸多特性，也广泛用于5G、电子信息、航空航天、新能源汽车等高科技领域，尤其是近年来越来越智能化的手机终端，高性能PI膜是必不可少的材料。

张步峰和同事正在检查刚刚生产的高性能PI薄膜
张步峰和他的团队在开发出高性能PI膜生产一号线之前，韩国三星相关负责人找到了他所在公司，原来三星手机也饱受美国杜邦“卡脖子”之痛，全世界寻找高性能PI膜生产方。
“当时，三星不仅找了我们，也找到了韩国SKC公司，看谁能率先突破高性能PI膜制造工艺。”张步峰说，最终，我们率先实现高性能PI膜的量产，经过批量试用，产品品质达到了美国、日本同类产品水平，凭借其性能优良、性价比高，赢得了韩国三星的青睐，成为三星旗舰手机Galaxy S10系列的PI膜独家供应商，在国外引起很大的轰动。
“与三星的合作，给我们打开了一扇大门。”张步峰说，这不仅标志着我们生产的PI薄膜成为国内薄膜行业五十年来第一个获得国内外主流终端认可的PI品牌，也为公司架起了一座与电子终端直接联系的桥梁。此后，华为、荣耀、OPPO、VIVO、小米等手机终端厂商纷纷找上门来。
伴随着高性能PI膜需求的提升，此后数年，时代华鑫的出现，以及第二条高性能PI膜生产线的出炉，让时代华鑫的高性能PI膜年生产能力达到1000吨，产品品质达到了美国、日本同类产品水平，成功替代进口产品，应用于华为、VIVO等手机品牌。凭借一种低吸水性聚酰亚胺薄膜的制备方法，时代华鑫还摘得了第二十四届中国专利银奖、2022年度湖南省专利奖一等奖。其市场份额也不断攀升，成功取代国外同类产品的同时，更让“中国薄膜”走出国门，有实力与外国同行掰一掰手腕。
伴随着5G技术、超大规模集成电路制造与封装等高新技术的发展，国内外对高性能PI膜的需求日益增加，市场潜力巨大。为了满足市场需要，时代华鑫未来将继续扩大产能，将PI薄膜的年产能提升到3000吨，实现规模效应的同时，积极向下游渗透，以满足国内外高尖端技术产业PI薄膜需求。

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