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位于高分子材料金字塔顶端的“黄金薄膜”，聚酰亚胺薄膜国产化替代正在突围

文章来源：贤集网更新时间：2023-08-23 15:22:35

作为高分子材料中的“大明星”，聚酰亚胺（英文缩写为PI）被认为是21世纪最有希望的工程塑料之一。因为价格高昂、技术壁垒高、性能优异，聚酰亚胺有着“黄金薄膜”的美称。据了解，由于聚酰亚胺具有耐高温、强度高、尺寸稳定性高、耐弯折等特点，可用作电机的槽绝缘及电缆绕包材料，广泛应用于电子工业、汽车工业、国防工业等领域。

桂林电器科学研究院有限公司首席技术专家唐必连接受媒体采访时表示，没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术。

随着电子工业和汽车工业中5G高频通信、可穿戴设备、柔性显示、新能源汽车等产业的发展，全球对高端聚酰亚胺薄膜的需求将与日俱增。

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聚酰亚胺行业概况

1、产品概述

聚酰亚胺（Polyimide，PI）是指分子结构主链中含有酰亚胺结构的高分子聚合物，聚酰亚胺是一个非常庞大的家族，高性能PI的主链大多以芳环和杂环为主要结构单元。PI具有最高的阻燃等级（UL-94），良好的电气绝缘性能、机械性能、化学稳定性、耐老化性能、耐辐照性能、103赫兹下介电常数4.0，介电损耗仅0.004～0.007，属F至H级绝缘，且这些性能在很宽的温度范围（－269℃至400℃）内不会发生显著变化，被誉为“十一世纪最有希望的工程塑料之一”，有“解决问题的能手”之称，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。

PI薄膜具有优良的力学性能、介电性能、化学稳定性以及很高的耐辐照、耐腐蚀、耐高低温性能，是目前世界上性能最好的超级工程高分子材料之一，被誉为“黄金薄膜”，与碳纤维、芳纶纤维并称为制约我国发展高技术产业的三大瓶颈性关键高分子材料。

2、制作流程

聚酰亚胺薄膜在亚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（双轴定向拉伸法）、浸渍法（铝箔上胶法）、喷涂法、挤出法和沉积法等。成型工艺对于薄膜的性能和生产方式影响极大，目前较为常用的方法为流延法和流延拉伸法，相比于流延法，流延拉伸法常用于制备高性能的聚酰亚胺薄膜。在我国流延法及浸渍法工艺均较为成熟，其中浸渍法由于产品绝缘性能较差，正逐渐被淘汰。而技术难度较高的喷涂法、挤出法以及沉积法在2016年主要由日本先进企业掌握。

目前亚胺化主要有两种方法，市场分析即热亚胺化法和化学亚胺化法，热亚胺化法将聚酰胺酸加热到一定温度，使之脱水环化；化学亚胺法是向温度保持在-5℃以下的聚酰胺酸溶液中加入一定量的脱水剂和触媒，快速混合后加热到一定温度使其脱水环化。热亚胺化法的工艺过程与装备较化学亚胺法简单，但制得的薄膜物化性能较化学亚胺法存在不足，无法生产满足电子级及以上的PI薄膜。2014年前我国绝大部分生产厂家均采用热亚胺化法，但发达国家几乎所有的聚酰亚胺薄膜生产商都已经完成了从热亚胺化法向化学亚胺法的技术与设备过渡。时代新材所新建的180吨聚酰亚胺薄膜生产线是国内最先采用化学亚胺法进行亚胺化步骤的生产线之一，能够生产满足轨道交通用的高性能聚酰亚胺薄膜。

3、应用场景

1）柔性电路板FPC产值增长，促进电子级PI薄膜市场持续扩容

挠性覆铜板FCCL是制造挠性电路板FPC的重要基材。全球FCCL市场规模由2014年的26.4亿美元增长至2019年的44.8亿美元。电子级PI薄膜作为FCCL的主要原材料，需求随FCCL同步增长，2019年全球FCCL产业PI薄膜需求量达14877.5吨，国内需求量4869.0吨。从FPC产值看，2014-2020年国内FPC产值从290.7亿元增长至526.0亿元，复合增长率10.4%。下游新型电子产品的发展为FPC行业注入新增长动力，2021年FPC产值可增长至544.4亿元，促进电子级PI薄膜市场持续扩容。

2）商业航天与柔性屏幕高速发展，推动特种级PI薄膜市场不断增长

在航空航天领域，PI薄膜因其优异的耐候性和耐辐射性而被用作火箭防护材料。2019年商业航天全产业链市场规模突破8000亿元，复合增长率达22.1%。由于单发运载火箭原材料成本可占总成本的35%，原材料国产化势必大幅降低制造成本，从而推进特种级PI薄膜增长。在柔性屏幕领域，柔性CPI薄膜是大多数折叠手机生产商所采用的屏幕盖板材料。随着柔性显示的不断商用化，折叠手机逐渐成为手机新形态，根据相关预测，2024年全球折叠手机出货量将达4530万部，国内出货量达1320万部，而柔性盖板作为折叠手机的核心部件，将推动特种级PI薄膜持续增长。

3）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%。5G技术的驱动将为导热级PI薄膜带来更大需求空间。

4）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第一，占比超60%。

4、聚酰亚胺薄膜产业链

1）上游

二元酐PMDA、二元胺ODA以及其他原材料。上游部分特种PI单体已实现国产化，PI薄膜的原材料为PI单体和PI浆料。PI单体包括二酐单体和二胺单体。

2）中游

PI薄膜性能优越，下游应用领域广泛。聚酰亚胺的产品形态包括薄膜、泡沫、纤维、光敏型聚酰亚胺与聚酰亚胺基复合材料等，其中PI薄膜占比超过70%，是聚酰亚胺产业最重要的产品形态。PI薄膜的制造需经过树脂聚合、流涎铸片、定向拉伸亚胺化和后处理等生产工序。

各类别PI薄膜应用：热控PI薄膜（高导热石墨膜前驱体PI薄膜）、电子PI薄膜（电子基材用PI薄膜、电子印刷用PI薄膜）、电工PI薄膜（耐电晕PI薄膜、C级电工PI薄膜）、航空PI薄膜（聚酰亚胺复合铝箔MAM）。

3）下游

FCCL的板材膜常见的有聚酰亚胺膜（PI）、聚酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、液晶显示屏高聚物（LCP）等高分子材料塑料薄膜。

FPC即柔性PCB，简称软板，FPC主要原材料包括挠性覆铜板（FCCL）、覆盖膜、元器件、屏蔽膜、胶纸、钢片、电镀添加剂、干膜等八大类，其中挠性覆铜板（FCCL）是生产FPC最重要的基材，占比为40%，FPC的所有加工工序均是在FCCL上完成的。全球FCCL产能主要集中在日本、中国大陆、韩国以及中国台湾，其中中国大陆占比为21%，位列第三。FPC是以聚酰亚胺（PI）或聚酯（PET）薄膜为基材制成的可挠性PCB，与传统PCB硬板相比，具有生产效率高、配线密度高、重量轻、厚度薄、可折叠弯曲、可三维布线等显著优势，更符合下游电子行业智能化、便携化、轻薄化趋势要求，可广泛应用于航天、军事、移动通讯、笔记本电脑、计算机、数字相机等领域或产品上，是近年来PCB行业各细分产品中增速最快的品类。

4、聚酰亚胺薄膜行业壁垒

产能技术壁垒较高，高端PI膜主要技术壁垒在于设备工艺和人才：

1）设备定制周期较长。核心设备采购主要来自海外，采购周期约18-24个月,这就对厂商的技术和市场有足够的预判能力，否则不敢贸然下订单采购。

2）工艺难度大、定制化程度高。PI膜本身制备难度较大，特别是亚胺化工艺能否突破化学法是普遍难题。并且对不同的行业和客户，PI薄膜的相关参数和工艺都不一样，需要通过反复调试和技术攻关才有望获得稳定量产。PI膜下游高端市场电子、通信、轨交等对产品质量极为苛刻,不能保证稳定量产则难以获得客户认可。

3）技术人才稀缺。具备PI膜生产能力的研发和车间操作人员需要较高的理论水平和长期的研发实践，难以速成。因此，对任何PI膜厂商，核心研发团队均受到高度重视。

02

聚酰亚胺薄膜国产化替代空间大

长期以来，高端聚酰亚胺薄膜的相关生产工艺及关键技术一直被国外垄断，已成为制约我国高技术产业发展的瓶颈之一。

据华经产业研究院，从全球市场来看，包括美国杜邦公司、日本钟渊化学工业株式会社、日本东丽株式会社、日本宇部兴产株式会社和韩国SKC Kolon PI公司在内的美、日、韩企业占据了整个行业近80%的产能，其中美国杜邦公司2021年产量约为3500吨，占比超过全球总产量的20%。

由于聚酰亚胺具有巨大的应用前景，近年来，我国的大专院校、科研单位及企业的科技工作者对聚酰亚胺的研究热情不减，在高密度散热膜、耐电晕膜、无色透明膜、电池隔膜、五彩变色膜、太阳能背板用膜、海水过滤膜等方面都做了大量的研究。

03

目前行业存在问题

1、技术缺口较大

缺乏高层次技术人才的完整培训系统。行业内生产优良率低于国际水平，在缺乏新兴产品驱动下造成PI薄膜制造厂商同质化竞争态势愈来愈明显。美日韩PI膜厂商较高的生产技术水平抢占国内庞大的消费市场。中低阶产品一直存在着价格下降的压力，受国际经济环境波动巨大。

注释：**代表母公司拥有该产品生产技术；*代表目前能够小批量生产

国内生产的PI薄膜与国外同类产品在质量方面仍存在一定差距，如力学性能稍低，外观质量稍差，热收缩率稍高等问题。

PI 薄膜制造工艺复杂，尤其是电子级 PI 膜技术难度更高。首先，为了满足柔性盖板的高透光性，研发无色 PI 薄膜作为也是现阶段需要攻克的难题之一。其次，亚胺化为PI制程中技术壁垒极高的一道工序，又可分为热亚胺化和化学亚胺化；前者工艺简单无法生产电子级及以上的PI薄膜，而我国大部分厂商采用此方法。

2、产能较小

行业各个企业面临的问题是产能太小，所以下游的大客户不敢把大批量的订单转给单个企业（单个大客户至少要占用大几百吨产能），所以现在行业内企业的客户十分分散。PI材料的价格太高了，难以大规模应用，除非是一些很高端的电池。

3、进口替代空间广阔，但抢占难度较大

由于国内PI薄膜行业的整体水平与国外存在差距，大部分停留于低端产品领域，而高性能PI薄膜领域主要被杜邦、钟渊化学、SKPI等国外巨头占据，产品严重依赖进口。我国PI膜的供给主要以电工级为主，从整体产能来看，2019年我国PI膜的产能约在9000吨，但其中电子级的产能不到1000吨。在我国产业结构升级、关键材料国产化的背景下，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。

04

未来前景广阔

高性能、多功能的发展趋势

PI 膜的下游应用广泛，产品需求大。新兴领域助推电子PI薄膜需求持续增长，绝缘要求提升带来电工PI薄膜新机遇，PI薄膜有着广阔的市场前景。

新兴领域助推电子PI薄膜需求持续增长

与传统刚性PCB板相比，FPC具有配线密度高、轻薄、弯折性好、灵活度高等特点，可以实现多种形态的空间布局。电子产品的便携化、智能化、多样化趋势有效带动了FPC产业发展，FPC用电子PI薄膜市场规模随之稳步扩张。据相关数据显示，2021年全球FPC市场规模达到约138亿美元，到2025年将达到154亿美元，2021-2025年年均复合增速约为4.24%。

电子PI薄膜还可制作成序列化标识电子标签贴覆于PCB等产品表面;也可以作为重要基材用于COF(Chip On Flex，覆晶薄膜) 封装基板，终端应用于消费电子、5G通信、汽车、工控医疗、航天军工等各个领城。未来在下游各产业的需求驱动下，电子PI薄膜市场仍具备可观成长空间。

绝缘要求提升带来电工PI薄膜新机遇

电工PI薄膜常用于变频电机、发电机等高级绝缘系统，并最终用于高速轨道交通、风力发电、新能源汽车等领域。其主要功能为耐高温与绝缘，耐温等级达到200度以上，随着电力电子技术快速发展，将电力电子技术与高频变压器相结合的电力电子变压器成为智能电网、高铁动车、航空航天等多个领城的关键电气设备。

高频变压器在高效实现电压等级变换、电气隔离、功率调控等功能的同时，也面临着绝缘材料加速老化、诱发电晕放电等严重危害电气设备使用安全的情况。在此背厦下，具有优异耐电最特性的电工PI薄膜重要性凸显。目前，耐电晕PI薄膜主要用于变频电机、发电机等的高等级绝缘系统，并最终应用于高速轨道交通、风力发电等领域，保护绝缘系统免遭变频电机运行时局部放电导致的损坏，提高电机长期运行的可靠性，保障高速列车的运行安全性，实现风电设备长寿命免维护。

未来PI薄膜的研究主要会朝高性能化、多功能化、易成型加工和低成本等方向发展，同时需要关注具有差别化和特殊应用的高性能PI薄膜。通过分子结构设计、新合成技术以及纳米复合等技术实现产品的系列化和功能化来不断扩大新品种和用途，以提高市场占有率。

总结

PI薄膜的性能一直都位于高分子材料金字塔的顶端，素有“黄金薄膜”之称，同时也是国家战略性的基础材料，产业链转型升级的重要支撑材料。PI薄膜属于高技术壁垒行业，目前国内市场PI薄膜需求快速增长，潜力巨大。随着技术的不断突破和产能的逐步落地，国产PI产品的品质正逐步追赶国际水平，国产龙头企业有望实现进口替代，享受市场红利。

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