一、聚酰亞胺薄膜(PI膜)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(huán)和雜環(huán)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(wěn)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(fā)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(yōu)良的力學性能、介電性能、化學穩(wěn)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(fā)展高技術產業(yè)的三大瓶頸性關鍵高分子材料。
聚酰亞胺薄膜(PI膜)
二、聚酰亞胺薄膜(PI膜)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(yè)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(huán)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(huán)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(fā)達國家?guī)缀跛械木埘啺繁∧どa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。
聚酰亞胺薄膜典型制造工藝流程
三、聚酰亞胺薄膜(PI膜)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(xù)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(guī)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(yè)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(fā)展為FPC行業(yè)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(xù)擴容。
2）商業(yè)航天與柔性屏幕高速發(fā)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(yōu)異的耐候性和耐輻射性而被用作火箭防護材料。2019年商業(yè)航天全產業(yè)鏈市場規(guī)模突破8000億元，復合增長率達22.1%。由于單發(fā)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(tài)，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(xù)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(yè)采用的主流散熱材料。近年來，國內導熱界面材料市場規(guī)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(yè)市場穩(wěn)步上升，電工級PI薄膜產業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大
電工PI薄膜主要用于變頻電機、發(fā)電機等高等級絕緣系統(tǒng)，最終應用于風力發(fā)電、高速軌道交通等領域。在風力發(fā)電行業(yè)，中國是全球最大的風電發(fā)展市場，截至2020年底，國內風力發(fā)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(yè)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(yè)，中國高鐵運營里程全球第一，占比超60%。
四、聚酰亞胺薄膜(PI膜)產業(yè)鏈分析
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(yōu)越，下游應用領域廣泛。聚酰亞胺的產品形態(tài)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(yè)最重要的產品形態(tài)。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(tǒng)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(yōu)勢，更符合下游電子行業(yè)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(yè)各細分產品中增速最快的品類。
五、聚酰亞胺薄膜(PI膜)行業(yè)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(yè)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(wěn)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(wěn)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(fā)和車間操作人員需要較高的理論水平和長期的研發(fā)實踐，難以速成。因此，對任何PI膜廠商，核心研發(fā)團隊均受到高度重視。
