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干货!一文看懂聚酰亚胺行业发展现状:实现高性能PI制品产业化是当务之急

2022-12-13 来源:华经产业研究院的财富号 浏览数:1

一、聚酰亚胺行业概况

1、应用领域

聚酰亚胺是分子中含有酰亚胺基团的杂环聚合物,是迄今综合性能最高的聚合物品种之一。通用塑料和工程塑料的产品加工模式通常是由供应商提供基础树脂,再由生产企业加工成各种制品供应市场,而聚酰亚胺相关企业大多是集合了材料合成与制品成型,直接向市场提供制品。聚酰亚胺产品的形态包括薄膜、浆料、树脂、纤维、泡沫、复合材料等:

聚酰亚胺主要产品及应用领域

资料来源:公开资料整理

2、合成方法

聚酰亚胺通过聚酰胺酸(PAA)中间产物的两步法是最早采用的一种经典合成方法。尽管两步法存在PAA贮存稳定性不佳等问题,但其至今仍是采用最多、地位最重要的一种聚酰亚胺成方法。

聚酰亚胺的合成方法

资料来源:公开资料整理

二、聚酰亚胺产业链

聚酰亚胺具有非常广泛的用途,尤其是在一些高科技、高附加值的产业中,而且在每一个应用领域都发挥了突出的作用。聚酰亚胺在绝缘材料中和结构材料方面的应用正不断扩大;在功能材料方面正崭露头角,其潜力仍在发掘中。但是与其他聚合物比较,聚酰亚胺亚胺的成本还是太高,今后聚酰亚胺研究的主要方向之一仍应是在单体合成及聚合方法上寻找降低成本的途径。

聚酰亚胺产业链

资料来源:公开资料整理

PI薄膜属于高技术壁垒行业,中国大陆起步晚,还处于追赶阶段,多数生产商以生产电工级产品(价格10~30万元/吨)为主,低端电绝缘PI薄膜市场基本已实现自给,但高性能电子领域的产品仍然高度依赖进口(进口率85%以上,日本、韩国和中国台湾省是最主要的进口来源地)。PI薄膜与碳纤维、芳纶纤维并称为制约我国高技术产业发展的三大瓶颈性关键材料。

中国PI薄膜应用需求分布(单位:%)

资料来源:公开资料整理

三、全球聚酰亚胺行业市场规模

从全球市场规模来看,2021年全球聚酰亚胺薄膜市场规模约为22亿美元,到2022年全球聚酰亚胺(PI)薄膜材料的市场规模将达到24.5亿美元。中国国内PI膜市场的规模,预计将超过72亿元。

2017-2022年全球聚酰亚胺膜材料市场规模(亿美元)

资料来源:公开资料整理

四、中国聚酰亚胺行业发展现状分析

1、透明PI薄膜专利

目前增加PI透明性的手段有3种,第一种是添加含氟单体,1967年杜邦申请了第一件CPI薄膜的专利[38],采用的就是这种手段,但含氟单体在成本和环保性方面优势不足;第二种手段是降低分子的芳香性,通常是引入脂族结构,但这种CPI材料的耐热性会受到一定影响;第三种手段是引入大体积侧基或非共平面结构(砜基、醚键、苯并咪唑等)。提高PI透用性也可以采用两种或两种以上结构设计方法进行组合。

透明PI薄膜专利申请量的技术构成(单位:%)

资料来源:公开资料整理

2、市场价格

受技术差异影响,我国不同类别PI膜价格相差较大,低端PI薄膜产品价格呈现降价趋势,而高端PI薄膜产品价格较高。其中,低端电工PI薄膜为20万元每吨,低端电子PI薄膜为25万元每吨;电子PI薄膜与热控PI薄膜是35-100万元每吨;高端电子PI薄膜是100-200万元每吨,例如COF;CPI价格最高,可达到每吨2000-3000万元。

不累类别PI薄膜的市场价格

资料来源:公开资料整理

五、聚酰亚胺行业竞争格局分析

1、全球市场格局

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%。

2021年全球PI膜行业市场格局(单位:%)

资料来源:公开资料整理

2、国内企业布局情况

我国的PI产业发展滞后,技术起步较晚,还处于模仿国外研发的阶段。国内PI企业产能规模较小(多为百吨级装置,90%以上是薄膜产品),并且产品性能不稳定、精细化程度低、品种少。PI大类别和高端产品基本全部被国外企业垄断,严重制约了我国相关产业的发展。但经过几十年的积累,国内不少厂商已有丰富的研发经验,培养了大量技术人才,正试图打破海外巨头的垄断,包括长春高琦、深圳瑞华泰、桂林电科院、江苏奥神等在内的国内企业在PI薄膜、纤维等领域都取得了较大进展。


六、聚酰亚胺产业发展方向

1、低温合成聚酰亚胺PI

一般情况下,PI通常由二胺和二酐反应生成其预聚体—聚酰胺酸(PAA)后,必须在高温(>300℃)下才能酰亚胺化得到,这限制了它在某些领域的应用。同时,PAA溶液高温酰亚胺化合成PI过程中易产生挥发性副产物且不易储存与运输。因此研究低温下合成PI是十分必要。目前改进的方法有:1)一步法;2)分子设计;3)添加低温固化剂。

2、薄膜轻薄均匀化

伴随着宇航、电子等工业对于器件减重、减薄以及功能化的应用需求,超薄化是PI薄膜发展的一个重要趋势。按照厚度(d)划分,PI薄膜一般可分为超薄膜(d≤8m)、常规薄膜(8m<d≤50m,常见膜厚有12.5、25、50m)、厚膜(50m<d≤125m,常见厚度为75、125m)以及超厚膜(d>125m)。目前,制备超薄PI薄膜的方法主要为可溶性PI树脂法和吹塑成型法。

3、低介电常数材料

当电子元器件的尺寸缩小至一定尺度时,布线之间的电感-电容效应逐渐增强,导线电流的相互影响使信号迟滞现象变得十分突出,信号迟滞时间增加。而延迟时间与层间绝缘材料的介电常数成正比。较高的信号传输速度需要层间绝缘材料的介电常数降低至2.0~2.5(通常PI的介电常数为3.0~3.5)。目前,降低PI薄膜介电常数的方法分为四类:1)氟原子掺杂;2)无氟/含氟共聚物;3)含硅氧烷支链结构化;4)多孔结构膜。

4、透明PI

有机化合物的有色,是由于它吸收可见光(400~700nm)的特定波长并反射其余的波长,人眼感受到反射的光而产生的。聚酰亚胺分子结构中存在较强的分子间及分子内相互作用,因而在电子给体(二胺)与电子受体(二胺)间易形成电荷转移络合物(CTC),而CTC的形成是造成材料对光产生吸收的内在原因。

 

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