千亿折叠屏市场都离不开它!这张“黄金”PI薄膜国产化需要克服哪些难点?

新材料小站 2022-04-18

聚酰亚胺薄膜

2370 字丨阅读本文需 6 分钟

4月11日晚,vivo正式推出旗下首款折叠屏手机vivo X Fold。至此,国内主流手机厂商已全部入局折叠屏手机领域。可折叠屏手机使用了新一代OLED照明/显示技术,OLED在生产制造过程中,由于需要在柔性基板上溅射上电极或TFT材料,基材一般为耐高温聚合物,使用得最多的是耐高温聚酰亚胺(PI)材料。

折叠屏上使用的透明聚酰亚胺(CPI)是不同于一般的塑料薄膜,具有延展性好、质地偏软等优势,属于早期折叠屏手机中采用的一种材质。PI合成配方设计上具有非常大的自由度,可以根据使用场景设计合成不同性能的聚酰亚胺材料,从而具有广泛的应用领域,比如航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。

金字塔顶端的材料

PI被誉为高分子材料金字塔的顶端材料,是分子结构中含有酰亚胺基链节的芳杂环高分子化合物,也是目前工程塑料中耐热性最好的品种之一。各国都将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入化工新材料的发展重点之一。因其在性能和合成方面的突出特点,无论是作为结构材料还是作为功能性材料,聚酰亚胺都有着巨大的应用前景,包括工程塑料、纤维、薄膜等领域。

PI是综合性能超强的有机高分子材料之一,在航空航天、原子能工业、卫星、核潜艇、电器绝缘、电子信息及精密制造方面得到广泛应用,是世界公认的支撑未来高科技发展的“超级化工新材料”。据了解,目前,国内高端PI产品几乎全部依赖进口。业内专家呼吁,通过创新与改革,尽快突破国外技术封锁已是当务之急。

正是由于PI产品可用于军工等领域的特殊性,早先时候,其他国家的技术和产品几乎不对中国出口。

而其纤维,特别是高强高模产品却鲜为人知。据了解,此前,国外一些发达国家以高强高模为目标对聚酰亚胺纺丝进行多年研究,始终没有重大突破,主要是纺丝工艺及相关装备问题不能解决。

随着高新技术领域的不断发展,其对PI制品理化性能的要求也越来越高,传统PI材料在力学、热学及光、电、磁等方面的性能已经不能满足现代科技领域对材料的特殊要求,PI高性能纤维以其优越的力学性能、耐热稳定性、耐辐照等特性将成为下一代高性能纤维的典型代表。

全球市场及格局

PI技术在世界范围内呈寡头垄断局面,技术封锁严密。

目前全球产能仍然主要由国外少数企业所垄断,包括美国杜邦、日本钟化、韩国SKPI 以及日本宇部兴产株式会社等。

据美国调查咨询公司 Markets and Markets 数据显示,2017 年全球PI 薄膜的市场规模为15.2 亿美元,预计2022年将达到24.5 亿美元。

而PI 纤维、PI 涂料、PI 工程塑料技术只集中在极少数公司手中,几乎垄断市场。如PI 纤维的供应主要集中在德国赢创的P84 纤维和我国长春高琦的轶纶纤维,其应用领域广、需求市场正在扩大。

国内PI生产装置多数为百吨级,且产品90%以上是薄膜。

国内大约50家规模大小不等的PI薄膜制造厂商,根据在不同终端电子产品的应用,PI薄膜厚度规格可分为7.5μm,12.5μm、24.0μm及厚膜,其中手机、相机等手持式电子产品使用12.5μm或更薄的PI薄膜,一般电子产品、汽车、笔记本电脑和覆盖膜使用25.0μm厚度的PI薄膜,补强板则使用较厚的PI薄膜。

目前,全球生产PI的厂家近100家,代表性的品种达30多种,应用领域日益扩大。PI市场主要供货商包括杜邦、通用电气、阿莫科公司、巴斯夫、西巴盖吉、郝斯、东丽杜邦、钟渊化学、三井东亚、宇部兴产、SKCKOLON等公司。相比国外基本都是千吨级的生产装置,国内尽管有众多PI生产企业,但生产装置大多为百吨级,且90%集中在薄膜生产,皆以中低端电工级PI薄膜为主,每条生产线的产能仅为国际水平的十分之几。国内公司只有深圳惠程、丹邦科技和康达新材等几家涉足高端PI领域。

需求与日增加,PI薄膜亟待国产化

从需求端来看,2016-2020年国内对PI薄膜的需求复合增速高达10%,2020年总需求量约为1.3万吨。目前我国电子级PI薄膜与电工级PI薄膜整体消费量相当。

未来随着电子显示、柔性印刷电路(FPC)和导热石墨膜等电子级应用领域的快速增长,电子级PI薄膜消费量规模进一步增大,预计2023年将超过电工级PI薄膜,但高端电子级PI薄膜在设备、工艺及人才方面存在较高技术壁垒,目前发展进入瓶颈期。

2020年我国PI薄膜进口依存度约25%,高端PI薄膜进口依存度更是达到了80%以上。随着我国相关研发及技术人才的积累,加之下游重点市场转移至内地及相关政策的利好,我国PI薄膜发展将不断提速,逐步实现高端产品国产化替代。

一直以来,我国对新材料产业的发展高度重视,2017年科技部制定的《“十三五”材料领域科技创新专项规划》报告中把聚酰亚胺、耐辐照型聚酰亚胺纤维等列为重点发展材料。

2018年,国家统计局发布《战略性新兴产业分类(2018)》,报告中将聚酰亚胺薄膜列入战略性新兴产业领域。

2019年工信部发布《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019年版)》,其中在“关键战略材料”之“三、先进半导体材料和新型显示材料”明确列示“柔性显示盖板用透明聚酰亚胺”。政府的重视与支持,对我国PI薄膜的发展意义重大。

随着航空航天、汽车、5G通讯的发展,PI应用将不断扩大。我国聚酰亚胺薄膜下游市场对高性能聚酰亚胺薄膜的需求也日益增加。可以预料的是,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,这是我国PI薄膜发展的机遇。

国内PI薄膜起步较晚,产能、工艺、技术等多方面与国外巨头均存在差距。由于先进生产技术多为美、日、韩等国家掌握,国内主要以生产低端电工PI薄膜为主,高端产品仍依赖进口。近年来,随着国内技术和资本不断积累,多家新材料企业陆续投产PI薄膜,国内产能逐步扩大。

2017年起,国内多家企业开始引进先进生产设备,布局化学亚胺法高性能PI薄膜,包括时代新材、丹邦科技、中天科技等。据已披露的项目信息,预计2025年我国将增加约3万吨PI薄膜产能,其中中科玖源、骏友电子、瑞华泰、时代华昇等企业将增加千吨级PI薄膜产能。

随着新型PI产品的不断发展,应用领域的不断拓展,PI产品必将迎来更大的发展空间,尤其是柔性显示主导的新型显示产业的快速崛起,更是为PI薄膜的发展开辟了新的道路。Markets and Markets预计在2017—2022年期间,柔性印刷电路将成为全球PI薄膜市场规模最大、增长最快的应用领域;Energias Market Research研究显示,2025年,全球聚酰亚胺市场规模将达到34.25亿美元,年复合增长率将达到10.6%。

高端PI薄膜在设备、工艺及人才方面存在较高技术壁垒,其发展困难重重,但随着我国相关研发及技术人才的积累,OLED、柔性电路板及石墨膜等下游重点市场转移至大陆市场,以及政府发布一系列政策的鼓励下,目前我国聚酰亚胺薄膜发展不断提速,是实现高端产品国产替代的最好机遇期。

文章来源: 中国化工信息周刊,塑库网

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