聚酰亚胺（PI）行业情况
聚酰亚胺（PI）行业情况
聚酰亚胺（PI）是一种高性能的非晶态特种聚合物，具有极宽的温度适用范围和优异的力学性能，在电子微电子、航空航天等领域有着重要应用。本文将从PI的定义、生产技术、市场规模、全球竞争格局以及中国PI行业的发展现状等方面进行深入分析。
1. 聚酰亚胺的定义与特性
聚酰亚胺（polyimide，PI）是指一类主链上含有酰亚胺基团的低晶态或非晶态高分子化合物，主链以芳环和杂环为主要结构单元，由二胺和二酐的化合物经聚合反应制备而成，且不同分资结构的二胺和二酐单体的制备的PI具有不同的分子结构和性能。
被认为是21世纪最有希望的工程塑料之一，长期以来一直占据着高分子材料金字塔最顶端的位置。
摄于长春高琦展台
典型结构如下：
图：PI基本合成路线及分子结构
PI具有极宽的温度适用范围，在-269℃的液态氦中仍不脆裂，热分解温度一般超过500℃，部分体系可达600℃以上，是迄今为止热稳定性最高的特种工程塑料之一。
此外，PI还具有力学性能优异、耐有机溶剂、耐辐射、耐老化、阻燃自熄等优点。
根据产品形式，PI材料可以分为薄膜、纤维、热固性树脂、光敏胶、浆料、分离膜或隔膜、气凝胶、泡沫等多种产品形式，在电子微电子、航空航天、机械电工、核工业等领域均据有重要应用。
摄于阿科玛展台
2. 聚酰亚胺的生产技术
聚酰亚胺的生产技术相对复杂，生产工艺与产品形态直接挂钩。除了作为热塑性塑料使用的PI之外，大部分的PI产品是在成型过程中伴随着化学反应，这就导致了PI产品的合成制备方法、生产工艺技术与其产品形态密切相关。
每种产品都需要从单体聚合开始，充分掌握其聚合机理，控制反应过程，了解其成型过程中的化学结构和凝聚态结构变化规律，并通过生产装备和工艺的调控，得到最终的目标产品。
因此，PI产品的生产是一个集化学、材料、机械、控制等学科的系统工程。任何一个方面出现短板，都会影响PI产品的性能和品质。
以PI薄膜为例，PI薄膜的制备技术路线分为化学法和热法两种。二者的主要区别在于亚胺化成环反应机理，前者依靠化学亚胺化试剂的催化作用完成闭环反应，可在相对较低的反应温度下进行，容易控制溶剂的含量和牵伸比；
摄于阿科玛展台
后者则依靠高温提供能量克服反应能垒，实现闭环，通常需要300~400℃以上完成反应，牵伸难度较大。
高性能PI薄膜的亚胺化过程通常伴随定向拉伸，使得分子链沿拉伸方向获得部分取向排列，产品性能得以提升。定向拉伸工艺有单向拉伸和双向拉伸之分。相较于单向拉伸，经双向拉伸后的PI薄膜在横向、纵向均可获得更有序的结晶取向，薄膜特性更为优异。双向拉伸工艺要求更高水平的配方技术和装备技术。
在PI纤维方面，根据纺丝浆液的不同，主要分为一步法和两步法。一步法，采用二酐与二胺单体在酚类等溶剂中反应，直接用该溶液制备纤维。由于没有化学干扰，PI强度高，但是溶剂难脱除，PI受到结构限制。
两步法，二酐与二胺单体在DMAc等非质子溶剂中进行缩合聚合，得到聚酰胺酸（PAA），然后纺成PAA初生纤维，再进行热/化学亚胺化，得到PI纤维。工艺控制难，性能较难控制。
PI产品 | 生产技术 | 特点 | 主要企业 |
|---|---|---|---|
PI薄膜 | 化学法 | 化学亚胺化试剂的催化作用完成闭环反应，可在相对较低的反应温度下进行，容易控制溶剂的含量和牵伸比 | 美国杜邦、日本钟渊等 |
热法 | 靠高温提供能量克服反应能垒，实现闭环，通常需要300~400℃以上完成反应，牵伸难度较大 | 时代新材、中天科技等 | |
PI纤维 | 一步法 | 采用二酐与二胺单体在酚类等溶剂中反应，直接用该溶液制备纤维。由于没有化学干扰，PI强度高，但是溶剂难脱除，PI受到结构限制 | 兰精公司 |
两步法 | 二酐与二胺单体在DMAc等非质子溶剂中进行缩合聚合，得到聚酰胺酸（PAA），然后纺成PAA初生纤维，再进行热/化学亚胺化，得到PI纤维。工艺控制难，性能较难控制。 | 江苏先诺、长春高琦等 |
资料来源：《中国化工新材料产业发展报告》
3. 聚酰亚胺市场规模
当前全球PI总产能大约10~15万吨/年，产量约为8-10万吨，产能利用率约为80%。根据MarketsandMarkets等机构测算，2021年全球PI的市场总额为87.3亿美元，2022年可达91.5亿美元。
预计到2028年，全球PI总产能达到16-20万吨/年，市场总额达到124亿美元，年复合增长率达到5.2%。其中PI薄膜2021年全球市场总额约为19.45亿美元，预计到2028年将达到22.6亿美元，年复合增长率月为2.2%。
基于PI不同的产品形式，PI材料在电子微电子、航空航天、汽车、高铁、医疗等多个领域实现应用。其中电子、微电子是PI材料最主要的应用方向，其次是航空航天、汽车和高高铁。
PI下游应用 | PI市场占比 | 产品形式 |
|---|---|---|
电子微电子 | 60% | PI薄膜、浆料、光刻胶等 |
航空航天、汽车、高铁 | 25% | 高导热膜、高尺寸稳定性薄膜、耐电晕薄膜、耐高温树脂 |
其他 | 15% |
资料来源：《中国化工新材料产业发展报告》
4. 聚酰亚胺全球竞争格局
目前全球PI市场依然是美国、日本占主导地位，约占据全球市场份额的60%左右。主要由美国的杜邦公司、日本的宇部兴产、钟渊化学、东丽集团、三井化学、三菱瓦斯化学等，掌握着PI薄膜、树脂、浆料等核心技术。
欧洲、韩国位于第二梯队，约占据全球市场的20%的份额，主要企业有德国赢创、比利时苏威、韩国SKC等公司。
国际PI企业产能见下表：
企业名称 | 产能（吨/年） | 装置所在地 | 产品类型 |
|---|---|---|---|
杜邦 | 20,000 | 美国、新加坡、日本 | 薄膜、树脂、塑料 |
SABIC | 20,000 | 美国、西班牙 | 树脂、薄膜 |
宇部兴产 | 5,000 | 日本 | 薄膜、浆料 |
钟渊化学 | 3,500 | 日本、美国、马来西亚 | 薄膜 |
三菱瓦斯 | 1,000 | 日本 | 树脂、浆料 |
三井化学 | 2,000 | 日本 | 树脂 |
SKC | 2,500 | 韩国 | 薄膜 |
赢创 | 4,000 | 德国、奥地利 | 纤维、树脂 |
国内PI企业产能见下表：
企业名称 | 产能（吨/年） | 装置所在地 | 产品类型 |
|---|---|---|---|
瑞华泰 | 1,500 | 深圳 | 薄膜 |
桂林电科院 | 400 | 桂林 | 薄膜 |
山东万达 | 500 | 东营 | 薄膜 |
时代华鑫 | 600 | 株洲 | 薄膜 |
中天科技 | 300 | 深圳 | 薄膜 |
国风塑业 | 350 | 合肥 | 薄膜 |
鼎龙集团 | 1,000 | 武汉 | 浆料 |
中科玖源 | 1,500 | 兰溪 | 浆料，薄膜 |
江苏奥神 | 2,000 | 连云港 | 纤维 |
江苏先诺 | 210 | 常州 | 纤维 |
资料来源：公开资料整理
5. 聚酰亚胺在中国的发展现状
我国是世界最早开展PI材料研究的国家之一。二十世纪六十、七十年带，上海合成树脂研究所、中科院长春应化所、第一机械工业部电器科学研究院（现桂林电器科学研究院）等单位开始了PI薄膜的研究工作，形成了浸渍法、流延法制备均苯型PI薄膜的工艺路线和双轴定向PI薄膜的专用设备。
近年来，我国PI薄膜市场呈现告诉增长趋势，年平均增长率约为10-15%，高于全球增速。2017年我国PI材料需求量约为1万吨，进口量约为6000吨；2021年需求量约为1.4万吨，进口量约为9000吨。其中电子设备、高铁、风电、新能源汽车等是PI需求增长的主要动力。
预计到2025年，国内PI需求总量将接近2万吨。但是整个中国市场来看，PI仍主要依靠进口，因此是我国亟需解决的卡脖子材料之一。
参考资料：梧桐树资本PTCG