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专题论述

透明聚酰亚胺薄膜(CPI)应用领域及生产企业汇总

发布时间:2025/2/17 10:06:42 来源:高性能树脂及应用

透明聚酰亚胺薄膜由于其独特的性能,在多个应用领域展现出显著优势。以下是其在不同领域的具体优势:01柔性光电子器件领域

优异的性能组合:具有热稳定性、力学性能和绝缘性能。通过分子结构设计和有机 / 无机杂化改性,可制备柔性透明聚酰亚胺薄膜,满足柔性光电子器件的需求。其柔性、色度和透明度可通过分子结构进行调控,并且可以利用计算化学方法进行辅助预测19。

新型透明导电膜——超薄银导电膜,助力柔性电子发展

透明柔性基底首选:在以 OLED 为代表的有机光电子器件中,高性能透明柔性基底的制备至关重要。透明聚合物薄膜因体积轻薄、弯折性能好、种类丰富且兼容卷对卷大面积量产工艺等优势成为首选。素有 “黄金薄膜” 之称的聚酰亚胺薄膜更是最佳选择,它具备良好的光学性能,稳定的热学性能,能耐受有机溶剂的侵蚀。

可制备无色透明薄膜:可以分别以聚酰亚胺树脂粉和 PAA 为原料,采用旋涂工艺制备无色透明聚酰亚胺薄膜,可控制溶液黏度和旋涂转速制备不同厚度的柔性基底薄膜,且薄膜表面光滑平坦。该薄膜是一种负双折射材料,当膜厚较薄时,由于等倾干涉现象,薄膜透光率谱线会出现较大幅度振动。针对不同聚酰亚胺材料,可给出可用膜厚范围,避免薄膜透光率波动对器件发光光色的影响。

宽带减反射型透明水氧阻隔层:引入薄膜光学中减反射膜的设计思想,借助 TFcalc 光学薄膜设计软件,针对聚酰亚胺薄膜设计和优化由氮化硅和氧化硅交替的四层结构阻隔层,采用 PECVD 工艺制备。阻隔层的沉积可大幅度提高聚酰亚胺薄膜水氧阻隔性能,同时使复合膜的透光率在整个设计波段上明显提升,复合膜表面光滑平坦并且具有较高的表面能和铅笔硬度。

正六边形金属网格电极制备:结合紫外光刻、电子束蒸发以及光刻胶剥离工艺在沉积了阻隔层的聚酰亚胺复合膜上制备正六边形 Ni/Au 金属网格。单独的金属网格已具备较高的导电性能、透光性能和弯折性能,还可作为辅助电极降低透明导电薄膜的方块电阻,在制备大面积透明柔性导电基底以及柔性触控膜方面有巨大应用潜力。

纳米颗粒掺杂:对聚酰亚胺薄膜采用无机纳米颗粒掺杂,利用掺杂颗粒对光的散射作用提高基底雾度以隐藏金属网格。通过研究掺杂颗粒与薄膜基体的相对折射率、掺杂粒径、掺杂浓度对复合膜透光率和雾度的影响,可根据实际需求选择掺杂条件,获得同时具备高透光率和高雾度的透明柔性基底。

02光电应用领域

高折射率和良好透明度:包含高极化部分和吸电子基团的聚酰亚胺通常具有高折射率和良好的透明度,在光电器件中具有巨大潜力。特别是在聚酰亚胺主链上引入羟基基团,是增强溶解性并为有机 - 无机键合提供反应位点的重要策略。有机聚合物粘合剂和无机填料制备的复合材料由于其增强的机械、热、光学和电学性能,最近引起了相当大的关注。

三星显示或在大尺寸折叠设备上,使用透明聚酰亚胺薄膜

此外,杂化薄膜中的无机成分还可以作为电子受体,稳定电荷转移复合物,从而产生电可编程数字存储性能。高性能聚酰亚胺还可以作为 AgNWs - 聚酰亚胺导电杂化薄膜的基底和保护剂,具有良好的粘附性、高弯曲性和优异的热稳定性。由于聚酰亚胺的高玻璃化转变温度,所得的 AgNWs - 聚酰亚胺电极可以在高温操作下保持其导电性能。因此,聚酰亚胺杂化物在光学和电学应用中具有广阔的前景。

03光降解防护与应用领域

防护光降解:透明聚酰亚胺薄膜在光降解防护方面具有重要作用。从标准全芳香型 PI 薄膜的光降解机制、含氟与半脂环型透明 PI 薄膜的光降解研究以及透明 PI 薄膜光降解的防护与当前典型应用等角度进行阐述。光稳定剂在透明 PI 薄膜光降解防护中的应用具有可行性,且具有特定的应用特点和未来发展趋势。

04航天领域

优异的性能适应航天需求:

无色透明聚酰亚胺(CPI)薄膜是一种光学性能优异、机械性能良好、热学性能稳定、抗辐照性能优异的高分子材料。在航天器有限的空间和运载能力下,CPI 薄膜被广泛应用在大口径光学透镜、柔性太阳能电池基板、遮光罩、太阳帆等航天器件。

航天器运行过程中,空间电子辐照可能导致 CPI 材料发生降解、导电等不良效应,而某些 CPI 薄膜具有优异的抗电子辐照性能,如 CPI (TFMB - BADPS) 薄膜在经过最大剂量的电子辐照后,在特定波长处的透射率下降率均小于 5%。

电子辐照会导致 CPI 分子结构中酰亚胺环、脂环结构、C=O、C - O、O=S=O 键的断裂,以及部分键的重组和交联,但通过测试分析发现与苯环中的 C 直接相连的 - CF₃比与 C 直接相连的 - CF₃更稳定,脂环结构相比于苯环结构在电子辐照时更易发生断裂,这主要是因为苯环结构的共轭效应,能分散辐照能量,表现出良好的抗辐照性能。

05汽车领域

耐热性和耐候性:汽车在不同的环境条件下使用,透明聚酰亚胺薄膜能够承受发动机舱的高温以及户外的各种恶劣天气条件,如高温暴晒、低温冷冻、酸雨侵蚀等,长期保持性能稳定,可用于制造汽车传感器罩、车灯透镜等部件。

轻量化需求:有助于汽车制造商实现车辆的轻量化目标,降低油耗和尾气排放,提升汽车的燃油经济性和环保性能,同时也不影响汽车的安全性和可靠性。

良好的机械性能和抗冲击性:在汽车行驶过程中,能够承受路面颠簸、石子撞击等外力冲击,不易破裂或损坏,保障汽车零部件的正常使用和行车安全。

光学性能和外观设计:其高透明度和良好的光泽度可以满足汽车制造商对于外观设计的要求,使汽车零部件具有更好的视觉效果,提升汽车的整体品质和美观度。

06能源领域

太阳能电池基板:具有优良的耐热性和耐候性,可作为太阳能电池的基板材料,在长期的户外使用过程中,能够承受阳光直射、高温、潮湿等环境因素的影响,保证太阳能电池的性能稳定和寿命。

透明电极:其良好的导电性和透光性使其有可能作为透明电极材料应用于一些新型的能源器件中,如有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等,替代传统的铟锡氧化物(ITO)电极,降低成本并提高器件的性能。

锂离子电池隔膜:具有较高的机械强度和化学稳定性,能够在锂离子电池中起到隔离正负极、防止短路的作用,同时允许锂离子的自由通过,提高电池的安全性和循环性能。

燃料电池应用:在燃料电池中,透明聚酰亚胺薄膜可用于制造质子交换膜等关键部件,其优异的化学稳定性和质子传导性能有助于提高燃料电池的效率和寿命。

透明聚酰亚胺薄膜凭借其独特的性能优势,在多个领域都展现出了广阔的应用前景,随着技术的不断进步和成本的降低,其应用范围还将进一步扩大。

07生产企业汇总

目前,CPI薄膜市场的生产厂商较少,主要集中于日、韩两国,且发展速度较为缓慢,已知实现量产的CPI薄膜厂商主要包括:韩国可隆KOLON、日本住友化学、SKI。中国CPI薄膜生产厂商由于起步较晚,主要生产商包括瑞华泰、长阳科技、道明光学等,目前处于研发和测试验证阶段。

住友化学

作为新材料头部企业,住友化学为应对显示技术的发展不断改善开发新型材料,包括CPI盖板材料、液晶涂布型偏光片、无基材传感器和高分子有机EL发光材料等。

尤其在柔性OLED用CPI薄膜领域,住友化学具有批量供应能力。住友化学的CPI薄膜因其高透明度和耐折叠性,曾被三星选为其可折叠智能手机Galaxy Fold的CPI盖板供应商。此外,住友化学计划在2022至2024财年投入7500亿日元用于战略投资和巩固现有业务基础,其中900亿日元将专门用于5G、半导体及下一代显示材料,这表明公司对CPI薄膜业务的重视和扩张意向。

可隆

韩国KOLON工业是全球领先的CPI薄膜供应商之一。KOLON在2016年7月宣布研发出CPI膜,并建立了CPI膜的量产线,2019年具备了CPI膜的量产能力。KOLON生产的CPI薄膜因其高透明度、耐热性以及耐折叠性能,已经被应用在多款折叠屏智能手机上,包括三星、华为、摩托罗拉等品牌的产品。此外,KOLON的CPI薄膜也被用于小米的首款可折叠手机“Mimix Fold”和联想的全球首款可折叠笔记本电脑Thinkpad X1 Fold。

图源:KOLON工业

韩国SKC

相关资料显示,韩国SKC成立于1976年,在1977年开发出聚酯薄膜,成为韩国国内首次成功开发了聚酯薄膜的企业,并以此为基础长期以来成为薄膜市场的领导者。

在2016年的业绩发布会上,SKC表示已经成功完成了CPI的研制开发。SKC解释说,自己在批量生产CPI方面甚至已经超越了Kolon Industry,透明度等性能也更加优越。并且SKC能够灵活使用现存的PI膜生产线,相比科隆,在投入资金方面减轻了一半的压力。

为应对柔性显示的市场需求,SKC早在2018年年初便果断地改组新设了事业统筹部门,引导部门间的协同效应。原薄膜事业部门变更为工业材料事业部门,事业领域从以PET薄膜为中心扩张至透明PI薄膜、PVB薄膜等高功能性专业材料。

据了解,SKC投资850亿韩元(约5.08亿人民币)推广CPI膜商业化,其中,对SKC Hi-tech & Marketing进行生产并投入资金170亿韩元(约1.02亿人民币)。在2018年6月,SKC在忠北镇川举行了CPI膜产业园奠基仪式,此次奠基,意味着SKC在镇北打造CPI膜全套生产体系稳定供应链,为打进市场而作准备。公司计划到2021年后获得CPI膜超过30%的市场份额。

但在2022年6月8日,韩国SKC宣布将薄膜业务出售给韩国最大投资专用私募基金运营公司——Hahn & Company。交易对象是SKC的薄膜业务部门、薄膜加工子公司SKC hi-tech&marketing,以及美国和中国工厂,合同金额为1.6万亿韩元(约13亿美元)。

三井化学

三井化学公司是日本最大的化工企业集团之一,从1988年开始生产AURUM™产品(TPI,热塑性聚酰亚胺),被广泛应用于各行各业。

三井化学(Mitsui Chemicals)根据自身特有的高分子设计技术、反应技术开发出高耐热和高透明的PI薄膜,其玻璃化转变温度高达260 ℃以上,光线透过率大于88.0%。

三井化学的CPI薄膜因其高透明度和耐热性,被认为是用于柔性显示技术,如折叠屏手机等应用的理想材料。此外,三井化学的CPI薄膜也被视为柔性盖板材料的有力竞争者,尽管在硬度方面可能需要进一步的涂层工艺来满足特定的性能要求。随着柔性和可折叠显示技术的不断发展,三井化学在CPI薄膜领域的研发和生产能力可能会对市场产生重要影响。

瑞华泰

深圳瑞华泰薄膜科技股份有限公司创始于2004年,是全球高性能PI薄膜专业制造商。

瑞华泰在2018年成功生产CPI薄膜,具有优越的光学和力学性能,可折叠超过20万次,已通过国内品牌评测并实现销售。另外,公司与W公司合作研发的CPI薄膜获得专利授权,并得到深圳市科技项目支持。瑞华泰正在调试50吨CPI中试产线,以确保产品良率和稳定性,预计专用生产线建成后将填补国内折叠屏手机CPI薄膜领域的空白。

博雅聚力

宁波博雅聚力新材料科技有限公司于2020年7月成立,公司专注于高分子材料聚酰亚胺(PI)的研发,其核心技术在于特种单体的设计合成和通过理论计算辅助聚合配方及工艺的优化,并基于该底层技术,得到一系列高性能聚酰亚胺材料和相关工艺技术。

公司提出的方案是UTG超薄玻璃涂覆CPI浆料,在保证消费者使用质感的同时可以起到保护UTG超薄玻璃的作用,目前可以实现UTG玻璃与CPI浆料的有效黏附。据36氪此前报道,博雅聚力的透明聚酰亚胺产品已通过显示客户验证,正在小批量。

图源:博雅聚力

公开报道显示,博雅聚力在2023年相继完成A和A+两轮融资,预计2024年底,博雅聚力将建成6000吨级聚酰亚胺浆料生产线,并实现量产。

奥克华辉

奥克华辉于2018年5月由奥克集团、鞍山华辉和辽宁科技大学合资成立,在CPI领域,完成了自主设计、研发、生产、销售CPI单体、聚合液、CPI膜的全产业链布局。

图源:奥克集团

奥克集团的耐高温无色透明聚酰亚胺材料全产业链项目,是由辽宁科技大学胡知之教授团队自主研发创新的具有国际领先水平和自主知识产权的重大科技成果。该项目拥有从单体到耐高温无色CPI薄膜、功能性复合膜全产业链的生产技术,将建设从单体原料到CPI薄膜的全产业链生产线。

该产品除在航天、航空领域应用之外,作为光学薄膜基材,主要应用于柔性显示器、有机光伏电池、终端触控模组、光学传感器件等光电子产品领域。

长春高琦

长春高琦聚酰亚胺材料有限公司(以下简称长春高琦)成立于2004年,主要从事聚酰亚胺(PI)原料单体、聚酰亚胺树脂及其特种工程塑料、高性能纤维及其织物、纳米纤维及制品、薄膜材料等的研发、生产和销售,是国家高新技术企业。

2024年Chinaplas展会,长春高琦携公司自研聚酰亚胺特种工程塑料制品、聚酰亚胺长丝以及聚酰亚胺薄膜等产品亮相。

图源:长春高琦

官网显示,长春高琦的聚酰亚胺无色透明薄膜具有传统PI薄膜的优异性能,同时对可见光具有高透过率,可作为OLED照明/显示器件、薄膜太阳能电池、电子纸的柔性衬底材料,并可应用于柔性显示器、透明柔性电路板、柔性电子等领域。但未显示目前具体的产能信息。

长阳科技

宁波长阳科技股份有限公司成立于2010年,于2019年11月在科创板上市,公司在研产品CPI薄膜(透明聚酰亚胺薄膜)主要应用于折叠手机,目前在小试阶段。

长阳科技4月25日晚间公告,公司拟通过全资子公司浙江长阳投资3.02亿元建设“年产100万平方米无色透明聚酰亚胺薄膜项目”。项目建设工期24个月。项目生产无色透明聚酰亚胺薄膜(CPI薄膜),主要应用于屏幕盖板等柔性显示结构部件,项目建设有利于公司扩大业务规模、优化产品结构。

苏州聚萃

新纶科技在CPI薄膜领域的布局主要体现在与苏州聚萃的合作上。根据公告,新纶科技与苏州聚萃签署了项目合作协议,共同建设聚酰亚胺(PI)树脂及薄膜产线,推进黄色PI和透明PI的产品研发及产业化。苏州聚萃负责PI树脂的合成及改性,而新纶科技则利用其在光学膜成膜及涂布方面的优势,负责PI树脂材料的光学薄膜制成及涂布功能化。

来自化工新材料的报道显示,聚萃CPI浆料已完成出货和销售,更具体的信息尚未查到。

道明光学

道明光学股份有限公司创建于2002年,是一家专业从事研究、开发、生产和销售各种功能性薄膜、高分子合成材料的国家级高新技术企业,现已形成以反光材料为主业,光学电子材料事业为核心,其他功能高分子材料为延伸的产业格局。

图源:道明光学

CPI薄膜作为柔性基板的需求正在增长。它不仅在折叠屏手机中有广泛应用,还在光伏、化工、航空航天等领域展现出广阔的应用前景。目前,CPI薄膜市场主要由日本、韩国和中国的企业主导,随着技术的发展和产能的扩张,竞争格局可能会发生变化,中国企业有望在CPI薄膜市场中占据更重要的位置。我们看到,中国企业在CPI薄膜领域的国产化进程正在加速,一些企业如瑞华泰已掌握CPI薄膜制备的核心技术,并有望填补国内在该领域的空白。




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