产学研相结合  聚酰亚胺产业化进程加速
□  中国科学院长春应用化学研究所  丁孟贤

物化性能优异  应用领域广泛
    聚酰亚胺（PI）具有优良的物化性能：
    （1）长期耐温性好：可以在250℃条件下长时间使用，也可以在400～500℃环境下短时间使用。
　 （2）合成工艺相对简单：与其他性能相似的杂环高分子如聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑及聚喹啉相比，
PI的合成工艺相对简单，并且有多条工艺路线可供选择。最常用的方法是由四酸二酐和二胺合成，聚合过程中除
产生水之外并无其他无机小分子，该工艺对于产品要求纯度较高的微电子工业具有重大意义。
   （3）可以用多种方法加工成型：除了溶液加工（流延、干纺、湿纺等）和熔融加工（模压、注射、传递模塑）
外还可以进行气相沉积成膜、激光刻蚀等。
    （4）广泛的应用领域：目前已知的PI结构已经多达千个，可以满足各种应用领域对其性能的不同要求。PI
已经在薄膜、塑料、泡沫、粘合剂、复合材料、纤维、分离膜、光刻胶、液晶取向剂等领域商品化，目前正在燃料
电池用的质子传输膜、非线性光学材料、压电材料甚至生物相容材料等高新技术领域进行积极的研究。PI作为高
性能的高分子材料在许多应用领域已经成为不可替代的材料，例如：①用于H级或C级的电气绝缘材料；②柔性线
路板的三层板或二层板的介电薄膜和覆盖膜；③长期使用温度高于170℃的复合材料基体树脂及粘合剂；④各种液
晶显示器用的取向剂；⑤150～300℃所使用的泡沫材料等。

美欧日三足鼎立  产品价格差异巨大
    据不完全统计，目前全球PI的年消费量为4万t左右，美国、欧洲、日本是主要的消费市场，预计2008年美
国、欧洲、日本的消费量分别为18135t、15800t、6856t。PI在各国家和地区消费构成有所不同，美国主要消费领
域是塑料，占消费量的80%左右；欧洲主要消费领域是漆包线漆，占消费量的70%～80%；日本主要消费领域是薄膜
和塑料，合计占消费量的95%左右（见表1）。
    目前国际PI市场由于产品质量及应用领域不同，价格差异较大(见表2)。以超纯微电子用涂料（包括光刻胶）
级PI为例，目前只有少数几家公司生产，高端产品的售价高达1500美元/kg，而某些同类产品只有300美元/kg。
同时，漆包线漆用PI售价仅为5～10美元/kg。全球主要PI生产企业及产品牌号详见表3。

研究工作如火如荼  产业化和应用亟需加速
    我国对PI的研究主要集中在聚合基本理论的探索和薄膜、漆包线漆等产品的研发。目前中科院长春应用化学
研究所、上海合成树脂研究所、中科院化学研究所、上海交通大学、四川大学、南京工业大学、吉林大学等均在进
行相关的研发工作。
    目前我国PI的研发工作如火如荼，但产业化和应用则远远落后。以PI薄膜为例，最初由上海合成树脂所开发
成功并实现产业化，产能已超千吨，但质量仍不能满足柔性线路板的要求；目前已投入大量资金开发双向拉伸薄膜，
但是仍存在收缩率和热膨胀系数太高、薄膜的均匀性差等问题。工程塑料是我国PI应用开发的热点领域，但是目
前产量不足千吨，主要问题是产品牌号少，质量不稳定，生产成本高，难以被下游用户所接受。
    我国PI工业在原料方面有了长足进步，二酐和二胺的产业化已经逐步成熟，并且产品开始批量出口，这也必
将促进我国PI工业的发展。我国PI原料及制品主要生产企业见表4。

研究和开发热点   
    ★生产成本  均苯二酐和二苯醚二胺在我国已成功实现产业化，生产成本大幅度降低，对以薄膜为主的制品发
展起到巨大的推动作用。但基于其他二酐的PI，尤其是以热塑性PI为主的品种虽然性能要高于GE公司的Ultem，
但成本差距较大，使得发展受阻。长春应化所开发的以邻二甲苯合成氯代苯酐，及以两个氯代苯酐异构体为原料合
成各种异构二酐，或以氯代苯酐直接合成PI均可大幅度降低成本。
    ★异构效应  PI异构效应的研究发展较快，例如由3,4’-取代桥联二酐得到的PI较由4,4’-二酐所得到的
聚合物具有更高的玻璃化温度（视结构不同可以提高10～50℃）和较低的熔体粘度，意味着异构PI可以有更高的
使用温度和容易加工的性能，异构PI的这些性能的发现是先进复合材料、工程塑料及粘合剂技术上的一个突破，
此外PI在功能材料方面如气体分离膜等方面异构也表现出优异的性能。
    ★质子传输膜  用于燃料电池的质子传输膜是目前PI材料研究的热点之一，迄今为止，在质子导电性能方面
以PI为材质的Nafion膜已达到较高水平（尤其高温环境下）。同时由于采用了带有疏水结构的二胺，例如以1,4,5,8-
萘二酐为基础的PI质子传输膜的寿命已经达到3000h以上，完全可以满足某些燃料电池的需要，尤其在对甲醇的
阻隔性能方面更是传统的Nafion膜所不能比拟，因此PI燃料电池隔膜已经接近产业化。目前，长春应化所用联萘
二酐代替萘二酐生产的PI质子传输膜显著提高了薄膜的耐水性，为PI质子传输膜提供了新的研究方向。
    ★纤维 俄罗斯科学家曾合成一类结构上带氮杂环的共聚酰亚胺纤维，其强度为5G～6GPa，模量为240G～
340GPa。由于PI在聚合过程中没有无机盐产生，聚合溶液可以直接纺丝。此外普通耐热PI纤维在高温气体过滤织
物、防火服装等方面具有很好的应用前景。目前长春应化所在普通耐热PI纤维方面实验室工作即将完成，高模高
强纤维也取得了创新性结果。
    ★微电子工业  柔性线路板用的PI膜已在企业与研究单位合作下取得进展，但主要难点除了结构工艺参数的
控制外，还在于加工设备的精密度，而这方面仍然是我国PI工业发展的薄弱环节。以PI为粘合剂的三层板较容易
实现产业化，但并没有引起相关企业的关注。由PI直接在铜箔上涂膜而得到的二层板需要解决粘结性、膨胀系数
的匹配及铜离子的迁移问题，另外还涉及设备的精密度问题，因此实现产业化难度稍大，但应该是柔性覆铜板的重
要发展方向之一。
    ★光刻胶  PI光刻胶由于将工作介质与介电材料统一，所以生产工序减少3～4步，上海交大、长春应化所等
都曾开展研究，但仍未被产业界所接受。同样的情况也出现在液晶取向剂上，产学研亟待紧密连接。

发展建议
    （1）PI产业应重视发展原料产业，除了均苯二酐、二苯醚二胺外，以氯代苯酐为起始原料的系列二酐也是有
待开发的市场，应及时占领。其他二胺品种国内已有厂家生产，应努力降低生产成本，扩大应用领域。
　  （2）柔性线路板用的PI薄膜还需在设备上加强投入，使质量得以保障；以PI为粘合剂的二层板和三层板也
应加速开发。
　  （3）目前美国PI工程塑料产量已达万吨，我国发展潜力巨大；PI纤维、泡沫及粘合剂等需产业部门支持，
尽快实现产业化；质子传输膜则应该加强与电池的结合，在电池的实际应用中做出正确的评估；以耐热性为主的高
分子材料研究工作应注重创新性，避免低水平重复，明确目标，加速产业化进程。
　  （4）生产厂家、下游制品企业应加强与科研单位的合作，重视研究成果的产业化，注重材料的“量身定做”。
　  （5）随着我国民营产业力量的迅速增强，在资金积累到一定水平之后，希望有更多的“企业家”向“实业家”
转化，开拓新市场，支持创新成果。
表1   2003年美国、欧洲、日本PI消费量统计及2008年预测   t
消费领域          美国             欧洲            日本
             2003    2008     2003    2008     2003    2008
塑料        11357    14495      1400      2400       2261       2883
漆包线漆     1134     1247     11100     11700        146        186
薄膜          953     1245       320       380       1828       3678
纤维          299      420       700       850         50         75
基体树脂      299      338        50        65         —         —
涂料          181      220        —        —         26         34
粘合剂           29       34       275       330         —         —
泡沫塑料      109      136        —        —          —         —
其他          —      —        55        75          —         —
合计        14062    18135     13900     15800       4311       6856

表2  国际市场PI产品价格(以纯树脂为基础)   美元/kg
       产品           价格           
Kapton 100 HN        150～600
Ultem                      11
Torlon                 44～60
漆包线漆              5～10
P84纤维                 27～30
Apical                    148
Vespel                300～500
层压板                  40～50
超纯微电子用涂料
（包括光刻胶）溶液    300～1500

表3   全球主要PI生产企业及产品牌号
应用领域                   生产企业                     产品牌号
塑料            GE                                    Ultem
    　            杜邦                                Vespel
　                三井东亚                            Aurum
　                宇部                                Upimol
　                Solvay Advanced Polymers            Torlon
　                HyComp, Inc                            PMR-15
　                                                    PMR-II
　                                                    AFR-700
                东丽                                Tl Polymer
薄膜            杜邦                                Kapton
　                东丽－杜邦                            Kapton
　                钟渊                                Apical
　                宇部                                Upiles-S, Upilex-R
　                Imitec Corp                            BMI
泡沫材料        Inspec Foams Inc                    Solimide
            　    Rohm GmbH                            Rohacell
胶粘剂、涂料、    Solvay Advanced Polymers            Al Polymers
  漆包线漆　    Ranbar Electrical Materials Inc        Omega
　                GE                                    Siltem
　                HD Micro Systems                    —
            　    Imitec Corp                            772
层压板、胶粘剂    杜邦                                Pyralux
            　    HyComp, Inc                            PMR-15
        　                                            PMR-II
        　                                            AFR-700
纤维            Inspec fibers GmbH                    P84
            　    Kermel SAS                            Kermel

  表4   我国PI原料及制品主要生产企业
          生产企业                 产品
溧阳龙沙化工有限公司            均苯二酐
蚌埠族光化工有限公司            二苯醚二胺
常熟汇顺化工有限公司            二苯醚二胺
大连瑞泽PI有限公司                联苯二酐
石家庄海力精化有限责任公司        联苯二酐
溧阳华晶电子材料有限公司        PI薄膜
江苏亚宝绝缘材料股份有限公司    PI薄膜
万达集团股份有限公司            PI薄膜
杭州泰达实业有限公司            PI薄膜
宁波今山国际贸易有限公司        PI薄膜
上海合成树脂研究所                PI塑料
长春应化特种工程材料有限公司    PI塑料
常州广成新型塑料有限公司        PI塑料