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揭秘高性能特种工程塑料薄膜的 "隐形革命"

艾邦高分子  · 化学  · 3 天前

主要观点总结

文章主要介绍了高性能特种工程塑料薄膜,包括PI薄膜、PPS薄膜、PEEK薄膜、LCP薄膜、PTFE薄膜和超薄聚乙烯膜等,这些材料在高端制造领域具有广泛应用。文章还涉及这些材料的性能特点、应用领域、生产工艺和国产替代情况。

关键观点总结

关键观点1: 高性能特种工程塑料薄膜的概述

随着新能源、电子信息等行业的快速发展,高性能特种工程塑料薄膜市场需求不断增加。这些薄膜具有耐高温、耐弯折、低介电等特性,成为高端制造领域的重要材料。

关键观点2: 各种高性能薄膜的特点和用途

PI薄膜具有良好的耐高温和耐弯折性能,广泛应用于电子制造、柔性电子等领域;PPS薄膜具有优异的热稳定性、耐化学腐蚀性,应用于电绝缘材料、电子器件等领域;PEEK薄膜是高频通信的“信号护航者”,在航空航天、电子等领域有广泛应用;LCP薄膜具有优异的取向性和可塑性,是柔性电子的未来之星;PTFE薄膜具有良好的耐水性、耐溶剂性,在高频线路板领域有良好的应用前景;超薄聚乙烯膜具有临界厚度材料的特性,被探索用于柔性传感器和核聚变靶材等领域。

关键观点3: 国产高性能薄膜的发展情况

随着技术的不断进步,国产高性能薄膜的替代率不断提高。一些企业已经实现了量产,并在性能上实现了突破,国产化的趋势已经形成。

关键观点4: 新应用场景和趋势

高性能薄膜在新能源、电子信息、医疗健康等领域有广泛的应用前景。随着技术的进步和新应用场景的开拓,高性能薄膜的需求将会继续增加。


正文

在5G基站的核心部件里、新能源汽车的电池隔膜中、航空航天的精密仪器内,一张看似轻薄的塑料薄膜正悄然改写着工业史。当传统材料遭遇性能瓶颈,这些具备耐高温、抗腐蚀、低损耗等特性的 "超级薄膜",正成为支撑高端制造的核心力量。


近年来,高性能薄膜产业化呈爆发式发展,各种低介电常数低介电损耗的薄膜基材纷纷涌现,如为了降低介电常数和介电损耗而特殊改性的PI薄膜(MPI),为了适应覆铜工艺而调整了耐温性能的PPS薄膜,性能优异但成型极难的LCP薄膜等。下面我们就来简单聊一聊这些高性能特种工程塑料薄膜。


01

PI 薄膜:金字塔顶端的 "黄金薄膜"


聚酰亚胺(PI)膜以其 “耐高温(>500℃)、耐弯折(20 万次 @5mm)、低介电(ε<3.0)” 的特性,成为高端制造领域的 “黄金材料”。2025 年,全球 PI 膜市场规模突破 34 亿美元(Grand View Research 数据),较 2020 年增长 117%,核心驱动力来自新能源(动力电池、储能)与柔性电子(折叠屏、5G 通信)的技术革新。

FPC是PI薄膜的主要应用领域,PI具有优良的机械强度、弯折性能、持续稳定性、耐热性、绝缘特性等优点。

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图  PI 薄膜的应用

聚酰亚胺(PI)可作为4G以及Sub-6频段所使用的软性电路板(FPC)基材,但毫米波频段对于能控制传输损失,且介电特性更低的材料有更进一步的需求。由于PI基材吸水率较大,介电常数和介质损耗因子也较大,尤其对工作频率超过10GHz的产品影响显著,因此很难满足毫米波频段的要求。

PI的介电性能可通过改性改善提升,如通过氟化物配方降低介电损耗,在10-15GHz高频信号上的表现足与LCP媲美。例如钟化推出的用于毫米波频段的高耐热PI薄膜产品Pixeo™ IB,在高频下的介电损耗低至0.0025。且MPI比LCP的优势是在加工工艺、价格方面,MPI更易加工生产,可量产,价格亲民,业内认为MPI与LCP将是并存的一个局面。

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图  钟化,5G毫米波高耐热聚酰亚胺 Pixeo™ IB

目前,FPC用PI薄膜主要由杜邦、钟化、SKPI、达迈科技等生产,在全球市场上始终保持着高占有率。国内瑞华泰、国风塑业、丹邦科技等少数企业也具备FPC用电子PI薄膜的供应能力。

中国市场国产替代加速


技术突破:瑞华泰建成国内首条 CPI 产线(产能 500 吨 / 年),时代新材开发低介电 PI 膜(ε=2.8),打破日本宇部兴产、钟渊化学的垄断。


企业梯队


第一梯队:瑞华泰(电子级 PI 膜)、时代新材(导热 PI 膜),产能合计 3,500 吨 / 年。

第二梯队:国风新材、鼎龙股份(PI 浆料),布局柔性显示基材。


产能扩张:2025 年国内新增产能 2,800 吨,总产能达 5,200 吨(占全球 38%),株洲、东营形成产业集群。


02

PPS 薄膜:新能源时代的 "安全卫士"


聚苯硫醚(PPS)薄膜凭借其优异的热稳定性、耐化学腐蚀性、电绝缘性及机械性能,在多个高端领域展现出重要应用价值。如电绝缘材料、电子器件与镀层基材、电解槽膜、汽车与工业部件、耐热包装与特种材料、光学与功能性薄膜等领域。

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图  东丽 PPS薄膜用于FPC

低介电PPS薄膜的开发将有望替代LCP在柔性线路板上的应用。例如东丽推出了5G高频高速传输的柔性电路板(FPC)用耐高温PPS薄膜,这种新PPS薄膜在250°C的加热试验中不会变形,耐高温性能可满足线路板加工,且保留了PPS优异的介电性能。

PPS薄膜相关企业有:日本东丽、浙江新和成、沃特股份、德阳科吉、苯环新材等。

成都苯环新材料研发的聚苯硫醚薄膜,突破国外垄断实现量产。其耐高温(250℃不变形)、耐酸碱腐蚀的特性,使其成为锂电池复合铜箔的理想基材。采用PPS复合铜箔的电池,不仅减重15%,针刺短路后温升降低40℃,安全性提升显著。


日产能达30万平方米,成为国内首家、全球第二家具备PPS薄膜量产能力的企业。这一突破不仅填补了国内空白,更打破了国外技术封锁,标志着中国在高端新材料领域迈出关键一步。目前该材料已应用于5G基站柔性电路板,介电损耗仅为传统材料的1/3。


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PPS薄膜实验室


03

PEEK 薄膜:高频通信的 "信号护航者"


PEEK 膜是一种由聚醚醚酮(PEEK)材料制成的高性能薄膜,PEEK薄膜是PEEK除了作为工程塑料、纤维应用之外的一种重要形式,在国内应用领域主要为电子产品振膜、飞机隔音隔热毯的隔热膜层、耐热绝缘带和柔性印刷线路板。

制备工艺:
熔融挤出流延法:PEEK薄膜由T形口模熔融挤出流延制备,口模温度须在400℃以上,挤出机螺杆可采用PA或PP薄膜用螺杆结构。为了使PEEK薄膜具有高拉伸强度等优异性能,可对其进行单向或双向拉伸。

吹膜法:PEEK薄膜也可以采用挤出吹塑法制备,可得到更薄的薄膜,但难以得到宽幅薄膜。


PEEK薄膜相关企业有:威格斯、鹏孚隆、沃特股份、达孚新材料等。

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图  达孚新材  PEEK薄膜


威格斯 APTIV 薄膜以聚醚醚酮为基材,在-200℃至 260℃范围内保持稳定性能。其低吸湿、高绝缘特性使其成为5G毫米波天线的首选材料,介电常数仅为3.2,在10GHz频率下损耗小于0.0035。这种薄膜还被应用于航空航天绝缘毡,可承受10万次弯折测试。


图  威格斯

04

LCP 薄膜:柔性电子的 "未来之星"

LCP(液晶聚合物薄膜)是一种高性能特种工程塑料薄膜,其分子结构在熔融状态下仍保持高度有序排列(类似液晶态),兼具液晶的取向性和聚合物的可塑性。自20世纪60年代起,LCP薄膜从军事领域逐步扩展至民用市场,尤其在电子、汽车、航空航天等领域展现出不可替代性。


LCP薄膜具有低吸湿性,高耐化性,高阻气性的特点,与PI相比,LCP的介电常数和介电损耗随着频率的变化波动非常小,高频信号传输稳定性优越,非常适合毫米波应用。


近期,可乐丽宣布停止生产 Vecstar™ FCCL 柔性覆铜板,但其日本西条市工厂仍将继续生产和销售 Vecstar™ 液晶聚合物(LCP)薄膜,并努力扩大其应用范围。据了解,Vecstar™是世界上第一款LCP薄膜,基于可乐丽独特的成膜技术开发而成。


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Vecstar™

国内企业崛起:塞拉尼斯(产能占比26%)、日本宝理、住友化学等占据全球主要份额,技术壁垒较高。 沃特股份、金发科技、普利特等企业通过技术引进和产能扩张,逐步提升国产化率。2020年金发科技LCP树脂产能达6000吨,沃特股份新建2万吨LCP树脂项目,宁波聚嘉计划2025年实现300万平方米/年LCP薄膜产能。


沃特股份研发的液晶聚合物薄膜,凭借0.002的超低介电损耗,成为6G通信的前瞻材料。在折叠屏手机领域,LCP振动膜可使扬声器失真度降低60%,同时耐温达280℃。尽管目前全球仅少数企业掌握量产技术,但国产突破已进入倒计时。


05

聚四氟乙烯PTFE薄膜


PTFE具有很好的耐水性、耐溶剂性、耐热性以及耐化学腐蚀性,特别是其介电常数和介质损耗非常低且稳定,介电常数为2.1(10GHz),介质损耗为0.0001(10GHz)。PTFE良好的性能使其在高频线路板领域有良好的应用前景。

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图   AGC EA-2000薄膜

但PTFE也有一些缺点,如热膨胀系数(CTE)远高于铜箔的热膨胀系数,且PTFE的表面能低,与铜箔的附着力较差等。对其进行改性时采用的如化学浸渍、等离子处理等方法都会在其表面产生极性官能团,因而往往会导致介电常数升高。同时,添加中空结构的填料或引入空气则极可能等同于在PTFE中引入缺陷,降低力学性能。

毫无疑问,PTFE是极适合毫米波高频领域应用的材料,被业内认为是未来天线基板材料,也是各家开发的重点,例如住友电工就成功量产了5G通信用氟树脂FPC,旗胜也针对氟树脂FPC进行开发研究。

目前PTFE薄膜生产企业有 霓佳斯、AGC、中兴化成、德清科赛、东材科技等企业。


06

超薄聚乙烯膜:实验室里的 "极限挑战"


四川大学团队研发的12nm聚乙烯薄膜,厚度仅为头发丝的1/6000。这种 "临界厚度" 材料展现出113.9GPa/(g/cm³) 的比强度,相当于同等重量钢材的3倍。其透气不透水的特性,正被探索用于柔性传感器和核聚变靶材。


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......

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从追赶到超越:国产替代加速跑

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在成都高性能纤维材料产业功能区,PPS薄膜生产线实现日产30万平方米;在东莞松山湖,沃特股份LCP中试线良品率突破85%;在苏州太仓,陶氏化学8碳LLDPE生产线实现2.3g熔融指数精准控制。


数据显示,我国特种工程塑料自给率已从2020年的25%提升至2024年的48%,部分领域实现反超。

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万亿蓝海:新应用场景爆发

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新能源:每辆新能源汽车需消耗 15-20 平方米 PPS 隔膜


电子信息:5G 基站单站需用 300-500 片 LCP 高频基板


医疗健康:PEEK 薄膜制成的人工关节内衬耐磨寿命提升 5 倍

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未来已来:三大技术趋势



纳米复合化:通过石墨烯/BNNTs改性,介电常数可调控范围扩大至2.0-4.5

绿色制造:四川大学开发的溶剂循环技术,使薄膜生产能耗降低40%

智能响应:温敏性PVDF薄膜在150℃自动触发电路保护


当这些高性能薄膜在芯片封装、深海探测等领域持续突破,我们看到的不仅是材料科学的进步,更是中国高端制造的崛起之路。

参考资料:中国塑协专家委员会、公司官网、网络等

艾邦建有特种工程塑料产业链微信群,盛禧奥、杜邦、巴斯夫、DSM、可乐丽、EMS、索尔维、金发、杰事杰、新和成、德众泰、沃特等企业均已加入,欢迎产业链上下游的朋友入群探讨,共谋进步。

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活动推荐:第十届特种工程塑料产业论坛(5月28日 上海)


序号

演讲议题

演讲单位

1

PEEK、PI的结构性能及工程应用

东华大学

2

医疗介入器械性能要求及PEEK、PI的应用

美度可医疗

3

PEEK在植入级医疗器械中的应用

君华股份

4

PPS改性开发及创新应用

欧瑞达

5

PI材料开发及其在人形机器人中应用潜力

今山新材料

6

聚芳酯材料的开发应用

盈固化工

7

晶圆载具性能要求及特种工程塑料应用

荣耀半导体

8

特种工程塑料定制化开发及应用

赛恩吉

9

PEEK/CF多功能表面构建及骨缺损修复研究

辽宁石油化工大学

10

国产聚砜材料的开发及应用

安徽摩纳珀里

11

LCP材料在通信领域的创新应用

深圳信维通信

如有演讲需求,请联系艾可:13312943232


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邮箱:ab012@aibang.com


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