我国高性能聚酰亚胺薄膜关键技术实现产业化

2011-7-12 08:54 来源: 科学时报
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  6月30日,备受关注的京沪高铁正式开通运营。世界各国也都在积极关注高铁的发展。而新材料是支撑高铁技术的关键。

  列车在高速运行的状态下,发电机的温度会升得很高,如果电机绝缘系统耐热等级不够,电机线路之间极易发生短路,造成危险。而高铁的发电机之所以能够安全平稳地正常运行,全部得益于电机绝缘系统采用了一种叫做高性能聚酰亚胺薄膜的绝缘材料。

  高性能聚酰亚胺薄膜还有一个别称——“黄金薄膜”。但长期以来,这种材料的研发和生产技术完全被美国和日本等国垄断着。

  近日,中科院化学所与深圳瑞华泰薄膜科技有限公司召开新闻发布会宣布:由双方合作研发的高性能聚酰亚胺薄膜已成功实现产业化。

  这意味着我国在这一技术领域打破了国外的长期技术垄断,跻身国际先进水平,同时也大大加快了我国航空航天、微电子、新能源、先进制造等领域高端材料应用的国产化进程。

  八年攻关,满足产业渴求

  高性能聚酰亚胺薄膜性能稳定,形态多样,用途广泛。在-269℃~400℃的范围内具有耐辐射、耐高热、不燃烧、高韧性、低损耗等特点,具有极高的商业价值和战略价值,被广泛应用于微电子、电气绝缘、航空航天等领域。

  伴随着超大规模集成电路制造与封装等高新技术的发展,我国对高性能聚酰亚胺薄膜的需求也日益增加。上世纪90年代后期,我国对这种薄膜的年需求量为500吨,到了2010年就已经超过2800吨,每年以25%的速度增长。

  但与这种高需求对应的,却是我国在该领域生产技术的长期落后、产能低下的现实。

  中科院化学所高技术材料实验室主任杨士勇介绍:“目前国内有30多家从事这种薄膜生产的厂商,但大多还在采用早已被国外淘汰的流延法工艺进行生产,水平低、规模小、污染大,并且只能用于电工绝缘用薄膜,而不能满足微电子制造与封装领域的高要求。”

  其实,早在上世纪70年代,由原机械部和化工部牵头,桂林电器所和上海合成树脂所就分别从双向拉伸法和流延法两个方向开展了对这种材料的研发。但是由于种种原因,其制造工艺一直处于低水平徘徊的状态。

  “新材料产业研发周期长,市场导入周期也长,为了能够快速投入生产,过去,我们曾一度试图模仿、照搬西方的技术,而忽略了新材料的研发这一基础性工作,无形中,反而多走了许多弯路。”深圳瑞华泰薄膜科技有限公司总经理汤昌丹不无感慨地说。

  2003年,在国家政策的大力扶持下,中科院化学研究所面向国家战略需求,与深圳瑞华泰薄膜科技有限公司合作,共同致力于我国高性能聚酰亚胺薄膜产业化技术的研究。双方合作,从基础研究入手,与深圳瑞华泰紧密合作,攻克了从关键树脂制备到连续双向拉伸法等技术难题,最终掌握了具有我国自主知识产权的高性能聚酰亚胺薄膜及其专用树脂的制造技术。

  “某跨国公司甚至在该项目的生产线还未建成时,就提出了高价收购深圳瑞华泰。”汤昌丹表示,国家的战略需求和市场的渴求,促使我国“黄金薄膜”在经过八年努力后终于问世。

  两项关键技术,打破跨国公司垄断

  “黄金薄膜”问世之前,美、日企业控制着全球90%以上的市场份额。技术垄断势必导致价格壁垒,在长达近10年时间内,国际大公司生产的聚酰亚胺薄膜一直保持在每公斤约1000元的高垄断价位上。

  这致使我国许多高新技术厂家对高性能聚酰亚胺薄膜的应用望而却步,严重制约了我国高新技术产业的发展,“黄金薄膜”的研发成功彻底改变了这一格局。

  在“黄金薄膜”的研发过程中,中科院化学所和深圳瑞华泰公司攻克的两项关键技术,一项是新型薄膜专用树脂的制备方法,另一项就是连续化双向拉伸工艺的精确控制技术。前者属于基础研究,后者属于生产工艺研究。

  “运用新型薄膜树脂制成的‘黄金薄膜’,就好像添加了莱卡纤维的高级棉布一样。”汤昌丹形象地比喻说。

  而连续双向拉伸工艺,则是通过两个方向的连续拉伸,大大增强了薄膜的强度和尺寸稳定性。“如果说普通的塑料薄膜相当于一只塑料袋,那么高性能聚酰亚胺薄膜无疑就是一只编织袋。”汤昌丹表示。

  和国内同类产品相比,所研制的高性能聚酰亚胺薄膜的拉伸性能得到明显提高;和国外同类产品相比,其拉伸强度、伸长率和电气绝缘性能等方面都表现出明显的优越性,而价格却比国外低得多。

  汤昌丹表示,凭借着出色的性价比和本土化的优势,高性能聚酰亚胺薄膜进入市场后,已经表现出强劲的竞争力和价格优势。

  未雨绸缪 站在技术制高点

  在中科院化学所与深圳瑞华泰薄膜科技有限公司的通力合作下,该项目完成了一期工程,建成了3条1200毫米幅宽的连续化生产线,年生产能力达到350吨。

  “但是,这远远不能满足国内外市场的需求。计划启动的二期工程计划投资6亿元人民币,建设8条高性能聚酰亚胺薄膜生产线。”汤昌丹表示,二期工程完成后,薄膜的年生产能力可达1500吨。

  与此同时,中科院项目研究组也在进行未雨绸缪的研究布局。

  前一段时间,网上曾经流行着一段有关“纸手机”的视频。这种新型手机不仅具备普通手机的所有功能,而且像纸一样能弯能折,而制造这种“纸手机”所用到的关键材料就是高性能聚酰亚胺薄膜的升级产物——透明薄膜。不过,这种手机目前还只停留在概念阶段。

  杨士勇透露,未来还将开展“黄金薄膜”的系列化与功能化研究,如透明薄膜、微孔膜等以满足我国未来在柔性平板显示器、汽车大功率燃料电池以及有机薄膜太阳能电池等新型高技术产业的需求。

  在出席新闻发布会时,中科院化学所研究人员表示:“这一系列建设项目的完成,不但将使我国成为高性能聚酰亚胺薄膜的生产大国,同时也成为制造技术的强国,为我国高新技术产业的发展建立起关键支柱材料的生产基地。”