導(dǎo)熱絕緣聚酰亞胺薄膜的開發(fā)現(xiàn)狀、關(guān)鍵問題及發(fā)展趨勢報告人：蔣耿杰桂林電器科學(xué)研究院有限公司南京2025.5.17一桂林電科院簡介二背景三導(dǎo)熱膜生產(chǎn)現(xiàn)狀四導(dǎo)熱膜生產(chǎn)關(guān)鍵問題五導(dǎo)熱膜未來發(fā)展趨勢4

全國電工合金標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會

國標(biāo)161項，行標(biāo)102項

全國絕緣材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會

國標(biāo)129項，行標(biāo)129項

全國模具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會

國標(biāo)242項，行標(biāo)342項一、桂林電科院簡介中國電器工業(yè)協(xié)會絕緣材料分會中國電器工業(yè)協(xié)會合金分會中國電工技術(shù)學(xué)會絕緣材料與絕緣技術(shù)專委會核心期刊

桂林電科院隸屬于中國機械工業(yè)集團有限公司（國機集團），前身是第一機械工業(yè)部電器科學(xué)研究院，1954年在北京成立，1970年搬遷至桂林，目前獲國家、部（省）級科技進步獎140余項。

第一塊

儀表用磁鋼

第一片

銅鉻觸頭

第一批F、H級絕緣材料

第一臺

電子束焊接機

第一套

聚丙烯拉膜機組……

填補國內(nèi)空白標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)組織（組織制修訂和發(fā)布）3國家級：

國家企業(yè)技術(shù)中心國家產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)公共服務(wù)平臺國家中小企業(yè)公共服務(wù)示范平臺世界知識產(chǎn)權(quán)組織技術(shù)與創(chuàng)新支持中心博士后科研工作站省部級：

廣西電工材料工程技術(shù)研究中心廣西雙向拉伸薄膜成型裝備工程研究中心廣西薄膜成型裝備工業(yè)設(shè)計中心

機械工業(yè)雙向拉伸薄膜成型工程技術(shù)研究中心廣西電器產(chǎn)業(yè)工程院科技計劃項目管理專業(yè)機構(gòu)廣西知識產(chǎn)權(quán)培訓(xùn)基地廣西高校研究生聯(lián)合培養(yǎng)基地桂林電科院簡介合金材料業(yè)務(wù)范圍：全系列高、中、低壓電觸頭材料及其元器件，以及智能制造系統(tǒng)與裝備。行業(yè)地位：中國電工行業(yè)唯一能生產(chǎn)全系列電觸頭材料的公司，年銷售額行業(yè)排名第4。絕緣材料行業(yè)地位：在電器用干式不飽和聚酯模塑料細分行業(yè)排名第1。

業(yè)務(wù)范圍：電工特種模塑料。薄膜拉伸生產(chǎn)線業(yè)務(wù)范圍：提供各類型塑料薄膜拉伸生產(chǎn)線裝備（聚酰亞胺薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、電池隔膜等）。行業(yè)地位：是目前國內(nèi)唯一可提供設(shè)計制造、安裝調(diào)試以及應(yīng)用服務(wù)整體解決方案的薄膜拉伸裝備供應(yīng)商，多項產(chǎn)品填補國內(nèi)空白，產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量接近國際先進水平。BOPP生產(chǎn)線BOPET生產(chǎn)線BOPI生產(chǎn)線多功能中試線生產(chǎn)線鋰電池隔膜生產(chǎn)線BOPLA生產(chǎn)線桂林電科院簡介特種電機

業(yè)務(wù)范圍：印制直流伺服電機和防爆交流伺服電機及驅(qū)動器。行業(yè)地位：我國唯一印制繞組電機全系列產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)生產(chǎn)制造商，技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先，產(chǎn)品通過CE、ROHS等認證；石油鉆井平臺配套防爆伺服電機產(chǎn)銷量全國第一。絕緣檢測業(yè)務(wù)范圍：提供電工電氣產(chǎn)品的性能檢測、絕緣系統(tǒng)環(huán)境可靠性及壽命評估、實驗室建設(shè)和檢測技術(shù)咨詢等服務(wù)。行業(yè)地位：美國UL亞太地區(qū)絕緣材料領(lǐng)域唯一授權(quán)認可的目擊實驗室及中國質(zhì)量認證中心（CQC）委托檢測實驗室。桂林電科院簡介一桂林電科院簡介二背景三導(dǎo)熱膜生產(chǎn)現(xiàn)狀四導(dǎo)熱膜生產(chǎn)關(guān)鍵問題五導(dǎo)熱膜未來發(fā)展趨勢被譽為：黃金薄膜拉伸強度斷裂伸長率耐穿刺加工性尺寸、化學(xué)穩(wěn)定性耐輻照、腐蝕、溶劑最優(yōu)阻燃等級（UL-94）耐高低溫（-200~300℃）分解溫度＞500℃優(yōu)良電氣性能介電常數(shù)3.4（10GHz）

力學(xué)性能

絕緣性

耐溫性

穩(wěn)定性高頻、高速、輕薄、尺寸縮小熱積累熱膨脹、使用壽命下降導(dǎo)熱系數(shù)0.1-0.2W/m·k（一）WHY開發(fā)導(dǎo)熱絕緣PI膜國產(chǎn)氮化硼型美國杜邦氮化硼型氧化鋁型導(dǎo)熱系數(shù)：≥0.6W/m·k。（≥0.8W/m·k導(dǎo)熱膜良率低）膜厚：25μm、38μm、50μm、75μm（流涎單拉法）。導(dǎo)熱系數(shù)：0.85W/m·k。膜厚：25μm、38μm、50μm、75μm、100μm。國內(nèi)購買受限導(dǎo)熱系數(shù)：0.36-0.59W/m·k。膜厚：25μm、38μm、50μm、75μm（流涎單拉法）。

國內(nèi)外商業(yè)化導(dǎo)熱絕緣聚酰亞胺薄膜（后續(xù)簡稱導(dǎo)熱膜）主要為填充法制備，當(dāng)前導(dǎo)熱膜產(chǎn)品填充的填料主要有氮化硼和氧化鋁，氮化鋁型導(dǎo)熱膜僅在導(dǎo)熱膜剛市場化時出現(xiàn)。（二）已商業(yè)化導(dǎo)熱絕緣聚酰亞胺薄膜高導(dǎo)熱、低熱阻。優(yōu)良絕緣性。優(yōu)良力學(xué)性能、抗刺穿。介電常數(shù)3.4左右。耐高低溫（-200~300℃）。分解溫度＞500℃。耐輻照、腐蝕、溶劑。應(yīng)用特點美國杜邦氮化硼型導(dǎo)熱膜國內(nèi)購買受限；國產(chǎn)膜可實現(xiàn)批量供貨的導(dǎo)熱系數(shù)最高為≥0.6W/m·k；部分企業(yè)可提供≥0.8W/m·k的導(dǎo)熱膜樣品，但無法實現(xiàn)批量供貨。導(dǎo)熱硅膠導(dǎo)熱硅膠導(dǎo)熱絕緣PI膜

主要應(yīng)用于導(dǎo)熱絕緣墊領(lǐng)域，可用于制備超薄導(dǎo)熱絕緣墊，提供導(dǎo)熱、絕緣和抗刺穿性能。

導(dǎo)熱墊具有一定的柔韌性、優(yōu)良的絕緣性、壓縮性、表面天然的粘性，能夠填充縫隙,完成發(fā)熱部位與散熱部位間的熱傳遞。超薄導(dǎo)熱絕緣墊導(dǎo)熱絕緣墊結(jié)構(gòu)（三）導(dǎo)熱絕緣PI膜應(yīng)用MOS管避免熱積累發(fā)生雪崩失效導(dǎo)熱PI硅膠膜用于IC芯片散熱，亮面PI包裹噴頭，粗糙膠面接觸IC5G基站天線罩PI加熱膜導(dǎo)熱PI膜為外絕緣體，金屬箔﹑金屬絲為內(nèi)導(dǎo)電發(fā)熱體PTC加熱器加熱管繞包云母帶導(dǎo)熱膜和云母紙或芳綸紙復(fù)合機器手連接件IGBT三極管底部器件電池封裝導(dǎo)熱矽膠布基材膜導(dǎo)熱相變化材料基材膜導(dǎo)熱絕緣PI膜應(yīng)用（三）導(dǎo)熱絕緣PI膜應(yīng)用一桂林電科院簡介二背景三導(dǎo)熱膜生產(chǎn)現(xiàn)狀四導(dǎo)熱膜生產(chǎn)關(guān)鍵問題五導(dǎo)熱膜未來發(fā)展趨勢（一）導(dǎo)熱膜合成方法分子設(shè)計、樹脂合成及流膜過程中通過改變分子和鏈節(jié)的形態(tài)和結(jié)構(gòu)、鏈間相互作用、促進有序取向等獲得特殊結(jié)構(gòu),促進熱傳導(dǎo)路徑,減少聲子散射,從而提高導(dǎo)熱性能,制備工藝復(fù)雜、難度大、成本高。本征法目前已產(chǎn)業(yè)化的導(dǎo)熱膜主要采用填充法合成導(dǎo)熱膜,將導(dǎo)熱絕緣填料摻混到聚酰胺酸(PAA)樹脂中,可改善PI膜導(dǎo)熱性能的同時,保留電絕緣性能,成本低、加工簡便。填充法導(dǎo)熱通路理論B導(dǎo)熱逾滲理論熱彈性系數(shù)理論填料搭接成導(dǎo)熱通路填料比樹脂基體導(dǎo)熱系數(shù)高，隧道效應(yīng)，逾滲點，導(dǎo)熱系數(shù)急劇躍遷聲子（熱振動）傳遞過程的熱彈性系數(shù)熱振動增強示意圖（二）導(dǎo)熱理論（三）生產(chǎn)工藝簡介亞胺化方式熱法化學(xué)亞胺化法拉伸方式雙拉法流涎（單拉）法全球領(lǐng)先的美國杜邦采用化學(xué)亞胺化法制膜，由于化學(xué)亞胺化法副反應(yīng)極少，拉伸強度和彈性模量等力學(xué)性能明顯優(yōu)于熱法，因此氮化硼高填充也能保證優(yōu)良成膜性，但因原材料價格高、廢棄物處理成本高、制備工藝復(fù)雜，導(dǎo)熱膜售價為國內(nèi)數(shù)倍，近年國內(nèi)已無法采購到杜邦導(dǎo)熱系數(shù)最高的MT+型導(dǎo)熱膜。國內(nèi)采用熱法制膜。國外（三）生產(chǎn)工藝簡介熱法生產(chǎn)導(dǎo)熱膜流程（四）生產(chǎn)方法-流涎法

只有縱向拉伸，通過亞胺爐內(nèi)牽引輥和鋼帶、牽引輥間速差產(chǎn)生縱拉，使分子鏈或填料在平行于薄膜平面的方向上進行取向而有序排列，然后在拉緊狀態(tài)下進行熱定型，使取向的大分子結(jié)構(gòu)固定，最后冷卻得膜。

板式鏈鋏針式鏈鋏板式鏈鋏軌道

亞胺爐組成烘箱、鏈夾和導(dǎo)軌、靜壓箱、鏈條張緊器、導(dǎo)軌寬度調(diào)節(jié)裝置、開閉夾器、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及EPC等。（五）生產(chǎn)方法-雙拉法與流涎法設(shè)備對比新增橫向拉伸。亞胺爐內(nèi)導(dǎo)軌寬幅可梯度擴張或收縮。導(dǎo)軌上有鏈夾（板式或針式）。流涎膜被鏈鋏夾持通過亞胺化爐。縱拉爐在流涎爐和亞胺爐之間，主要由預(yù)熱輥、拉升輥、冷卻輥、張力輥和橡膠輥組成，可單點和多點拉伸，通過慢拉輥和快拉輥速差產(chǎn)生縱拉。（六）生產(chǎn)方法對比流涎法雙拉法導(dǎo)熱膜進亞胺爐后自然收縮，無橫向牽伸，裁邊損耗小。導(dǎo)熱膜進亞胺爐后根據(jù)薄膜可拉伸狀態(tài)調(diào)節(jié)軌道寬幅，鏈鋏夾持及夾持附近需裁切掉，損耗大。（六）生產(chǎn)方法對比項目流涎法雙拉法設(shè)備復(fù)雜度簡單復(fù)雜設(shè)備成本便宜昂貴切邊損耗少極多同配方導(dǎo)熱系數(shù)流涎法比雙拉法高10-26%亞胺化爐內(nèi)橫向狀態(tài)自由收縮橫向牽伸尺寸穩(wěn)定性一般好力學(xué)性能一般高縱橫向性能均一性一般高同配方流涎法的導(dǎo)熱系數(shù)比雙拉法高10-26%，且切邊少；雙拉法雖有更優(yōu)的尺寸穩(wěn)定性、力學(xué)性能和縱橫向性能均一性，但當(dāng)前的導(dǎo)熱膜客戶并不關(guān)注這些性能。從現(xiàn)有客戶需求來看，流涎法更適合生產(chǎn)導(dǎo)熱膜?；瘜W(xué)亞胺化法和熱法生產(chǎn)設(shè)備主要不同之處為化學(xué)法模頭正上方有針式混合器?；瘜W(xué)亞胺化法核心技術(shù)在于如何將樹脂、催化劑和吸水劑在針式混合器（-5℃以下）中快速均勻的混合，并避免樹脂反應(yīng)生成凝膠。化學(xué)亞胺化法簡介一桂林電科院簡介二背景三導(dǎo)熱膜生產(chǎn)現(xiàn)狀四導(dǎo)熱膜生產(chǎn)關(guān)鍵問題五導(dǎo)熱膜未來發(fā)展趨勢（一）流涎膜鋼帶剝離性現(xiàn)商業(yè)化高導(dǎo)熱的導(dǎo)熱膜均采用片狀六方氮化硼。開發(fā)更高導(dǎo)熱的導(dǎo)熱膜需大幅提高氮化硼用量，現(xiàn)有剝離手段無法滿足使用要求。在研導(dǎo)熱膜企業(yè)也主因未能解決流涎膜剝離問題無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。關(guān)鍵問題流涎膜鋼帶剝離難度隨氮化硼填充量提高呈指數(shù)性增加。市面常規(guī)脫模劑影響膜力學(xué)性能、電氣性能或膜面外觀。實現(xiàn)導(dǎo)熱系數(shù)≥0.8W/m·k導(dǎo)熱膜產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵為解決氮化硼高填充導(dǎo)致的鋼帶剝離難題。現(xiàn)狀WHY控制氮化硼粒徑？（二）氮化硼粒徑控制氮化硼濾網(wǎng)通過性氮化硼粒徑過大、過小均易堵塞濾網(wǎng)，濾網(wǎng)堵塞后需停機重開班，損耗大，難以實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。成膜性粒徑過大影響成膜性，導(dǎo)致撕邊甚至斷膜。降低濾網(wǎng)前壓力濾網(wǎng)前壓力過大，易導(dǎo)致管道連接處漏料、模頭出料不穩(wěn)，膜厚不均。增強氮化硼堆砌度大粒徑氮化硼作為骨架，小粒徑作為填充，完善導(dǎo)熱通路，有效提高導(dǎo)熱系數(shù)。濾網(wǎng)濾網(wǎng)反應(yīng)釜消泡釜模頭氮化硼粒徑控制是影響成膜連續(xù)性和導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)鍵因素。非共價功能化，π-π相互作用在填料表面通過物理吸附樹脂基體；共價功能化，BN表面接枝官能團如羥基、氨基或化合物如硅烷衍生物。現(xiàn)有問題

填料/填料、填料/樹脂相容性差，填料表面難被樹脂潤濕，相界面處存在空隙和缺陷，聲子散射，界面熱阻大。對填料表面改性，可減少界面缺陷、增強界面黏結(jié)強度、改善界面處CTE差異過大問題。（三）提高界面匹配性解決方案如何實現(xiàn)提高界面匹配性同時，保證膜面外觀和流涎膜鋼帶剝離性？理論：導(dǎo)熱系數(shù)是材料本征屬性，與厚度無關(guān)。實際：相同配方，膜越厚，導(dǎo)熱系數(shù)越高。推測：膜越厚，氮化硼在膜內(nèi)取向度越高。25um38um50um導(dǎo)熱系數(shù)氮化硼型最高400W/m·k1.2-2.9W/m·k六方氮化硼膜面外導(dǎo)熱系數(shù)增加氮化硼厚度向?qū)嵯禂?shù)遠低于平面向，因此，氮化硼在導(dǎo)熱膜內(nèi)的垂直取向度越大，膜面外導(dǎo)熱系數(shù)越高。導(dǎo)熱膜散熱方向分為面外和面內(nèi)，面外方向散熱路徑最短（常規(guī)所述的導(dǎo)熱系數(shù)即為面外方向），面內(nèi)散熱主要起到勻熱作用。（四）提高氮化硼垂直取向度提高氮化硼在膜內(nèi)垂直取向度為提高導(dǎo)熱系數(shù)最有效方法，但現(xiàn)有工業(yè)化手段實現(xiàn)困難。一桂林電科院簡介二背景三導(dǎo)熱膜生產(chǎn)現(xiàn)狀四導(dǎo)熱膜生產(chǎn)關(guān)鍵問題五導(dǎo)熱膜未來發(fā)展趨勢（一）應(yīng)用、價格和客戶發(fā)展趨勢2024年前2024年至今應(yīng)用價格導(dǎo)熱絕緣墊為主，其它如PTC加熱器、導(dǎo)熱PI硅膠膜、PI加熱膜、IGBT、MOS管等領(lǐng)域在評估中。在評估的應(yīng)用領(lǐng)域逐步開始試用，新應(yīng)用領(lǐng)域在開發(fā)中。原材料價格昂貴制造工藝復(fù)雜良率一般原材料價格大幅下降

氮化硼價格下降42%，酐、胺和溶劑等價格也大幅下降制造工藝簡化良率提高客戶導(dǎo)熱膜價格昂貴，觀望頗多導(dǎo)熱膜價格下降，觀望客戶開始入場昂貴明顯下降（二）技術(shù)發(fā)展趨勢隨科學(xué)技術(shù)發(fā)展、導(dǎo)熱膜現(xiàn)有應(yīng)用領(lǐng)域拓展和新應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)，客戶對導(dǎo)熱膜性能提出了更高要求。電氣強度（快速升壓）≥350kV/mm。導(dǎo)熱系數(shù)≥0.8W/m·k

≥1.0W/m·k。雙85老化1000h后下電氣強度（快速升壓）損失≤10%。膜面粗糙度可調(diào)，以適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域。

單層使用涂膠應(yīng)用領(lǐng)域需導(dǎo)熱膜有較高的膜面粗糙度，便于提高膜與膠的粘結(jié)強度。

導(dǎo)熱膜疊加使用應(yīng)用領(lǐng)域需導(dǎo)熱膜有光滑平整表面，達到減少膜界面空隙，降低界面熱阻，提高導(dǎo)熱效果目的?？蛻粜枨蟀l(fā)展趨勢（二）技術(shù)發(fā)