10大新材料特种功能膜材料详解
材料工业是宏观经济的基础产业，特别是新兴材料，将会给工业带来革命性变革。新材料是材料工业发展的先导，是重要的战略性新兴产业。21世纪的今天，科技革命迅猛发展，新材料产业升级、材料更新换代步伐加快。未来最具潜力的10大新材料特种膜有哪些? 他们现在的研发和应用市场又如何?
光学薄膜，是指在光学玻璃、光学塑料、光纤、晶体等各种材料的表面上镀制一层或多层薄膜，基于薄膜内光的干涉效应来改变透射光或反射光的强度、偏振状态和相位变化的光学元件，是现代光学仪器和光学器件的重要组成部分。
光学膜由薄的分层介质构成，它通过界面传播光束的一类光学介质材料。光学薄膜的应用开始于20世纪30年代。光学薄膜已广泛用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器。光学膜是在光学基膜基础上加工完成的，光学基膜主要以聚酯切片为主要原材料，因需满足高透光率、低雾度、高亮度等性能要求，因此，光学基膜为聚酯薄膜行业技术壁垒较高的领域。
光学膜技术简史：光学膜距今已有近 200 年历史，当然中国光学膜行业发展进程与世界光学膜技术的发展密不可分。19 世纪初到 20 世纪末，德国、美国等科学家在光学膜基础科学原理探究上成果频出，世界上第一批减反射膜诞生，光学薄膜各种重要的特性也逐渐被发现。20世纪初， 光学膜制备设备和镀膜产品种类的技术和制备工艺得到发展，制造光学膜的真空镀膜机的油扩散泵出现，光学薄膜作为一类实用型光学元件在光学系统中获得了广泛的应用。尤其是20 世纪末 ，全球光电技术快速发展，笔记本电脑、移动手机和液晶电视等普及， 光学膜器件向高性能、高技术要求和广阔的应用范围的方向转变。
垄断及领先情况：值得一提的是，在光学膜生产及供应方面，呈现全球高度垄断现象，光学膜全球市场主要由：日本——东丽、三菱——树脂、东洋纺，韩国——SKC，美国——3M等生产供应，尤其是日本韩国的巨头对光学级PET薄膜的垄断，从而形成了在全球光学功能膜市场的领导地位。
聚酰亚胺（PI）薄膜是由均苯四甲酸二酐和二胺基二苯醚在强极性溶剂中经缩聚并流延成膜再亚胺化而成的薄膜类绝缘材料。PI膜以其优良的耐高温特性、力学性能及耐化学稳定性成为当前最佳的柔性基板材料。
PI膜为黄色透明状，相对密度在1.39 ~1.45之间，具有优良的耐高低温性、电气绝缘性、粘结性、耐辐射性、耐介质性等，能在－269℃～280℃的温度范围内长期使用，被广泛应用于航空、航天、机械、电气、原子能、微电子、液晶显示等高技术领域，并已经成为全球火箭、宇航等尖端科技领域不可缺少的材料之一。
偏光片PVA膜是电子显示行业的上游关键材料之一，其本质为一种复合膜，主要由PVA膜、TAC膜、压敏胶、离型膜和保护膜等复合而成。其中PVA膜是偏光片实现偏光功能的核心材料，决定了偏光片的偏光性能、透过率、色调等关键光学指标。
聚乙烯醇（PVA）膜的组分主要是碳氢氧等轻原子，具有高透明性和高延展性，还有良好的碘吸附作用以及成膜特性等特点，是偏光片的核心原材料。
PVA膜能起到偏光作用是因为它能吸附二向性分子，比如应用最广泛的碘系PVA膜：在未经处理前的PVA分子链杂乱分布，PVA膜上吸附的碘分子也杂乱无章，当PVA膜加以延伸定向后其上的碘分子也有序分布，吸附碘的二向吸收分子延伸配向，使PVA膜具备偏光的功能，从而决定偏光片的偏光性能、透过率、色调等关键光学指标。
国家发改委发布的《增强制造业核心竞争力三年行动计划(2018-2020年)》对偏光片及配套膜材料提出了明确的发展目标，主要包括TFT-LCD用偏光片和配套醋酸纤维素(TAC)膜、聚乙烯醇(PVA)膜等。文件指出，偏振度可根据用户需求在95～100%定制调整，综合性能达到高世代(6代以上)TFT液晶显示器配套需求；偏光片用光学聚酯基膜透光率大于88%，透光度小于1%，综合性能满足偏光片配套需求；单套装置规模达到1000万平方米/年。尤其是2020年国内偏光片市场规模有望达到53亿美元，占全球市场份额的40%左右。
垄断及领先情况：中国PVA膜市场主要被日本可乐丽垄断，可乐丽本身是全球高端PVA树脂原料的主要供应者之一。可乐丽在PVA光学膜领域的垄断地位得益于其集成化的生产体系，可实现从高端PVA树脂，到偏光片用PVA膜的生产，再到PVA膜的表面处理的一体化生产。据可乐丽数据，可乐丽PVA树脂供应量早在2018年就占全球约40%，尤其是偏光片用PVA膜的供应量更是占到全球供应量的80%。国外重要公司：可乐丽（Kuraray）、LG化学（LG Chem）、三星电机（Samsung SDI）、日本电工（Nitto）、住友化学（Sumitomo Chem）等；国内公司：皖维高新、三利谱、东旭光电、盛波光电、胜宝莱。
高性能水汽阻隔膜，是近年来全球各大材料公司争先研发和布局的前沿核心材料，没有高等级的水汽阻隔膜产品，柔性显示、柔性电子、柔性照明、柔性光伏、柔性传感等下游柔性产业将很难启动。在即将到来的物联网时代，传感器将无处不在，水汽阻隔膜将引领传感器走向柔性化、轻量化和可穿戴化，以柔性印刷电子为基础的柔性传感应用前景广阔，包括红外传感、机器人传感，智能穿戴传感，生物医疗传感等，印刷电子一旦爆发，对水汽阻隔膜的需求同样十分巨大。
垄断及领先情况： 高端显示用水汽阻隔膜在全球来看只有两家企业能生产，一家是美国3M，另外一家是后起之秀，中国的康得新。值得一提的是，康得新自主研发的全球首条卷绕式大宽幅高性能封装阻隔膜生产线成功投产，水汽阻隔WVTR值可达到10-6克/平方米/天，这是当今全球业内性能等级最高的封装阻隔膜。事实上，在康得新成功实现量产之前，高等级水汽阻隔膜仅有美、日个别厂商可以少量供货，但产品结构复杂、良率及产能较低，价格十分昂贵，成为制约国内上述柔性市场发展的主要瓶颈。康得新高性能水汽阻隔膜的成功投产，彻底解决了国内柔性产业发展所面临的核心材料瓶颈，将带动我国柔性产业实现全面崛起。
异方性导电胶是一种基材a与基材b之间涂布贴合，限定电流只能由垂直轴z方向流通于基材a、b之间的一种特殊涂布物质，兼具单向导电及胶合固定的功能，可以解决一些以往连接器无法处理的细微导线连接问题。
当今世界电子产品正朝着便携式、小型化的方向发展，无疑对于电路组装技术提出了更高的要求，尤其是传统的锡焊封装材料和技术已无法满足行业的发展需要。异方性导电膜的出现彻底打破了传统封装材料和工艺的局限性，完全满足了现代大规模集成电路微电子的封装要求。
垄断及领先情况：ACF属于高技术功能性材料，全球85%以上的ACF市场份额被日本占据。由于ACF产业化的技术难度高，各个国家一直对相关技术进行严密封锁，值得关注的是，中国苏州微邦材料科技有限公司却研发出适用于手机及其他电子产品的导电胶膜，并获得了国家专利技术。从全球ACF市场来看，苏州微邦研制生产的ACF产品已经与日本的索尼、日立等国外ACF品牌形成行业鼎立之势，并广泛使用于摄录放影机，笔记型计算机，移动终端或个人数字处理器等电子设备生产当中。
所谓光学PET薄膜，是为改变光学零件表面光学特性而镀在光学零件表面上的一层或多层膜就是光学PET薄膜。光学PET薄膜按应用分为反射膜、增透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和位相膜。常用的是前4种。
光学级聚酯薄膜突出特点：具有低雾度和高透光率、表面光洁度高、厚度公差小等出色的光学性能，主要用于高端液晶显示器材中的扩散膜、增亮膜、反射膜、抗静电保护膜、触摸屏中的保护膜以及软性显示器用膜等领域。液晶面板上游原材料中，光学膜在背光模组、偏光片、液晶材料中均有使用。液晶显示是目前主流的平板显示技术，广泛应用于液晶电视、笔记本电脑、显示器和手机等领域。而在整个TFT-LCD生产过程中，光学薄膜的需求总面积大约是面板的15-20倍，成本约占液晶面板的15~20%。
中国正在成为全球最大的平板显示器材生产大国，并且国内触摸屏行业爆发式增长，促使光学薄膜的需求量迅猛提高，光学薄膜已成为光电产业链前端最为重要的战略原材料之一。
石墨膜是一种石墨的薄膜，因为碳元素是非金属元素,却具有金属材料的导电、导热性能，还具有有机塑料一样的可塑性，且还有特殊的热性能、化学稳定性、润滑和能涂敷在固体表面的等等一些良好的工艺性能，因此，导热石墨在电子、通信、照明、航空及国防军工等许多领域都得到了广泛的应用。石墨膜主要用于电子产品内部避震散热。
高导热石墨膜是近年利用石墨的优异导热性能开发的新型散热材料。该产品是在特殊烧结条件下对基于碳材料的高分子薄膜反复进行热处理加工，而制成的导热率极高的片状材料。石墨膜具有独特的晶粒取向，沿两个方向均匀导热，片层状结构可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。广泛应用于：笔记本电脑、智能手机、LED灯和可穿戴设备等。
垄断及领先情况：由于未来智能手机市场将仍保持超过10%的增长率，对高导热石墨膜需求非常高。尤其在Win10、超大屏等新趋势下，平板电脑的出货量也进一步提升。可穿戴设备也快速发展。全球在该行业主要参与者为：日本松下，美国Graftech、日本Kaneka和中国的碳元科技，因此，行业集中度较高。
① 日本松下 日本松下元器件公司是日本松下集团旗下公司，该公司从 1998 年起由日本松下元器件北海道千岁工厂开发生产 PGS 石墨膜，早在2012 年该公司开发出了厚度仅为 10μm 厚的石墨膜产品。 ② Graftech 始建于 1886 年，是世界上最大的石墨电极生产者，同时也是世界上最大的石墨炭素制品供应商。1996 年在纽约交易所上市。 ③ Kaneka 日本大型化工产品上市公司，主要产品包括多功能塑料、膨胀塑料、合成纤维等。
质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)的核心部件，对电池性能起着关键作用。它不仅具有阻隔作用，还具有传导质子的作用。全质子交换膜主要用氟磺酸型质子交换膜；nafion重铸膜；非氟聚合物质子交换膜；新型复合质子交换膜等。
垄断及领先情况：迄今为止最常用的质子交换膜(PEMFC)仍然是美国杜邦公司的Nafion膜，具有质子电导率高和化学稳定性好的优点，值得一提的是，PEMFC大多采用Nafion®等全氟磺酸膜，国内装配PEMFC所用的PEM主要依靠进口。
铝塑膜所要求的指标很多，其中最重要的指标也是与普通复合膜不同的地方是： 1）极高的阻隔性 2）良好的冷冲压成型性 3）耐穿刺性 4）耐电解液稳定性 5）电性能(包括绝缘性) 垄断及领先情况：由于铝塑膜生产工艺难度较高，大部分国产铝塑膜在耐电解液腐蚀性、冲深性能等方面不过关，因此，全球及国内铝塑膜市场主要被日本DNP印刷、日本昭和电工等少数日本企业所垄断。 比如早在2017年全球铝塑膜市场中，日本DNP的市场占有率为45%，昭和电工的市场占有率为29%，两者合计达到了74%，全球市场优势地位十分明显。 捷威动力电芯开发室经理马博士曾经表示，国产铝塑膜在可靠性方面和进口产品仍然很大差距，且成本也不是很低。业内人士一致认为，从3C到动力，铝塑膜的国产化替代趋势将与隔膜相似。 ① 大日本印刷株式会社（DNP） 大日本印刷株式会社（DNP）成立于1876 年，总部位于日本东京，作为综合印刷企业，业务范围涵盖情报交流、成像应用技术、生活空间、电子材料、PET容器用无菌灌装系统等。在铝塑膜业务领域，DNP主要采用热法工艺制备铝塑膜，产品类型以88～152μm为主。 ② 昭和电工株式会社 昭和电工株式会社成立于1939年，总部位于日本东京，业务范围涵盖石油化学、化学品、电子、无机、铝等产品。在铝塑膜业务领域，昭和电工主要采用干法工艺制备铝塑膜，产品类型以88、113、122、152、153μm为主。 ③ 新纶科技股份有限公司 中国新纶科技股份有限公司成立于2002年12月，于2010年1月在深圳证券交易所上市，证券代码002341。目前的业务涵盖电子功能材料、新能源材料、光电显示材料、电子材料构件、智能模塑、科创及净化工程和个人防护七大核心业务领域。在铝塑膜业务领域，新纶科技主要采用干法工艺制备铝塑膜，产品类型以113、115μm为主。 ④ 上海紫江新材料科技股份有限公司 上海紫江新材料科技股份有限公司成立于1995年12月，为上交所上市公司紫江企业（600210.SH）的控股子公司，主要从事锂电池包装铝塑膜的研发、生产和销售。上海紫江新材料科技股份有限公司主要采用干法工艺制备铝塑膜，产品类型以88、113、123、152μm为主。 ⑤ 道明光学股份有限公司 道明光学股份有限公司成立于2007年11月，目前的主营业务根据应用场景及领域的不同细分为个人安全防护材料及制品、车辆安全防护材料及制品、玻璃微珠型道路安全防护材料及制品、微纳米棱镜型反光材料及制品、液晶显示用背光材料及模切组件、锂离子电池封装用材料、光电薄膜/板材、高性能离型材料等几大板块。在铝塑膜业务领域，新纶科技主要采用干法工艺制备铝塑膜，产品类型以86、113、152μm为主。 反渗透膜是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反渗透技术的核心构件。反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜 而将这些物质和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。 反渗透膜广泛用于电力、石油化工、钢铁、电子、医药、食品饮料、市政及环保等领域，在海水及苦咸水淡化，锅炉给水、工业纯水及电子级超纯水制备，饮用纯净水生产，废水处理及特种分离过程中发挥着重要作用。
反渗透膜是实现反渗透的核心元件，是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直径一般在0.5~10nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。有的高分子材料对盐的排斥性好，而水的透过速度并不好。有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团，因而水的透过速度相对较快。因此一种满意的反渗透膜应具有适当的渗透量或脱盐率。
工作原理：反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液;高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。
垄断及领先情况：中国已成为全球反渗透膜最重要的生产国家之一，产量占比约为18.98%，仅次于美国。我国也是最大的反渗透膜消费国家，消费量占全球反渗透膜消费量的比例达到25.99%，不过，也有部分膜产品与发达国家尚存一定差距，仍然具有较大提升空间。比如电渗析膜为例，电渗析技术主要包括倒极电渗析(EDR)、液膜电渗析(EDLM)、填充床电渗析(EDI)、双极性膜电渗析(EDMB)、无极水电渗析等，与国际水平相比，我国的ED工艺水平已接近世界先进水平，但均相离子交换膜却20多年仍没有工业化，对氯碱工业用的全氟离子交换膜主要靠进口解决。
总的来说，我国的电渗析膜品种较少，耐温、耐氧化、耐酸碱和耐污染等性能较差，难以进行高浓度浓缩和不同离子的分离。
① 美国陶氏 陶氏是一家多元化的化学公司，运用科学和技术的力量，不断创新，为人类创造更美好的生活。公司通过化学、物理和生物科学的有机结合来推动创新和创造价值，全力解决当今世界的诸多挑战，如满足清洁水的需求、实现可再生能源的生产和节约、提高农作物产量等。陶氏以其一体化、市场驱动型、行业领先的特种化学、高新材料、农业科学和塑料等业务，为全球约180个国家和地区的客户提供种类繁多的产品及服务，应用于包装、电子产品、水处理、能源、涂料和农业等高速发展的市场。 ② 深圳蓝膜 深圳蓝膜水处理有限公司是一家致力于环保水处理设备生产、销售和服务于一体的创新型企业，致力于为用户提供性能卓越、安全稳定的环保水处理产品。作为一家创新型环保水处理企业，蓝膜为数千家客户提供了产品及服务，客户覆盖了电子、电力、石油、化工、市政、钢铁、冶金、食品医药等数十个行业领域。为客户提供了环保水处理系统解决方案、水处理设备系统集成、工程总承包以及水处理运营等相关服务。 ③ 美国海德能 美国海德能公司（HYDRANAUTICS）创立于1963年，总部位于美国加利福尼亚州Oceanside市。1987年并入日本日东电工集团，是日本日东电工株式会社在美国的全资子公司之一。日东电工（NITTO DENKO）株式会社是一家专业生产各种高分子材料的跨国公司，在世界各地设有一百多家子公司。海德能公司自1970年进入反渗透水处理领域以来，一贯坚持追求先进的生产技术，最高的产品质量和完善的客户服务。经过三十五年的不懈努力，已成为在世界上分离膜制造业中最著名、产品规格及品种最多、生产规模最大的卷式反渗透膜生产厂商之一，也是美国最早通过ISO-9001国际认证的反渗透膜生产商。 ④ 日本东丽 东丽公司是世界上最早从事反渗透膜技术开发的企业之一，是公认的先驱者。早在二十世纪60年代就开始膜技术的基础研究，从原材料的选用、制膜技术的开发以及膜元件构造的设计等，为这一技术在超纯水、海水淡化、污水再利用等水处理领域的应用发展做出了卓越的贡献。现在东丽已成为世界上少数的能同时提供醋酸纤维膜和聚酰胺复合膜的厂家，同时东丽也是世界一家具有RO、NF、UF、MF、MBR、纤维滤布等全系列膜技术研发与向市场提供全系列商业化膜产品的厂家。 ⑤ 韩国世韩 世韩是韩国（株）世韩（SAEHAN）集团于1998年8月在中国成立的合资企业。世韩膜集团前身是韩国三星（SAMSUNG）集团子公司合纤公司，现已成为韩国排名前30位的大型集团公司，其产品覆盖了多种行业和领域，产品包括：世韩膜、世韩“CSM”RO膜、世韩纳滤膜、世韩超滤膜、世韩反渗透膜、世韩纯水机、世韩RO直饮机、家用RO纯水机、世韩水家电、世韩软水机、世韩纯水机、世韩净水器、世韩水处理设备、等的生产，其产品已获得了ISO—9002及ISO-14001的认证。世韩是世界上同时拥有反渗透膜生产技术和纯水机生产技术的公司，并已获得了日本“JHP”认证”、美国“FDA 认证”、在中国世韩公司获得“CCC”认证、中国“MA”国家卫生部批件和国家坏境保护总局、中华人民共和国卫生部、国家质量监督检验检疫总局联合颁发的坏境与健康产业发展贡献奖。 ⑥ 时代沃顿-汇通 中国的时代沃顿科技有限公司主要从事反渗透和纳滤膜元件的研发、制造和服务，拥有膜片制造的核心技术和规模化生产能力，是国内最大的复合反渗透膜专业化生产企业，也是拥有强大技术支持的系统设计与应用服务的提供商。目前公司拥有9个系列50多个规格品种的复合反渗透膜和纳滤膜产品，全系列反渗透膜产品皆采用最先进的低污染技术，其产品品质已达到国际先进水平，其中一些型号膜元件的脱盐率已经达到99.8%。 ⑦ 匈牙利苏伊士GE GE专注于世界至关重要的需求，以卓越人才和领先技术，致力解决最具挑战的议题，提供包括能源、医疗、家庭、交通运输和金融领域的解决方案。GE水处理隶属于GE发电设备与水处理集团，是全球领先的纯净水处理、循环水处理、原水废水处理以及工艺生产过程处理的知名供应商，服务于炼油、化工、钢铁、电力、食品饮料、医药、电子和市政等行业。
文章来源：国家新材料产业资源共享、高性能膜材料编辑整理
