更多内容请点击

专利视角下聚酰亚胺发展态势分析

袁晓亮 ,  余倩倩 ,  张佳 ,  张馨月 ,  张天琪 ,  李天舒

现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (11) : 5 -10.

PDF (1558KB)
现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (11) : 5-10. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.11.002
专论与评述

专利视角下聚酰亚胺发展态势分析

作者信息 +

Analysis on development trends of polyimide from patent perspective

Author information +
文章历史 +
PDF (1594K)

摘要

聚酰亚胺(PI)具有优异的耐高温性、机械性能和化学稳定性等性能,在航空航天、微电子、新能源等高新技术领域具有广泛的应用前景。基于全球专利文献的检索与分析,系统研究了PI技术的全球专利布局态势,重点对专利申请的年趋势分布、地域分布、主要申请人、技术布局等进行深入分析,为国内PI材料的技术创新与专利布局提供建议和思路。

Abstract

Polyimide (PI),characterized by exceptional high-temperature resistance,mechanical properties,and chemical stability,holds broad application prospects in high-tech fields such as aerospace,microelectronics,and new energy.Based on the retrieval and analysis of global patent literature,a systematic study is conducted on the global patent landscape of polyimide technology,with a focus on analyzing the annual trend distribution,geographical distribution,key applicants,and technology distribution of patent applications.This research provides insights and strategic recommendations for technological innovation and patent layout of polyimide materials in China.

Graphical abstract

关键词

聚酰亚胺 / 专利分析 / 主要申请人 / 技术布局

Key words

polyimide / patent analysis / key applicants / technology layout

Author summay

袁晓亮(1979-),女,博士,高级工程师,研究方向为炼油化工、知识产权,

引用本文

引用格式 ▾
袁晓亮,余倩倩,张佳,张馨月,张天琪,李天舒. 专利视角下聚酰亚胺发展态势分析[J]. , 2025, 45(11): 5-10 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.11.002

登录浏览全文

4963

注册一个新账户 忘记密码

聚酰亚胺(PI)是指一类主链上含有酰亚胺基团的低晶态或非晶态高分子化合物,主链以芳环和杂环为主要结构单元,由二胺和二酐的化合物经聚合反应制备而成,且不同分子结构的二胺和二酐单体制备的PI具有不同的分子结构和性能[1-2]。PI具有温度性能优异(长期使用范围在-200~300℃)、高强高模(部分型号模量仅次于碳纤维)、绝缘性能优异、阻燃性好、耐化学腐蚀、耐辐射性能好以及无毒性(生物相容、环境友好)等优点,被认为是“21世纪最有希望的高分子材料”[3-5]。PI长期以来一直占据着高分子材料金字塔最顶端的位置,其研究、开发及利用已列入各先进工业国家中长期发展规划[6-7]。
PI最早于1908年首次通过熔融缩聚制备获得,但因其加工性能差,发展和应用受到了限制[8]。1955年,杜邦申请了第一件关于PI应用的专利,并相继开发了芳香族PI薄膜产品Kapton,以及PI模塑料和清漆等产品,实现了工业化。往后的40年里,日本宇部兴产株式会社、通用电气、钟渊化学和三井化学也相继开发了自己的PI产品。2001年日本三菱瓦斯开发了无色透明PI薄膜,2005年韩国SKC公司建立PI薄膜生产线,2010年德国赢创工业公司投产了PI纤维生产装置,其PI纤维商品名为P84[9]。我国PI的研发起始于1962年,主要为了满足绝缘薄膜和漆包线漆的需求,最早介入的科研院所有长春应化所、上海树脂所和桂林电科院等[3]。其中上海树脂所的二苯醚二酐/二苯醚二胺型PI在高新技术产业和国防军工领域发挥了重要作用,长春应化所以氯代苯酐为原料研究PI合成,在合成路线开发和异构体分离方面取得了成功。随后的几十年内,我国的研发人员逐步投入研发力量,PI薄膜、纤维、浆料等生产企业大量兴起。但整体来看,中国PI产业相较于国际起步较晚,产业化进程缓慢,目前仍处于追赶阶段。
本研究以PI材料为研究对象,基于全球专利数据库Patsnap,对截至2024年1月1日公开的PI材料相关专利进行了系统性检索与分析。通过对全球PI材料专利技术的全面梳理,重点研究了专利布局态势、主要申请人以及核心创新主体的技术布局策略等,揭示了PI材料领域的技术发展动态与竞争格局,为我国PI材料的技术创新与系统性专利布局提供数据支撑与决策依据。

1 专利申请年趋势分布

全球PI相关专利的申请最早出现于1937年,随后的20余年内由于PI材料研究处于萌芽阶段,该阶段相关专利的申请量较少,专利年申请量均低于百件,且申请来源国主要为美国,申请人主要为杜邦。1963年至1990年,PI相关专利年申请量逐年攀升,并于1990年以5 406件达到了首个申请峰值,是PI材料研究的初步发展阶段,如图1所示。此阶段大量的日本企业进入该领域,主要包括日立、松下电器、东芝和三井化学等。随后PI材料基本保持着每10年专利年申请量增加5 000余件的态势快速发展,于2019年达到了19 654件的峰值。之后几年由于疫情的影响,出现了小幅度的申请下降。总体来看,目前全球PI的研究处于快速发展阶段,整体呈现增长态势,发展前景良好。

2 地域分布情况

表1为PI相关产品全球专利地域布局,整体来看,全球PI相关专利主要分布在中国、日本、美国和韩国,也是PI相关产品的主要市场。其中,中国的专利申请量最多,共计107 256件,占比达总量的26%;中国台湾地区的申请量超1.5万件,约占中国专利申请总量的15%。日本位列第二,专利申请量近8万件,占比19%。美国位列第三,专利申请量64 072件,占比16%。韩国位列第四,专利申请量35 073件,占比8%。世界知识产权组织与欧专局的专利受理量也较多,二者分别以29 892件和23 703件位列第五与第六,这在一定程度上体现了PI相关产品市场全球化的特点。此外,德国以19 323件的专利量位列第七,其占比为5%,也是PI相关产品的重要市场。奥地利、加拿大和澳大利亚的专利量则不足万件,分列第八、九、十位,其市场也受到了一定的关注。

3 申请人分析

为识别全球范围内PI的优势申请人及其创新实力,取专利申请量排名前15名的申请人展开分析,详见表2。由表可见,申请量排名前15的申请人均为企业,其中日本9家、韩国3家、美国2家、沙特1家。从申请量排名来看,各企业相对于前一家企业的专利申请量差别均不太大,整体呈现较为均匀的梯度排列。其中,东丽和杜邦属于第一梯队,二者专利申请量均超过5 000件,其中东丽以5 941件位列第一;力森诺科、SABIC、通用电气和LG化学处于第二梯队,4家企业的专利申请量均超过4 000件;三星电子、日东电工、日产化学、松下电器、三井化学、钟渊化学和三星显示器为第三梯队,这几家企业的专利申请量均超过3 000件;第四梯队是日立和日本宇部,2家企业申请量相对较少,但均超过了 2 500件。
从创新活跃度来看,除松下电器和日立外,头部厂商在PI材料领域均保持一定的研发热度,仅SABIC和LG化学的创新活跃度相对较低,其他申请人活跃度基本处于40%~65%的范围内,其中三井化学的创新活跃度相对最高,为62.40%。结合专利申请量与创新活跃度整体来看,目前PI领域的优势申请人为东丽、杜邦、力森诺科、通用电气、三星电子、日东电工、日产化学、三井化学、钟渊化学、三星显示器和日本宇部。

4 技术布局分析

为了解全球范围内PI材料技术布局现状,将PI全球专利划分为单体和聚合物、产品和应用、工艺以及设备4类,并对其专利申请情况展开分析,详见图2。目前全球PI材料相关专利中,涉及产品和应用的专利申请量最多,共计310 399件;涉及工艺的专利申请量也较多,为108 267件;涉及单体和聚合物以及设备的专利相对较少,其中单体和聚合物共计19 541件,而设备类仅983件。从四类技术的比重来看,布局重点集中于产品和应用。从近5年及近3年的申请量来看,4个技术分支均保持着一定的研发热度,其中产品和应用的研发热度仍相对最高,从单一技术分支近5年申请量与整体申请量的占比来看,设备类领域近几年专利申请增速较快。

5 主要申请人分析

基于上述PI全球专利地域布局和专利申请人分析结果,结合专利申请量和创新活跃度整体来看,选取了主要申请人东丽、杜邦和SABIC展开分析。

5.1 东丽

东丽是以有机合成、高分子化学、生物化学为核心技术的高科技跨国企业。东丽在多个领域创造了尖端材料和高附加价值的产品,包括纤维、树脂、化工、薄膜和碳素纤维复合材料等。东丽在PI材料方面的研究涵盖了新材料开发、环保型材料创新以及生产能力扩展等多个方面,旨在满足半导体、显示设备等领域对高性能PI材料的需求。
表3为东丽关于PI材料在上中下游进行的专利布局策略。东丽在PI材料领域的专利布局集中于中游,其中产品类专利布局量最多,为1 451件;其次为应用类专利,为713件;再次为工艺类专利,为396件。此外,聚合物专利也相对较多,为62件。其他技术分支的专利量较少,均不超过30件。产品、应用及工艺是其重点布局方向。设备方面,相较于其他厂商,东丽关注度较高。细化来看,产品方面布局集中于薄膜、光敏材料以及树脂产品,其中光敏材料和树脂主要通过组合物的方式进行保护;应用方面主要针对柔性显示及光学组件、电子电气以及电池等领域进行布局;工艺方面的布局主要集中在拉膜和工件涂覆工艺上。此外,东丽还提供了一些专利撰写思路,比如,溶剂用通用式表示、利用残基占比来保护组合物组分等,在一定程度上可以扩大保护范围。
表4为东丽关于PI材料的专利产品分布及研究热度情况。从专利申请量来看,薄膜相关专利申请量最多,为796件,其中111件涉及用于二次电池隔膜的多孔膜,占薄膜专利总量的13.94%,在一定程度上体现了东丽对二次电池隔膜产品的关注,还有18件涉及透明膜。申请量排在第二和第三的光敏材料和树脂的专利申请量也较多,其中光敏材料多为碱溶性PI与其他光引发剂的组合物,也有少量光敏型PI,树脂产品则多为PI树脂与其他树脂的组合物。此外,东丽围绕复合材料与胶粘剂产品也布局了一些专利,分别为199件和145件。其他类型的产品专利布局量较少,不足100件。从创新活跃度来看,目前东丽对成型体的关注度最高,创新活跃度为66.67%;其次为复合材料和纤维,创新活跃度分别为63.16%和57.14%;再次为光敏材料和薄膜,创新活跃度分别为47.06%和42.19%。此外,对树脂和胶粘剂产品也有一定的研发热度,创新活跃度分别为34.62%和33.33%。综上所述,薄膜和光敏材料是东丽的重点产品,近3年东丽较为关注成型体、复合材料和纤维产品,可能是其后期新的研发重点方向。

5.2 杜邦

杜邦是世界上最大的化学公司之一,业务涉及化学、材料科学、农业、能源和其他领域,其产品涵盖众多行业:例如塑料、工程聚合物、电子材料和涂料等高性能材料。杜邦的PI产品主要包括Kapton®PI薄膜和Vespel®系列PI材料。其中Kapton®PI薄膜是一种高性能的薄膜类产品,具有独特的电气性能、热性能、化学性能和机械性能的组合平衡性能,广泛应用于工业等领域。
杜邦自1937年起便在PI材料领域进行了专利申请,是全球最早对PI材料进行研究的企业,表5为杜邦关于PI材料上中下游专利布局情况。杜邦在PI材料领域的专利布局集中于中下游,其中应用类和产品类布局相对最多,工艺类也较多。上游方面单体相关专利仅32件;中游方面聚酰胺酸前体仅20件,聚合物相对较多为107件;下游方面设备类仅有4件,应用、产品及工艺是其重点布局方向。细化来看,应用方面杜邦主要在电子电气、零部件以及过滤/分离等领域进行布局;产品方面主要在薄膜、复合材料以及光敏材料布局,其中光敏材料大多以组合物的方式进行保护;工艺方面主要在制品制造/处理工艺、合成工艺以及工件涂覆工艺方面布局。此外,杜邦在早期还申请了一些通用类专利,同时,杜邦较为关注基础类工艺的探索,针对多阶段性热亚胺化法、热+化学亚胺化法以及控制分子量的制造工艺等方面也进行了布局。
表6为杜邦关于PI材料的专利产品分布及研究热度情况。从专利申请量来看,薄膜相关专利申请量最多,为497件,其中3件涉及用于二次电池隔膜的多孔膜、10件涉及透明膜。其次为复合材料,专利申请量共230件,在杜邦申请的复合材料相关专利中,PI大多以树脂形式出现,也会作为增强纤维或填料的方式出现。其他产品类别中仅树脂与纤维专利申请量超100件,其余产品类别相关专利申请量均较少。从创新活跃度来看,目前杜邦对溶液产品的关注度最高,创新活跃度为75%;其次为纤维,创新活跃度为66.67%;再次为树脂,创新活跃度为50%。其重点产品薄膜的创新活跃度相对较低,为33.33%,但也维持了一定的研究热度。杜邦在近3年对其他产品类别的关注度很低。综上所述,薄膜是杜邦的重点产品,其次是复合材料,近3年杜邦较为关注溶液、纤维、树脂和薄膜产品。

5.3 SABIC

SABIC公司的产品涵盖化学品、通用以及高性能塑料、农业营养素和钢铁等多个领域。SABIC在PI材料领域重点针对聚醚酰亚胺产品开展了研究,其推出的ULTEMTM树脂系列的无定形热塑性聚醚酰亚胺材料具有出色的耐热性、高强度和刚度以及广泛的耐化学性。
整体来看,SABIC虽相较其他厂商入局较晚,但其发展态势迅猛且十分注重专利的对外保护,整体呈现阶段性的波动态势,专利年申请量的大幅增长多与新技术的产出相关。目前可能进入了新产品研发阶段,未来几年待其相关产品成熟后可能还会出现大幅增长的情况,可持续关注。
表7为SABIC关于PI材料上中下游专利布局情况。SABIC在PI材料领域的专利布局集中于中游,其中产品类专利布局量最多,为378件;其次为工艺类专利,为179件;再次为应用类专利,为145件。其他技术分支的专利量均较少,仅聚合物超过了10件。产品、工艺及应用是其重点布局方向,细化来看,产品方面主要基于复合材料、树脂以及薄膜布局,其中树脂和复合材料多以组合物的形式进行保护;工艺方面主要基于卤素置换法、纯化工艺以及改性工艺进行布局;应用方面主要针对电子电气、零部件以及柔性显示及光学组件等领域进行布局。此外,SABIC比较重视新工艺的开发以及对工艺各个环节的拆分保护,同时也比较关注基础类工艺的探索,比如如何控制分子量。
表8为SABIC关于PI材料的专利产品分布及研究热度情况。由于SABIC在专利撰写时经常不对产品类型进行限定说明,所以SABIC涉及产品类型的专利量明显少于其他企业,这种撰写方式在一定程度上可以扩大专利技术的保护范围,值得借鉴。从专利申请量来看,复合材料相关专利申请量最多,为112件,大多涉及聚醚酰亚胺树脂与陶瓷填料或玻璃纤维的复合。其次为薄膜相关专利,共计86件,其中4件涉及用于二次电池隔膜的多孔膜、3件涉及透明膜;再次为树脂,专利申请量为69件,且大多为聚醚酰亚胺树脂;其余产品类别相关专利申请量均较少。从创新活跃度来看,目前SABIC对纤维产品的关注度最高,创新活跃度为66.67%;其次为薄膜和泡沫,创新活跃度均为50%;树脂和涂料产品也有一定的研发热度,创新活跃度为20%。但其重点产品复合材料的创新活跃度很低。综上所述,复合材料、薄膜和树脂是SABIC的重点产品,近3年SABIC关注薄膜、纤维和泡沫产品,可能是其后期新的研发重点方向。

6 结论

从总体申请趋势来看,全球范围PI材料相关技术均已进入快速发展阶段,其中国内PI材料相关技术的研究晚于国外近40年,但相较于国外,国内近年来对PI材料的研究热度受疫情影响不多,发展势头强劲,预计未来几年仍会呈现增长态势。从地域分布情况来看,全球范围内,中国、日本、美国和韩国是PI产品的主要市场,此外,大量的PCT申请也体现了PI产品市场的国际化特点。结合行业信息、政策信息及各头部厂商专利信息可知,薄膜、光敏材料和复合材料是目前受到多家头部厂商关注的研发热点方向。从布局技术来看,目前应用类专利中PI大多作为非主要效果提供方来使用,而工艺类专利也大多涉及套管补贴等下游工艺,包括PI合成工艺、重点产品制造工艺在内的核心与重点类专利非常少。企业可以结合自身的业务领域,在材料方面和工艺方向进行研发和布局。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用
[1]

常晶菁, 牛鸿庆, 武德珍. 聚酰亚胺纤维的研究进展[J]. 高分子通报, 2017,(3):19-27.
[2]

丁孟贤. 聚酰亚胺:化学, 结构与性能的关系及材料[M]. 北京: 科学出版社,2006:8.
[3]

董玥, 董霄, 朱德兆, 等. 聚酰亚胺发展概况与应用展望[J]. 中国塑料, 2022, 36(9):85-95.

[4]

高连勋. 聚酰亚胺纤维(第一版)[M]. 北京: 国防工业出版社,2017:2-15.
[5]

汪家铭. 聚酰亚胺纤维发展概况与应用前景[J]. 石油化工与经济, 2011, 27(4):58-62.
[6]

孙国华, 张信, 武德珍, 等. 高性能聚酰亚胺复合材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(9):147-155.

[7]

孙国华. 基于芳杂环聚合物纤维的制备、微结构调控及其性能研究[D]. 北京: 北京化工大学, 2021.
[8]

Pariser R. Polyimides:Versatile specialty polymers[J]. Polymer Journal, 1987, 19(1):127-133.

[9]

于继飞, 杨阳, 李孟龙, 等. 国内外聚酰亚胺薄膜发展概况及研究进展[J]. 当代化工研究, 2023,(14):10-12.
AI Summary AI Mindmap
PDF (1558KB)

649

访问

0

被引

导航
相关文章

AI思维导图

/

〈 〉

京ICP备09035943号-37
版权所有 ©《现代化工》编辑部
地址：北京市朝阳区安定路33号化信大厦B座206　邮政编码：100029
编辑部电话：010-64444090　E-mail:mci@cncic.cn
技术支持：北京玛格泰克科技发展有限公司