关于PI材料专利技术，这篇文章说清了

来源：市场资讯

（来源：中国化工信息周刊）

关键词 | 聚酰亚胺发展态势共 5731 字 | 建议阅读时间 10 分钟

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。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”。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。

PI最早于1908年由Bogert等人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。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。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。其中上海树脂所的二苯醚二酐/二苯醚二胺型PI在高新技术产业等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。

0

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5406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5000余件的态势快速发展，于2019年达到了19654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。

图1 全球PI专利申请总体趋势图（单位/件）

0

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107256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64072件，占比16%。韩国位列第四，专利申请量35073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29892件和23703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19323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。

表1 全球PI专利地域分布图

0

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5000件，其中东丽以5941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4000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3000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2500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。

表2 全球PI技术优势申请人

注：①创新活跃度=近3年专利申请量/近5年专利申请量×100%

0

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310399件；涉及工艺的专利申请量也较多，为108267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19541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。

图2 全球PI材料技术分布（单位/件）

0

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1451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3 东丽PI专利布局策略

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。

表4 东丽PI产品类别分布

注：①创新活跃度=近3年专利申请量/近5年专利申请量×100%

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5 杜邦PI专利布局策略

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。

表6 杜邦PI材料产品类别分布

注：①创新活跃度=近3年专利申请量/近5年专利申请量×100%

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ULTEM™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7 SABIC公司PI专利布局策略

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。

表8 SABIC公司PI产品类型分布

注：①创新活跃度=近3年专利申请量/近5年专利申请量×100%

0

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。

作者：袁晓亮，余倩倩，张佳，张馨月，张天琪，李天舒