“未來，高速列車永磁牽引電機可能採用新一代碳化硅功率芯片控制，這要求薄膜具有更高的耐溫性和耐電暈壽命。為此，我們正在開發下一代薄膜產品。”在日前舉行的“2025全國石油和化工行業科技創新大會”上，湖南株洲時代華鑫新材料技術股份有限公司（以下簡稱“時代華鑫”）總經理、首席專家張步峰博士作主題報告時透露。

張步峰所說的薄膜，名為高性能聚酰亞胺（PI）薄膜。薄膜通體金黃、薄如蟬翼，雖看起來“其貌不揚”，卻是戰略性新材料“金字塔尖”的材料。電子信息、軌道交通、航空航天和國防軍工等高端領域，都離不它。我國曾持續對其制造工藝進行攻關，然而50余年未有成果。

“以前，別人賣給我們多少材料，我們才能造出多少輛列車。而當我們制造出這種薄膜后，想造多少輛列車，就都能自己做主！”時代華鑫董事長湯海濤在接受科技日報記者採訪時說。

破局：“買家”變成了“賣家”

5月24日，時代華鑫的一間千級潔淨廠房中，幅寬2100毫米的高性能PI薄膜智能產線滿負荷運行。

計量好的原材料被自動“投喂”到產線機器中，伴隨著輥軸以每分鐘近30米的速度高速旋轉，在催化劑和脫水劑作用下，經低溫聚合反應，制成的薄膜從鋼帶上緩緩剝離。

“2024年12月發布的CR450動車組樣車，其永磁牽引電機上就用了我們的高性能PI薄膜。這種薄膜既耐高溫又耐電暈，保障了電機運行的可靠性。”張步峰說。

看似不起眼的薄膜，一度扼住了我國列車制造和鐵路發展的“咽喉”。

時間回到2010年前后，我國鐵路建設迎來高峰期。“鐵路線開通后需要大量列車投入運營，但能造多少輛列車，不是中國說了算。因為列車的‘心臟’——牽引電機，需要用高性能PI薄膜作絕緣材料，而當時這種材料只能依靠進口。”湯海濤解釋，“換句話說，我國列車生產數量取決於國外供應商願意賣給我們多少材料。”

20世紀60至80年代，我國先后組織專家對其進行科研攻關，但一直未能取得突破。2004年，團隊開始尋找它的國產替代產品，但在市場上難覓蹤跡。2010年，作為買家的他們，被逼走上自主研發之路。

制造高性能PI薄膜主要有兩條技術路線——熱亞胺法和化學亞胺法。“2013年，我們建成了一條熱亞胺法制膜生產線，但實踐証明這條路行不通。”張步峰說。

原來，美國杜邦公司對其自主研發的耐電暈PI薄膜“三層結構”啟動了全方位專利保護，這一“封鎖”使得我國只能嘗試制造單層結構的高性能PI薄膜。和國內其他制膜廠家一樣，張步峰團隊應用熱亞胺法制造出的單層結構高性能PI薄膜，雖然外觀上與國外產品相差不大，但在應用可靠性方面卻相差甚遠。

其后，團隊果斷開啟化學亞胺法的探索。2015年，他們搭建起化學亞胺法制膜中試平台。這一次，他們獲得了成功，形成了完全自主知識產權的高可靠性耐電暈PI薄膜制備技術路線。

2017年，我國第一條幅寬1542毫米的化學法高性能PI薄膜生產線建成，並於次年正式投產。“在這一制約中國高技術產業發展的關鍵高分子材料制造領域，我們不再技不如人，也不再受制於人！”湯海濤倍感自豪。

如今，他們制造出的國產高性能PI薄膜，正逐步在我國航天航空和艦船動力等領域實施國產化替代。

突圍：掀翻厚度“天花板”

隨著時代華鑫突破了化學亞胺法制造單層結構高性能PI薄膜的工藝，散熱PI薄膜的制造也迅速取得成功。

在時代華鑫參觀展陳區，記者看到，一卷200微米厚度的散熱PI薄膜樣品靜靜陳列著。經2700℃高溫燒制，它可被制成世界上最厚、達100微米的人工石墨膜。由石墨膜制成的柔性導熱人工石墨片，是筆記本、智能手機等電子終端散熱的核心材料。

時代華鑫制造的散熱PI薄膜，竟在與美國杜邦、日本鐘淵化學和韓國SKC等三大頂尖企業的競爭中脫穎而出，一舉成為三星公司新產品的獨家供應商，並吸引了蘋果、華為、小米、OPPO等越來越多的廠商尋求合作。

究竟是什麼讓時代華鑫的散熱PI薄膜獲得國內外知名手機制造商的青睞，讓世界用上了中國的“黃金薄膜”？

“我們不斷突破行業對這類薄膜厚度的‘定義’，成為了標准制定者。”張步峰說。

2018年以前，用於制造人工石墨膜的散熱PI薄膜的厚度“天花板”是75微米。“薄膜越厚，熱通量越大，散熱也越快。但薄膜越厚，經高溫燒結后膨脹也越快，這讓超過75微米厚度的散熱PI薄膜燒結出的石墨膜容易粉化，無法成型。”張步峰解釋道。

石墨的膨脹主要由PI薄膜燒制過程中內部產生的氣體釋放引起。想要避免這種劇烈膨脹，就必須想辦法讓這些“無處可逃”的氣體快速釋放。

為此，團隊發明了碳納米管改性薄膜技術，巧妙利用碳納米管的中空特性和石墨層間的搭橋特性，有效調控氣體的釋放速度，成功解決了超厚PI膜石墨化過程中排氣困難等行業難題。

2019年，團隊在全球率先開發出了90微米以上的超厚型產品，可制備出50微米以上的高功率人工石墨膜。

一代材料，一代裝備。材料的突破，推動了裝備的革新。

厚度的突破，讓人工石墨膜從最先僅用於功率器件輔助散熱，逐步成為了金屬均熱板的“替代者”。2024年，時代華鑫在全球再次率先開發出了導熱系數達2000W/(m·K)以上的超級導熱人工石墨用PI原膜，將傳統材料導熱系數提升了70%，並且最厚可達230微米，持續引領著行業技術的發展。

解困：產線全面國產化

在時代華鑫廠區，我國第二條2100毫米超大幅寬化學亞胺法生產線正在抓緊組裝產業設備。與其已有的兩條產線不同的是，這是一條從設計到設備制造、工程化、生產技術全面實現“中國造”的產線。

時代華鑫在第一條化學亞胺法制膜產線建設時，曾購置了國外廠家的核心制膜裝備。然而，在調試過程中，他們發現，出現問題的並非他們“做好心理准備”的國產設備，而是進口的核心制膜裝備。

如果說第一次的產線建設讓他們多少有些意外，那麼2018年啟建2100毫米超大寬幅薄膜生產線，則彰顯了時代華鑫走上單線產能突破之路的決心。

當時，國外同行相同幅寬的產線年產能僅為600噸。憑借對制膜工藝和裝備技術的全面掌握，團隊大膽進行設計創新，使單線年產能在全球首次突破800噸。這一新的裝備技術升級，不僅讓公司迅速縮小了與國外同行的規模差距，更讓中國在全球高性能PI薄膜生產中擁有了同幅寬單線年產量最高的產線。

兩次產線搭建的經歷，讓團隊深刻認識到，裝備國產化是保障高端戰略原材料供應鏈安全的唯一路徑。“我們要徹底解決潛在風險！”張步峰說。實現全面國產化后，新產線整體制造成本預計比此前降低了60%。同時，新產線大幅縮短了從核心設備制造到投產的時間，生產效率得到極大提升。

“目前，時代華鑫的超大幅寬高性能聚酰亞胺（PI）薄膜的全國產化產線基本組裝完成，即將進入調試。”張步峰表示。

“時代華鑫通過自主創新，解決了我們國家50多年都未能攻克的技術難題，打破了國外的長期技術壟斷。”中國工程院院士蹇錫高評價道，“他們不僅在技術深度上有積累，更在自主技術創新的高度上實現了突破。了不起！”

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