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特种工程塑料国产化进程加快,需求爆发在即

2022-12-12 来源:中国化工信息周刊 浏览数:1

1、特种工程塑料:塑料金字塔顶端产品,性能优异附加值高


1.1

特种工程塑料具备优异理化性能


特种工程塑料性能优异,是塑料金字塔顶端的产品。塑料按照生产规模、产品性能 与附加值可大致分为通用塑料、工程塑料与特种工程塑料三大类,其中通用塑料包 括常见塑料聚乙烯 PE、聚丙烯 PP 等,其特点是生产规模大,但性能相对较低,价 格便宜。特种工程塑料的生产规模较通用塑料更小,但因其耐温、耐光与力学等各 项性能更为优异,是塑料金字塔顶端的产品。

特种工程塑料主要分为聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、液晶聚合物、耐高温尼龙和聚 芳醚酮 6 大类,可应用在电子、交通、航天航空等领域。特种工程塑料早期也被称 为耐高温高分子材料,具有优异的耐高温性能,长期工作温度可在 150℃或以上。除此之外,特种工程塑料综合性能优异。聚酰亚胺稳定、耐腐蚀能力强、发烟率低, 在液态氦中存在一段时间都不会发生断裂,应用于航空航天、电子电器、机械、电 子显示等领域。聚苯硫醚具有一定的流动性,结晶速度快、耐热性能佳、抗腐蚀性 能优异,主要应用于汽车、电子电器等领域。

聚砜具有耐热和耐湿热性等优点,在 力学性能、加工性能方面优异等特性,应用于机械工业、电子电器、交通运输、医 疗器械等领域。液晶聚合物具有优异的机械性能、低吸湿性、低介电常数和介电损 耗、尺寸稳定性好等优异性能,应用于电子电器、国防军工、航空航天、汽车、医 疗等领域。耐高温尼龙耐高温、机械性能好,主要应用于电子电器、汽车工业等领 域。聚芳醚酮具有优异的耐高温性能、耐磨性、力学性能、尺寸稳定性、绝缘性和生物相容性,广泛应用于汽车、电子电器、航空航天、医疗卫生等领域。在国内, 目前除了聚酰亚胺进口依赖度已经降低到 25%,聚苯硫醚打破完全进口依赖,其余 的进口依赖性比较高。


1.2特种工程塑料的附加值更高,国产化进程加快


产品附加值方面,特种工程塑料 > 通用工程塑料 > 传统通用塑料。特种工程塑料 具有难以替代性,因此价格较高。若以特种工程塑料液晶高分子 LCP、通用工程塑 料聚碳酸酯 PC 与传统通用塑料聚乙烯 PE 为例,LCP、PC 与 PE 价格约在 5.5 万元 /吨、2.5 万元/吨、0.9 万元/吨,特种工程塑料价格显著高于另两类塑料,并具有更 高的毛利水平。国内特种工程塑料发展起步晚,但近几年国产化进程已加快。

特种工程塑料发展于 20 世纪 60 年代,以聚酰亚胺的问世为起点,此后 20 年里发展出多种特种工程塑料。1961 年杜邦公司通过芳香族二胺和芳香族二酐的缩合反应制备了聚均苯四甲酰 亚胺薄膜(Kapton);1965 年,耐高温尼龙 PA6T 纤维专利问世,随后 PA6T 及其共 聚物被作为工程塑料使用;1965 年联合碳化物公司研制出聚砜,同年建成年产 4500 吨规模的产线(Udel);1966 年杜邦公司首次使用相列态聚合物溶液制备出高强度、 高模量的纤维,1972 年又成功开发出溶致液晶 Kevlar 纤维;1967 年菲利普斯公司 取得以对二氯苯和硫化钠为原料在 N-甲基吡咯烷酮溶剂中合成聚苯硫醚的专利, 1971 年实现工业化生产,并于 1973 年建成 2600 吨产线;1979 年,制得了高分子量的 PEK, 1977 年又研发出 PEEK,1980 年投产。

我国特种工程塑料的研究也起始于 20 世纪 60 年 代,但是到了 80 年代才发展起来,整体和国际仍有一定差距,但国内企业近年来突 破了塞拉尼斯、宝理、住友、索尔维等海外企业垄断,特种工程塑料的扩产主要集 中于金发科技、沃特股份、普利特等国内头部企业。

国内企业扩产速度超市场预期,国产化进程加快。金发科技自有专利高温尼龙 PA 10T,耗时 10 年从零开始发展到 3000 吨,2022 年半年报披露新增年产 1.5 万吨;同时已启动年产 1.5 万吨 LCP 与 0.6 万吨 PPSU/PES 合成树脂项目,目前已完成工 艺与土建设计。沃特股份于 2021 年启动年产 2 万吨 LCP 与年产 1 万吨高性能新材 料项目,其中 LCP 项目已完成主体设备安装。行业内主体企业不断扩产,印证了产 业爆发趋势。

新型应用场景不断涌现,特种工程塑料销量有望爆发。通常新产品的推出,往往需 要相关头部改性企业联合引导推广,凭借性能优势占据先机。而目前新兴产业包括 电动车、光伏、储能、换电行业的高速发展,新型应用场景的不断迭代,诸如电动 车新车型的更高频推出,给了特种工程塑料不断测试并强化应用价值的机会。目前 特种工程塑料已经体现出一定的性价比优势,我们判断,随着国内产能的规模化上 量,价格中枢下移,性价比进一步凸显,销量爆发是必然趋势。


2、下游高新产业快速发展,拉动特种工程塑料需求


2.1液晶高分子:5G 领域用途广泛,国产替代不断加速


01 | LCP 具有优异的耐高温性和介电性质,主要以酸解法合成

液晶聚合物(LCP)因优异的耐高温性和介电性质,被广泛应用在电子领域。液晶 聚合物(LCP,Liquid Crystal Polyester)是由刚性分子链构成,具有一定(一维或二 维)的有序性,在一定条件下既能表现出液体的流动性又能表现出晶体的各向异性 的,主链上含有大量刚性苯环结构的芳香族聚酯类材料。LCP 可以分为溶致性液晶 (LLCP)、热致性液晶(TLCP)和压致性液晶三类。

LLCP 在溶剂中呈液晶态,只 能在溶液中加工,不能熔融,用作纤维和涂料;TLCP 则因温度变化而呈液晶态,综 合性能优异,而且能够进行注塑、挤出成型加工。根据热变形温度(HDT),TLCP 还可以被细分为高耐热型(HDT≥300℃)、中耐热型(280℃≥HDT≥240℃)和低 耐热型(HDT≤210℃)。LCP 具有优异的机械性能,还具有低吸湿性、耐候性、耐 热性、阻燃性以及低介电常数和介电损耗因数等特点,在电子领域被广泛应用。

酸解法是主流的 LCP 工业生产方法。目前有 4 种主要的 LCP 的合成方法,分别是氧化酯化法、硅酯法、苯酯法和酸解反应法,其中,酸解反应法是现在最主要的工 业生产 LCP 的方法。酸解法是通过芳香族二元酸与乙酰化的酚类单体进行熔融缩 聚,脱去副产物醋酸后得到 LCP,再通过注塑、挤出、溶液浇注、吹塑和拉膜等加工 方法得到各种形态的 LCP 产品。

02 | 全球 LCP 产能集中于美日,国内 LCP 产能迅速发展

全球 LCP 产能主要集中在日本和美国,国内 LCP 产能快速增长中。当前全球 LCP 材料产能约 8.2 万吨,主要集中于日本和美国,行业集中度较高。美国塞拉尼斯拥 有 2.2 万吨产能位居全球第一,其次为日本宝理、住友,产能分别为 1.5 万吨与 1 万 吨。国内 LCP 的发展起步较晚,总产能约 1.6 万吨。近年随着金发科技、普利特、 沃特股份等企业迅速发展,国内产能快速增长。其中沃特股份预计在 2022-2023 年 分别投产 1.5 万吨、0.5 万吨 LCP。有望成为全球最大的 LCP 材料供应商。

03 | 5G 迅速发展,拉动液晶聚合物的需求

未来我国 LCP 需求量有望持续增长。2020 年全球 LCP 需求量为 7.8 万吨,国内 LCP 的需求量为 3.2 万吨。电子电器是 LCP 最主要的消费领域。随着电子电气产业发展 迅速,未来我国 LCP 的需求有望持续增长。据中国化工信息中心预计,到 2026 年国内 LCP 总消费量将从现在 3.2 万吨增至 4.3 万吨。

LCP 轻便、耐高温、介电损耗因子低,可作为 5G 基站天线的塑料振子材料。基站 中天线振子是天线的主要组成部分,可以放大信号和控制信号辐射方向。5G 基站 对于振子材料有严格的要求:(1)表面组装技术(SMT)的制造工艺要求振子材料 可以承受 260℃;(2)轻量化;(3)电磁波具有频率越高,波长越短,越容易在传 播介质中衰减的特点,所以频率越高,就要求振子材料的损耗更小。与传统金属振 子相比,塑料振子除了轻便,还可以通过注塑成型的方法实现高精度,是 5G 天线 振子的方向。相比于目前主流的聚苯硫醚( PPS)塑料振子,LCP 塑料振子具有更 好的注塑性、耐热性和更低的介电损耗,竞争优势更大。预计到 2025 年 5G 基站振子对应 LCP 新增需求量为 1.07 万吨。

截止到 2022 年 6 月,我国已建成的 5G 基站数量达到 185.4 万个,占全球 60%以上。根据工信部发 布的《“十四五”信息通信行业发展规划》,规划到 2025 年实现每万人拥有 5G 基站 26 个,据此预计到 2025 年,我国 5G 基站总数达 364 万个。通常 5G 基站有 3 面天 线。假设单面天线主流方案采用 192 个振子,对应需要一个基站需要 576 个振子。LCP 和 PPS 密度接近,96 个振子约需 PPS 共 1kg。预估到 2025 年 LCP 振子材料的 新增需求量为 1.07 万吨。

LCP 材料介电性能和柔韧性优异,可替代传统聚酰亚胺材料应用在 5G 柔性印刷电 路板中。LCP 材料可以作为基材用在 5G 高频高速电路板,尤其是柔性印刷电路板 (FPC)中。传统电路板基材聚酰亚胺(PI)基材因介电常数和损耗因子较大且吸潮 性较大,在高频传输时损耗严重,无法适应当前的高频高速趋势。与 PI 相比,LCP 材料在传输损耗优势显著,基材损耗值仅为 0.2%-0.4%,仅有传统基材的 1/10。并 且,LCP 的高机械强度可以支撑多层连线的架构;可弯折性也迎合了小型化趋势。LCP 基材的电路板多用在 5G 手机的天线(即以 LCP 为基材的 FPC,承担部分天线 功能)以及笔记本电脑中。

LCP 可以作为高稳定性、小型精密化的 5G 连接器。连接器在电路或其他部件之间 架起桥梁,承担着电流或信号连接的作用。5G 连接器多应用于基站天线、BBU 设 备以及 5G 手机(FPC 连接器)中。5G 传输速度得到大幅提升,需要连接器有更低 的低介电低损耗;连接器使用频率极高,需要材料有良好的尺寸稳定性;在连接器 使用过程中,电流会在接触点产生热量,导致温升,需要材料有较好的耐高温性能。

LCP 材料低介电损耗,良好的尺寸稳定性和耐高温性能,适合作为 5G 高速连接器。5G 基站建设和 5G 手机出货量的增加带动了高性能 5G 连接器的需求。根据现在 5G 通信基站的主流架构,每个基站将会用到 64 个射频连接器,每座宏基站需要用到 192套(采用介质滤波器的结构)或 384 套(采用金属滤波器的结构)的板对板连接器。5G 手机的轻薄化和多功能化也要求手机内部集成度高,对手机连接器的要求也更高。

LCP 在机器人的连接器和伺服电机中也有应用。随着小米 CyberOne 的推出和特斯拉 Optimus 的即将发布,人型机器人发展逐渐提升。未来机器人对重量、体型要求 越来越高,集成化非常关键,对连接器的应用会更多,有望带来需求爆发式增长。机器人中的连接器要求材料具有可弯折性,低介电损耗,耐高温且尺寸稳定性和化 学稳定性好。LCP 是机器人连接器的重要组成材料。人型机器人的核心组件伺服电机中也包含 LCP。伺服电机一般安装在机器人的关节 位置,预计单台人形机器人使用伺服电机超 40 个,要求里面的骨架材料具有轻量, 易加工,绝缘性好以及可以承受电机发热,LCP 可较好满足材料需求。由于人形机 器人未来产量很大,预计到 2025 年有望达到百万台级产量,若以单台机器人 LCP 用量 1kg 计,则每百万台机器人对应 LCP 为 1 千吨。

04 | 未来有望实现 LCP 国产替代,受供求影响 LCP 价格上涨

目前我国 LCP 对外依存度较高,国产替代有望加速。2020 年国内 LCP 的需求量为 3.2 万吨,而国内年产能仅 1.6 万吨。并且由于技术和产品质量的影响,根据《中国 化工信息周刊》,我国 LCP 实际进口依存度为 80%。预计 2026 年国内 LCP 的需求 量为 4.3 万吨。随着 LCP 生产装置实现投产和技术的进步,国内沃特股份、金发科 技等厂商相继加大布局力度,其中沃特股份预计在 2022-2023 年分别投产 1.5 万吨、 0.5 万吨 LCP;金发科技已启动年产 1.5 万吨 LCP 项目,目前已完成工艺与土建设 计。LCP 国产替代进程加速。

2.2聚苯硫醚:应用端多点开花,中国产能全球第二


01 | PPS 耐热耐腐蚀性能好,中国产能全球第二

聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)是指主链由亚苯基与硫原子交替连接所形成的聚合物,分子内化学键结构高度稳定,形成具备热稳定性的晶体点阵结构,因而 对热降解与化学反应不敏感。分子链内苯环刚性与硫醚键柔性兼备,易于结晶,结 晶度可达 75%,熔点 285℃。PPS 具备优异的耐热性、耐化学腐蚀性、阻燃性、突 出的电性能、高刚性、尺寸稳定性、熔融流动性等独特性能。根据分子量的高低, PPS 树脂可以分为高分子量、中分子量、低分子量树脂;按照结构组成可分为线型、 支链型以及改性树脂(共聚、嵌段、交联、接支等);根据用途的不同,PPS 树脂又 可分为涂料型、注塑型、纤维型、薄膜型等。

PPS 的合成方法较多,最主要的工业化生产方法硫化钠法(Phillips 法)。PPS 合成 方法有硫化钠法、硫磺溶液法、氧化聚合法、对卤代苯硫酚盐熔盐或溶液自缩聚合 法、硫化氢法、二苯基二硫醚合成法等,主流合成工艺为硫化钠法。硫化钠法反应 原料主要为无水硫化钠 Na2S 和对二氯苯 p-DCB, 反应物在碱金属做催化剂作用下, 在强极性有机溶剂中在一定的温度、压力下通过缩聚反应得到高分子量的 PPS。

全球 PPS 产能主要集中于日本,中国产能居全球第二。2021 年,全球 PPS 产能为 22.73 万吨,主要分布于日本与中国。海外企业包括日本 DIC、吴羽化学、东丽、东 曹、比利时索尔维、美国 FORTON、韩国 INITZ(SK 和帝人合资),其中日本产能 为 11.43 万吨,占比在一半以上。中国产能为 8.1 万吨居全球第二,其中新和成拥有 1.5 万吨产能,并有 7000 吨新增产能正在试车。

02 | PPS 应用领域广泛,新能源车等新兴应用场景推动需求提升

分产品看,PPS 主要用于注塑制品,消费量占比约 50%;由于我国煤电装机、化工 制造与汽车产业规模巨大,尾气处理带来 PPS 纤维布需求,纤维制品占比也达约 35%。分领域看,PPS 主要用于环保、汽车、电子电工领域。PPS 材料良好的耐温性、耐腐蚀性等性能为其带来了广泛的应用领域。PPS 材料可 用于汽车引擎盖与电子电器零部件,如冷却液系统、燃油喷射系统、恒温器支架等。工业领域中则可用于精密机械制造的各类部件,如阀门管道等。在供暖、通风和空 调 (HVAC) 设备领域,聚苯硫醚用于压缩机、消声器/储液器等。PPS 在成本相 对不敏感的军工与航天领域应用广泛,可用于火箭引线底座、飞机与导弹结构零件。

受益于新能源汽车等新兴领域的发展,PPS 需求持续增长。在汽车轻量化大势下, PPS 可作为金属材料替代品,广泛应用于新能源汽车 HVAC 系统、控制系统、传感 器、发电机和驱动电机组件以及电池组件等。传统汽车上的 PPS 用量为 700g,而在 新能源汽车上 PPS 用量达到 2500g(1800g 用在 HVAC+700g 其他应用)。我国 PPS 需求量持续增长,从 2015 年的 2.05 万吨增长至 2020 年的 6.35 万吨,CAGR 为 25.37%。

2.3高温尼龙:耐温性能优异,契合汽车轻量化趋势的以塑代钢材料


01 | 高温尼龙机械性能和耐高温性能优异

耐高温尼龙因为优异的机械性能和耐高温性能被广泛用在电子和汽车领域。尼龙 (聚酰胺,PA)是主链中重复单元含有酰胺基团(-CONH-)的高聚物的总称。耐高 温尼龙是长期使用温度在 150℃以上的 PA,主要分为半芳香尼龙和全芳香尼龙。全 芳香尼龙的熔点很高,不利于加工;半芳香尼龙可以兼顾良好的耐热性和加工性能。常见的耐高温尼龙有 PPA、PA4T、PA6T、PA9T 和 PA10T。耐高温尼龙因为不仅具 有良好的机械、抗蠕变、阻燃以及耐高温性能,且与金属相比也更加轻便,因此被 应用在汽车领域,作为发动机区域的零部件、管子等。耐高温尼龙优异的可塑性以 及高强度和低翘曲度也使其可以被应用在电子领域,作为连接器等。电子和汽车是 高温尼龙最主要消费市场,二者合计占总消费量的 85%以上。2020 年电子和交通 运输分别占高温尼龙消费量的 58%和 30%。

高温高压溶液缩聚法是耐高温尼龙主流的工业生产方法。目前高温尼龙的合成方法 主要有 5 种,分别是高温高压溶液缩聚法、低温溶液缩聚法、聚酯缩聚法、界面聚 合法和直接熔融缩聚法。高温高压溶液缩聚工艺是在 N2 气氛保护下,将等物质的量 的二元酸和二元胺与适量水和少量反应剂在高压聚合反应釜中,先低温合成尼龙盐, 再升温预聚合物得到低分子量的预聚物。预聚物真空干燥后通过固相缩聚或者熔融 聚合得到高熔点、高分子量的最终产物。该反应为水相反应体系,生产成本低,经 过多年发展,该工艺已经相当成熟,并且成功应用在工业生产中。

02 | 国内高温尼龙进口依赖度高,国产高温尼龙加速布局

高温尼龙生产企业主要在海外,国内高温尼龙企业与海外仍有差距。2020 年全球高 温尼龙产能为 26.4 万吨,主要生产企业有杜邦、帝斯曼、艾曼斯、索尔维、巴斯夫 以及日本的三井化学、可乐丽。国内产能约为 1.65 万吨/年。国内高温尼龙企业起步 时间晚,数量仍然较少,生产规模较小,品类相对单一,产品性能稳定性不足,目 前主要厂商有金发科技、新和成、沃特股份等。

03 | 耐高温尼龙主要应用在电子和汽车领域

电子和汽车是高温尼龙最主要消费市场。目前,高温尼龙产品的消费主要集中在电 子、汽车、消费品以及航空航天和军工等领域,其中,电子和汽车占高温尼龙总消 费量的 85%以上。2020 年电子和交通运输分别占高温尼龙消费量的 58% 和 30%。耐高温尼龙可承受 LDS 和 SMT 加工中的高温,用在小型化电子器件中。耐高温尼 龙具有优异的耐高温性能、机械性能、尺寸稳定性和介电性能,也被应用在电子领 域内。与 LCP 相比,耐高温尼龙结合线强度高且耐漏电性更好,更加安全,机械强 度也更高。耐高温尼龙可以使用激光直接成型技术(LDS)和表面组装技术(SMT), 具有良好的加工性。

汽车轻量化趋势下,高温尼龙可替代金属材料用在传统燃油车多个系统中。汽车领 域中,传统燃油汽车可以通过提高汽车发动机的燃烧温度来有效提升燃油利用效率、 降低碳排放与油耗,因此对发动机零部件的耐热性要求不断提升,高温尼龙可满足 相关发动机应用需求。并且,在汽车轻量化趋势下,高温尼龙可替代金属材料,应 用在发动机(装饰罩盖、固定支架)、吸气系统(吸气导管、缓冲罐、节流阀体、进 气歧管)、冷却系统(水室、支架、水管、风扇)、油路阀门系统(油底壳、同步皮 带轮罩、链导槽)和燃油系统(燃油管道)中。

高温尼龙被用在新能源汽车的电池系统和管路方面。新能源汽车也采用了轻量化的 设计思路,使用高分子材料取代了原来的金属部件,要求材料能够有良好的介电性 能、热学性能、机械性能以及阻燃性,高温尼龙材料可应用于交流电机外壳、充电 器模块、电池箱和电子控制器、电动车的电池系统中。高温尼龙在新能源汽车管路方面市场前景广阔。混合动力车平均冷却管路 13.5 米, 纯电动车 16 米,均高于传统燃油车的 5.5 米。耐高温尼龙采用碳纤维增强后还可用 于制造车身、底盘等。金发科技和普利特在近五年也有 2 项专利提到可以将耐高温 尼龙用在汽车结构上。据沃特股份,北汽极狐等车型已开始使用公司的尼龙材料。

全球以及国内汽车产量回春,汽车轻量化设计有望为高温尼龙带来万吨级应用市场。中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车发展技术路线图》指出,2020 年、2025 年、2030 年单车重量需分别较 2015 达到年减重 10%、20%、35%。以塑代钢趋势 中,尼龙是重要的代钢材料。2017 年我国平均每辆汽车使用尼龙量约为 8kg,全球汽车平均单车尼龙用量为 28-32kg。汽车产量方面,自 2021 年来随着全球经济逐步 复苏,汽车行业情况开始回暖。国内汽车市场趋势与全球汽车市场一致。根据汽车 工业协会预计,2025 年国内汽车产量为 3000 万辆。到 2025 年,若以汽车单车平均 尼龙用量 15kg 计,国内汽车领域需要尼龙材料 45 万吨。高温尼龙较传统尼龙 66 具 备性能优势,随着高温尼龙在汽车生产中逐步替代传统尼龙应用,汽车轻量化有望 为高温尼龙带来万吨级应用市场。

2.4聚砜:耐温性优异,原料产能建设助力国产替代


01 | 聚砜树脂化学稳定性和耐热性优良,生物安全性良好

聚砜可耐高温且化学稳定性好。聚砜对一般酸、碱、盐、醇、脂肪烃等稳定。刚性 和韧性好,耐温、耐热氧化,抗蠕变性能优良,耐无机酸、碱、盐溶液的腐蚀,耐 离子辐射,无毒,绝缘性和自熄性好,容易成型加工。并且可以在蒸汽或其他消毒 环境下保留原有的机械性能。生物安全性良好,被广泛应用在奶瓶上。按照聚合单 体的不同,聚砜可分为双酚 A 型聚砜(PSU)、聚芳砜(PAS)、聚醚砜(PES)、聚 亚苯基砜(PPSU)等,其中 PSU、PES、PPSU 是三种成熟的商品化聚砜,广泛用 于电子电气、医疗卫生、食品等领域。

PSU 一般通过成盐、缩聚等步骤进行合成得到。双酚 A 型聚砜可由双酚 A 和 4,4' -二氯二苯砜通过成盐、缩聚进行合成,碱的选用和工序的不同使合成方法分为一 步法和两步法。两步法先以水为溶剂,双酚 A 与氢氧化钠先反应生成钠盐,与共沸 剂共沸脱水后再加入溶剂和 4,4'-二氯二苯砜,使其缩聚; 一步法所用的碱为碳酸 钾,可将全部原料同时加入,无需单独的脱水步骤,有利于简化工序,减少反应时 间。工业上常用的是两步法。

02 | 聚砜产能集中于海外,国产原料与产品建设齐头并进

聚砜主要产能集中于海外,我国聚砜产能有限,国产化仍在进程中。2021 年全球聚 砜产能 8 万吨左右,主要集中在美国、西欧等地区,主要生产企业有巴斯夫、索尔 维等。我国目前聚砜生产企业数量较少,全国产能大约 1.7 万吨/年,且国产聚砜产 品性能仍处于中低端位置,高端产品依赖进口。4,4´-联苯二酚是聚砜主要生产原料, 我国 4,4´-联苯二酚产能少,且在质量方面与国外存在较大差距,现阶段主要依赖进 口,原材料及技术限制了我国聚砜行业发展。随着国内四川圣效年产 1 万吨 4,4´-联 苯二酚产能投放,以及金发科技(现有聚砜产能 1000 吨,新增产能 800 吨)、沃特 股份(现有聚砜产能 6000 吨,在建产能 8000 吨)等国内厂商加快产线的建设投放, 我国聚砜产业迎来从原料到产品的加速国产化进程。

聚砜可用作制备各类先进膜材料。聚砜优秀的热稳定性、抗氧化性及生物相容性为 其带来的广阔的用途,通过向其分子主链上结合不同官能团可使其制备为各种分离 膜等,从而应用于水处理、燃料电池、医疗器械以及食品包装等行业。在生物医药 方面,通过向聚砜膜表面掺杂抗菌粒子与改性材料,可有效杀菌并保持膜的高效分 离性能;在燃料电池方面,将聚砜薄膜做改性处理后,可有效满足燃料电池对膜材 料的溶胀度、尺寸稳定性、质子电导率等指标的需求,从而制成质子交换膜。2019 年全球聚砜消费量为 8.76 万吨。

2.5聚芳醚酮:应用广泛的高性能塑料,国产材料具备价格优势


01 | 聚芳醚酮电性能、耐磨性以及耐热性优异,聚醚醚酮为其主要品种

聚芳醚酮种类很多,都具有优良的电性能、耐磨性、耐热性以及加工性,其中聚醚 醚酮用量最大。聚芳醚酮(PAEK)是一种由亚苯基环通过氧桥和羰基(酮)连接而 生成的结晶型聚合物。由于结构不同,聚芳醚酮种类多样,主要有聚醚酮(PEK)、 聚醚醚酮酮(PEEKK)、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)、聚醚醚酮(PEEK)等。PAEK 是 一种新型的具有超高性能的特种工程塑料,属于聚芳醚酮类化合物,具有优良的电 性能、耐燃性、耐辐照性、耐溶剂性等。PEEK 则是 PAEK 中用量最大品种,占 PAEK 的 80%以上。

PEEK 主流合成方式是亲核取代,原料成本较高,国内供应缺口较大。PEEK 的合 成有亲核取代和亲电取代两种方式,主流方式为亲核取代。亲核取代是以 4,4-二氟 二苯甲酮、对苯二酚和碳酸钠为原料,以二苯砜为溶剂,在氮气的保护下,在逐渐 升温至接近聚合物熔点的温度(280℃-340℃)时发生缩聚反应得到高分子 PEEK 树 脂。亲核反应的原料需要高纯度的 4,4-二氟二苯甲酮,成本较高,也导致了 PEEK 价格昂贵。工业生产上,主要通过付氏烷基化法和重氮化法获得高纯度的 4,4-二氟 二苯甲酮。国内生产 4,4-二氟二苯甲酮的企业较少,产能不足,市场存在较大供需 缺口。除了原料成本因素,PEEK 的制备工序繁多,反应条件苛刻,技术要求高, 也导致了 PEEK 价格较高。

02 | PEEK 产能主要集中于海外,国内产能有待提升

威格斯、索尔维和赢创合计占据全球 88%的 PEEK 产能,我国产能占比为 12%。目前,威格斯是全球最大的 PEEK 生产商,产能约为 7150 吨/年,其次是索尔维(产能 1500 吨/年)与赢创(产能约 1250 吨/年)。国内 PEEK 产能主要集中在吉林中研 股份、浙江鹏孚隆、长春吉大特塑、山东浩然特塑四家企业中,其中中研股份产能 最高达到 1000 吨/年。

03 | 聚醚醚酮主要应用在汽车领域、半导体制备领域以及电子领域

PEEK 在汽车工业、机械化工领域、航天航空领域、半导体制备以及医疗器械领域 中都有应用。因为 PEEK 高温性、耐磨性、力学性能好,最早被用在航天航空领域, 用作替代铝等金属材料制造各种飞机零部件。后来 PEEK 也被作为发动机内置、汽 车轴承等用在传统汽车工业以及被作为阀门、泵体、活塞环等用在机械化工领域;良好的化学稳定性和阻燃性也让 PEEK 可以被作为叶轮片和火箭发动机零部件等用 在航空航天领域;优良的电气性能也让 PEEK 可以被应用在晶圆承载器、印刷电路板中;并且,PEEK 优秀的化学稳定性和耐腐蚀性可以使其被应用在医疗器械领域。国内 PEEK 消费量将稳步上升,国内企业产能布局加速。

根据《化工新材料》统计, 全球 PEEK 消费量已从 2012 年的 3590 吨提升至 2019 年的 5835 吨,国内 2021 年 PEEK 消费量为 1980 吨。根据中国化工信息中心资料,预计未来 5 年中国对 PEEK 的需求仍将保持15%~20%的增速,到2026年国内 PEEK 的消费量将达到3354吨。目前有中欣氟材开始布局生产 PEEK 的原料 4,4-二氟二苯甲酮 5000 吨;沃特股份 2000 吨 PAEK(含 PEEK 和 PEKK)亦正在建设中,国产 PEEK 布局加速。

PEEK 可作为轴承等零部件应用在传统燃油车中。交通运输工具是 PEEK 的重要应 用领域。传统燃油车领域里,可以利用 PEEK 良好的耐摩擦性能和机械性能,可替 代金属制造汽车密封件、垫片、轴承等零部件,在汽车的传动系统、刹车系统、转 向系统、座椅系统等方面都有应用,可实现轻量化。但是与高温尼龙相比,PEEK 成 本很高,限制了其在交通运输领域的广泛应用。

PEEK 在新能源汽车中,尤其是电动车的 800V 高压充电线中应用前景较大。在新 能源汽车领域,PEEK 还可以作为电池的保护盖、密封件、固定夹板以及电芯的集 流体、阻燃片、极片等。此外,PEEK 还可以作为 800V 快充高压线的材料。800V 的核心优势是可以快速充满电,有效缓解里程和补能问题,是新能源汽车未来的发 展方向。但是 800V 充电的电晕腐蚀出现概率增加,对电磁线的要求更高,目前有 厚漆膜和薄漆膜+PEEK 膜包两种技术路线。PEEK 是良好的绝缘体,在高温、高压、 高湿度等恶劣环境下仍能保持很好的电绝缘性。

与厚漆膜工艺相比,薄漆膜+PEEK 膜包工艺的综合性能以及一致性更好,且因为 PEEK 耐磨性好,可实现更大的空间 利用效率。根据 Victrex 年报显示,截止至 2021 年,新能源汽车中 PEEK 使用量约 20g。预计随着 800V 充电技术的普及以及汽车轻量化的发展,到 2025 年每辆新能源汽车中 PEEK 的使用量可达 100g。根据彭博数据,预计 2025 年全球新能源汽车 产量预计将达 2100 万辆,对 PEEK 的需求量可达 2100 吨。

半导体制造领域里,PEEK 可用于制作多类工具。化学机械研磨(CMP)是晶圆生 产过程中一项关键性制程技术,CMP 固定环是用来在研磨过程中固定硅片、晶圆, 选择的材料应具有良好的耐磨性、尺寸稳定、耐化学腐蚀、易加工。PEEK 是非常 适合的材料。晶圆载具一般采用耐温、机械性能优异、尺寸稳定性以及坚固耐用、 防静电、低释气、低析出、可回收再利用的材料,PEEK 可用于制作一般传输制程 用载具。PEEK 还可以用来制备夹取晶圆或硅片的工具,如晶片夹、真空吸笔等。夹取晶片时,要求所采用的的材料不会对晶圆的表面产生划痕,无残留物,保证晶 圆的表面洁净度。PEEK 具有耐高温、耐磨性、尺寸稳定好、低释气性以及低吸湿 性等特性,不会对晶圆、硅片的表面产生划痕或污染。

PEEK 在电子领域可用在连接器、印刷电路板、高温接插件中。PEEK 具有优异的 绝缘性能、透波性,尺寸稳定性、耐高温性和自润滑性,且能在各种频率下都能保 证很低的介电常数和损耗因子,可以用激光成型技术加工,迎合消费电子小型化、轻量化和智能化的趋势,也可以作为硬刷电路板基材应用在 5G 领域。其他 PAEK 也被应用在多个领域,但受价格偏高以及制备复杂影响,应用规模较小。PAEK 中除了用量最大的 PEEK,PEKK、PEK、PEEKK 和 PEKEKK 等也在汽车工 业、航空航天、电子电器、医疗卫生以及工业领域有着广泛的应用。

 

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