欢迎来到中国化工信息杂志
国产特种工程塑料前景可观
2021年9期 发行日期:2021-05-07
作者:■中国化工信息中心咨询事业部 陈会敏 郭灵燕

  特种工程塑料是指综合性能较高,长期使用温度在150℃以上的一类工程塑料。在国际上,特种工程塑料由20世纪60年代后期开始发展,从1960年最初问世的聚酰亚胺到80年代初问世的聚醚醚酮,欧美等国家和地区各大公司先后对特种工程塑料进行大量研究和开发,目前已形成十余种具有应用价值,并实现产业化的品种,广泛应用于电子、汽车、航空航天和精密器械等高新技术行业。

  我国特种工程塑料从20世纪90年代中后期才刚刚起步,与国外领先企业相比差异巨大,产业总体处于发展初期。特种工程塑料属于国家经济先导性产业和高端制造的关键保证,在我国的战略发展地位不断提升。其发展虽受到政府及各科研单位的高度重视,但迄今未能形成较大规模,有待进一步发展。

PI:未来将由电子级应用领域持续带动增长

  聚酰亚胺(PI)具有耐高温、耐低温、高强度、高模量、耐水解、耐辐射、耐腐蚀、高电绝缘和低介电常数等优异性能,被列为“21世纪最有希望的工程塑料之一”。

  PI上游原材料二元酐及二元胺首先在极性溶剂中低温缩聚获得前驱体聚酰胺酸,再通过热亚胺或化学亚胺法,分子内脱水闭环生成PI。PI产品主要应用形式包括薄膜、纤维、复合材料、工程塑料和泡沫等,广泛应用于航空航天、电气绝缘、液晶显示和微电子等领域。

  PI薄膜是最早实现商业化应用的PI产品。PI薄膜性能极佳,被称作我国发展高技术产业的三大瓶颈性关键高分子材料之一。根据用途,PI薄膜可分为以绝缘、耐热为目的的电工级PI薄膜和附有高挠性、低膨胀系数等性能要求的电子级PI薄膜。电子级PI薄膜因价格高昂,技术壁垒高,也被称为“黄金薄膜”。

  电子级PI薄膜行业进入难度大,目前仍属于高技术壁垒行业,全球70%的生产集中在美国、日本、韩国等国家。产能集中度较高,主要由美国杜邦(Dupont)、日本东丽(Toray)、日本钟渊化学(Kaneka)、韩国SKC、日本宇部兴产(Ube)等美日韩企业垄断,其产能规模多在2000~3000吨/年。

  我国PI薄膜行业起步晚,目前国内约有70家PI薄膜生产企业,产能规模多在百吨上下,主要应用于低端市场。随着我国对高端电子级PI薄膜需求的不断增加,国内企业开始向高性能PI薄膜市场进军。目前国内已形成规模以上电子级PI薄膜生产能力的企业有时代新材、丹邦科技、瑞华泰,以及中国台湾地区的达迈科技、达胜科技等。2019年我国PI膜总产能达到1.6万吨/年,开工率约为60%,而其中高端电子级PI薄膜产量不足千吨。

  从需求端来看,2016—2020年国内对PI薄膜的需求复合增速高达10%,2020年总需求量约为1.3万吨。目前我国电子级PI薄膜与电工级PI薄膜整体消费量相当,未来随着电子显示、柔性印刷电路(FPC)和导热石墨膜等电子级应用领域的快速增长,电子级PI薄膜消费量规模进一步增大,预计2023年将超过电工级PI薄膜。然而,高端电子级PI薄膜在设备、工艺及人才方面存在较高技术壁垒,目前发展进入瓶颈期。2020年我国PI薄膜进口依存度为25%。随着我国相关研发及技术人才的积累,叠加下游重点市场转移至大陆市场及相关政策的利好,我国PI薄膜发展将不断提速,逐步实现高端产品国产化替代。

PPA:进口依存度约为70%

  半芳香族聚酰胺(PPA)是由脂肪族二胺或二酸与含苯环的二酸或二胺缩聚而成。与脂肪族聚酰胺相比,由于PPA分子链中引入了刚性的苯环,力学强度和耐热性均有较大的提升,同时吸水率大幅度降低;与芳香族聚酰胺相比,PPA的分子量中多了柔性的脂肪族结构,熔点更低,有效地改善了芳香族聚酰胺的加工性能。因PPA兼具芳香族聚酰胺优异的性能和脂肪族聚酰胺良好的成型加工性,经过多年发展现已成为特种工程塑料中最主要的品种之一,被广泛应用于电子电器、汽车工业等领域。

  目前市场上常见的PPA品种有PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PA11T和PA12T等,其中主要以PA6T为主。但由于均聚PA6T的熔点超过了其分解温度,一般需要通过引入第三单体进行共聚改性以降低其树脂熔点,因此,目前商品化的PA6T都是PA6T的共聚物,如PA6T/66、PA6T/6I等。

  国外PPA产业已经发展的相对成熟。据统计,国外PPA树脂总产能已经超过15万吨/年,主要生产企业有美国杜邦(Dupont)、荷兰帝斯曼(DSM)、瑞士艾曼斯(EMS-Chemie)、比利时索尔维(Solvay)、德国巴斯夫(BASF)、法国阿科玛(Arkema),以及日本三井化学(MitsuiChemicals)和可乐丽(Kuraray)等公司。其中,帝斯曼作为全球唯一一家掌握丁二胺工业化方案的公司,独家生产PA4T等相关产品,而壬二胺是日本可乐丽的独有技术,很长一段时间可乐丽是PA9T的唯一生产商。随着可乐丽PA9T专利的过期,巴斯夫也逐步推出PA9T等相关产品,而其他国外企业基本均以生产PA6T产品为主。

  我国PPA的产业化起步较晚,目前国内具备PPA生产能力的企业仍然较少,全球主要产能和生产核心技术仍掌握在国外化工巨头手中。据统计,目前国内PPA树脂总产能约为1.6万吨/年,主要生产企业包括金发科技、江门德众泰、青岛三力以及浙江新和成等。其中,金发科技是国内最大的PPA树脂生产企业,主要以生产PA10T为主。

  从需求端看,2016—2020年国内对PPA的需求增速超过10%,至2020年需求量达到3.3万吨。但由于国内PPA产品竞争力不足,国内消费仍大量依赖进口,进口依存度超过70%。目前,PPA产品的消费主要集中在电子、汽车、消费品、航空航天和军工等领域。其中,电子和汽车是PPA的最主要消费市场,二者合计占总消费量的85%以上。预计未来5年,我国对PPA的需求仍将保持8%以上的增速,至2025年国内PPA需求量将达到5万吨,其中电子行业的快速发展仍将是带动PPA需求增长的主要动力。

LCP消费量达3万吨

  液晶聚合物(LCP)是一种主链上含有大量刚性苯环结构的芳香族聚酯类材料,其在一定条件下能以液晶相存在,而将其冷却固化后,它的形态又可以稳定保持,因此LCP材料具有优异的机械性能。此外,LCP还具有低吸湿性、耐高温、耐辐射、耐水解、耐候性、耐腐蚀、天然阻燃性、低热膨胀率、高抗冲击性和刚度以及吸振性能等特点,因而被广泛应用于电子电器、汽车工业、航空航天和国防军工等领域。

  目前,全球LCP产能约为7.8万吨/年,但产能分布较为集中,主要分布在美国、日本和中国地区。其中,美国和日本企业约占全球总产能的80%左右,而中国企业的产能仅占全球总产能的20%左右。海外主要生产企业包括塞拉尼斯、宝理、住友、索尔维和东丽等,其中塞拉尼斯和宝理两家企业约各占美日产能的一半以上,行业集中度较高。

  我国进入LCP领域较晚,但随着近年来多个项目陆续投产,LCP产能快速增长,至2020年国内LCP产能达到1.8万吨/年。主要生产企业包括沃特股份、金发科技、普利特和聚嘉新材料等,其中沃特股份为中国最大的LCP生产企业,总产能达到8000吨/年,占全国总产能的45%左右。

  从需求端看,2020年国内LCP需求量约为3万吨,但受技术和产品质量等因素影响,国内消费仍高度依赖进口,进口依存度约为80%。从消费结构看,电子电器是LCP最主要的消费领域,约占总消费量的80%左右,主要用于生产各类电子设备上的连接器等。虽然目前用于5G通讯领域的总消费量仍不足1000吨,但受“新基建”的拉动,预计未来五年,LCP在5G通讯领域的消费增速将达到30%以上,至2025年消费量将达到4000吨。总体来看,预计未来一段时间,受电子电器和汽车领域的需求拉动,LCP的总消费量仍将保持6%以上的增速,至2025年总消费量将超过4万吨。

PEEK:未来需求增速高达15%~20%

  聚醚醚酮(PEEK)是一种半结晶性、热塑性芳香族高分子材料,是聚芳醚酮(PAEK)系列聚合物中的最主要的品种。由于PEEK分子链中含有大量苯环,具有极好的耐热性、耐磨性、耐疲劳、耐辐照、耐剥离和抗蠕变等优异的物理及化学综合性能,且其两个醚键与羰基带来柔韧性与优良的工艺性,在电子电气、航空航天、汽车、能源及其他工业、医疗等多个领域得到广泛的应用。

  PEEK工程塑料性能优异,但在部分极端苛刻条件下,其仍存在一定使用局限性。用玻纤(GF)、碳纤(CF)等材料增强的PEEK复合材料,力学性能会得到较大的提升。目前市面上的PEEK主要有三种类型:PEEK纯树脂、玻纤改性PEEK和碳纤改性PEEK。

  PEEK最初由英国帝国化学工业(ICI)于20世纪70年代末首次开发。随后,ICI的PEEK业务被威格斯(Victrex)所收购,目前威格斯已成为全球最大的PEEK生产商,产能达约7000吨/年,约占全球总产能的60%。除威格斯外,全球第二、第三大PEEK生产商分别为苏威(Solvay)、德国赢创(Evonik)。其中苏威PEEK产能已达1500吨/年,产品主要供应苹果手机使用;德国赢创产能约1250吨/年,产品主要出口欧洲等国家。

  我国于20世纪80年代开始PEEK的技术开发,起步较晚。国内PEEK行业代表性研发机构是吉林大学。目前,我国PEEK产能主要集中在中研股份、浙江鹏孚隆与长春吉大特塑,三者占我国总产能的80%,其中中研股份产能达1000吨/年,居全国首位。目前国内产品在连续化生产与质量控制方面劣于进口产品,与领先的外资生产企业差距较大。未来五年我国PEEK产能将持续扩张,目前威格斯和兴福化工已宣布在盘锦建立合资企业,预计将建设1500吨/年PEEK产能。    

  从需求端看,2016—2020年国内对PEEK的需求增速高达20%,至2020年需求量约为1450吨,产品的消费主要集中在电子、汽车、航空航天和军工等领域。一方面,电子信息技术近年发展迅速,电子元器件集成化、小型化的发展趋势为PEEK树脂的消费带来机遇;另一方面,PEEK材料优异的综合性能正符合交通运输行业轻量化需求。预计未来5年,我国对PEEK的需求仍将保持15%~20%以上的增速,至2025年国内PEEK需求量将达3000吨。

我国特种工程塑料总体处于产业发展初期

  虽然我国目前已经初步实现了PI、PPA、LCP、PEEK等品种的产业化,但由于国内对特种工程塑料的研发起步总体较晚,与国外先进水平相比差距仍然较大,产业整体仍处于发展初期,在行业内拥有话语权的国内企业极少。一方面,由于国内原始技术积累薄弱,国内产品仍普遍存在产品批次稳定性差等问题,关键核心产品仍然高度依赖进口;另一方面,由于国内下游需求相对滞后,尤其高端应用需求落后国外发达国家十几年,而下游需求的滞后也限制了上游材料产业的发展。

未来一段时间,国内特种工程塑料将迎来巨大发展机遇

  特种工程塑料为国民经济发展、高端制造业升级和国防工业建设提供关键保障,是国家战略性新兴产业中的关键性产品。为推动特种工程塑料产业化进程,国家发布了一系列利好政策。《新材料产业发展指南》中将工程塑料作为先进基础材料重点,旨在提高材料国际竞争力;《重点新材料首批次应用示范指导名录》、《战略性新兴产业分类》等产业政策也持续鼓励特种工程塑料的应用和发展。

  从需求端看,全球对特种工程塑料的需求正在逐年稳步增加,尤其是国内市场需求增长迅速,发展前景可观。例如,随着国内新能源汽车、5G通讯技术,以及“两新一重”(新型基础设施建设,新型城镇化建设,交通、水利等重大工程建设)等产业的发展,必将带动高性能材料需求的增长。


陈会敏  中国化工信息中心咨询事业部资深顾问,毕业于天津大学,材料科学与工程硕士学位。拥有9年化工行业及咨询从业经验,专注于特种合成树脂以及专用化学品等行业信息研究与咨询。其专长领域包括特种工程塑料、氟化学、电子化学品等。陈会敏曾在《特种工程塑料中国发展机遇研究》《十四五企业发展实施规划》《氟树脂市场发展机遇与战略》《碳化硅半导体产业链及战略研究》《电子信息化学品关键技术与对策研究》等30余个咨询项目中担任核心咨询顾问的角色。

郭灵燕  中国化工信息中心咨询事业部高级咨询顾问。毕业于美国罗切斯特大学,化学工程硕士学位,拥有3年行业从业经验,专注于专用化学品行业信息研究与咨询。研究领域涵盖新材料、高分子、无机物、节能环保等,曾在《中国汽车级PVB市场研究》《中国工业除尘市场分析》、《中国聚酰亚胺薄膜市场分析》《中国特种功能材料市场分析》等多个咨询项目中担任核心咨询顾问及项目经理的角色,曾发表《国产PI薄膜迎来黄金期》《中国茂金属聚乙烯市场分析》等文章。



当前评论