高性能聚合物
高性能聚合物是20世纪60年代后期发展起来的一类新型高性能高分子新材料。从1960年最初问世的聚酰亚胺到80年代初问世的聚醚醚酮(PEEK),欧美等各大公司先后对这类高性能聚合物进行了大量的研究和开发,尽管研发出了几十个品种,但最终真正有应用价值并实现产业化的品种不足10个,无论在性能上还是商业价值上都处于工程塑料尖端。 目前已有三大类特种工程塑料被商品化:聚酰亚胺、聚芳醚和聚芳酯,其中,热塑性特种工程塑料的典型代表是聚芳醚类,主要有聚芳醚酮、聚芳醚砜和聚芳硫醚。而聚芳醚酮又是这三类聚合物中耐热等级最高的,目前已经开发成功的主要有聚醚醚酮、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)和聚醚酮醚酮酮 (PEKEKK)。 双拉聚酰亚胺膜 其中,PEEK是聚芳醚酮类聚合物的最主要品种,具有耐有耐热性、耐磨性、耐疲劳性、耐辐照性、耐剥离性、抗蠕变性、尺寸稳定性、耐冲击性、耐化学药品性、无毒、阻燃等优异的综合性能,是一类半结晶高分子材料,熔点334℃,软化点168℃,拉伸强度132~148MPa。 PEEK 两个醚键和羰基又为材料提供了柔韧性与优良的工艺性,可用作耐高温结构材料和电绝缘材料,可与玻璃纤维或碳纤维复合制备增强材料。因此,PEEK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应用。目前PEEK主要有3种类型:纯树脂PEEK、玻纤改性PEEK和碳纤改性PEEK。 PEEK市场供应 01 国际市场 自20世纪70年代末,英国帝国化学工业(ICI)公司首先开发成功了PEEK材料,而PEEK树脂的研发首要满足的就是西方国防军工的需要,因此西方巴黎统筹委员会(COCOM组织)就将其列为战略物资,向我国实行严格封锁、禁运。 ICI公司的 PEEK被威格斯(Victrex)收购,1999年威格斯公司生产能力增加至2000t/1,并引进熔融过滤和造粒生产,先后增加投资了氟二苯甲酮(BDF)单体、改性PEEK、APTIOVTM薄膜开发及生产,建成并完善了PEEK产业链。 到目前为止,威格斯(Victrex)是全球最大的PEEK生产商,产能位居全球首位,2019年PEEK产能为7150t/a,约占全球总产能的60%。现有未填充粗粉、未填充细粉、未填粒料、玻璃纤维填充、碳纤维填充、深度纯化粒料、耐磨、超耐磨和抗静电等9类49个品种。 在该专用料的基础上,威格斯还陆续 开 发 出 树 脂 衍 生 产 品,如 涂 料 专 用 料 VIC-TREX?VICOTETM系列和PEEK薄膜VICTREX?APTIVTM系列。 全球第二大PEEK生产商是比利时索尔维(又称苏威,Solvay)公司。该公司在2005年收购了印度Gharda化学公司的聚合物分部后,拥有了包括PEEK在内的高性能工程塑料的生产能力。 研发团队主要着手材料在电子电气领域,如PEEK原料主要应用于智能手机的内部精密合金制件材料的改性研制、航空航天领域的高精部件材料的研制与应用。 即使苹果手机生产过程中所有PEEK材料全部由索尔维公司来提供,其年产能不到千吨,在规模上远不能与威格斯公司相比,索尔维于2013年扩大 了PEEK和聚芳醚酮产能,现PEEK产能已达1500t/a,拥有未填充原粉、未填充润滑粒料、未填充未润滑粒料、玻璃纤维增强、碳纤维增强型、耐磨、植入级和润滑级等8类35个品种。其产品主要出口西欧和日本。 德国赢创公司是仅次于威格斯和索尔维的第三大PEEK生产商,2005年6月初,赢创公司因与我国吉林大学在PEEK项目上的合作,在中国注资成立了吉大德固赛合资公司,现更名为吉大赢创高性能聚合物有限公司,为德资控股的外商投资企业。 通过购买吉林大学的中试技术开发并生产出了PEEK和聚醚砜(PES)等高性能工程塑料,其PEEK装置生产能力为500t/a。 到2015年其产能扩大到1250t/a,以满足不断增长的全球需求,现拥有包括未填充粗粉、未填充细粉、未填充粒料、玻璃纤维填充、碳纤维填充、陶瓷填充、耐磨高 耐磨、医用粗粉、医用粒料和医用棒料等10类46个品种,此外还包括由该专用料衍生出的3个PEEK薄膜产品。产品主要出口欧洲的意大利等国家,在中国市场鲜少有其产品。 2019年全球PEEK主要生产商情况 02 国内市场 我国于20世纪80年代开始PEEK技术研发,大学和研究所是主导力量,技术能力非常薄弱。国内PEEK行业代表性的研发机构是吉林大学,在“八·五”期间完成了实验室小试和扩试,并制备出了公斤级扩试产品,经测试主要物性达到国外PEEK树脂同等水平,满足了军方试用的急需,并取得了我国第一批专利的授权。 2002年底长春吉大高新材料公司投资1亿元建成一期300t/a PEEK装置,二期500t/a PEEK项目已于2003年底建成投产,2005年出售给德国赢创公司。 研发团队退出合资公司二次创业,并取得了自主知识产权,于2007年投资成功,长春吉大特塑工程研究有限公司成立于2002年,现拥有产能100t/a的PEEK生产线。 吉林中研高分子材料股份有限公司(简称中研股份)成立于2006年,多年坚持从事PEEK材料的研发和产业 化,拥 有 自 主 研 发 专 利,2015年实现千吨级PEEK产业化,其产品质量均达到国际水平。 中研股份是目前除威格斯外全球第二家能够使用5000L反应釜进行PEEK聚合生产的企业。 除此之外,广州金发科技股份有限公司、盘锦中润特塑有限公司、山东浩然特塑股份有限公司、浙江鹏孚隆新材料有限公司也相继进入PEEK合成领域,2019年国内PEEK总产能约1500t/a,由于有部分企业自2016年开始退出PEEK生产领域,同时又有新的企业加入(如山东浩然特塑股份有限公司和浙江鹏孚隆新材料有限公司),还有部分企业扩大产能(如中研股份),总体来看PEEK产能与2012年相比基本没有增幅。 目前,我国PEEK产能主要集中在吉林省长春吉大特塑工程研究有限公司和中研股份,占全国总产能的70%左右,其中,中研股份产能达1000t/a,居全国首位。 PEEK市场需求 01 国际市场 PEEK自1978年商业化生产以来,生产能力不断提 升,消费量也稳步增长,2012年消费量达到3590t,2019年全球消费量5835t,年均增长率7.2%。 全球PEEK的生产主要集中在英国、印度和中国,PEEK消费则集中在欧洲、美洲和亚太地区,其中欧洲是PEEK的最大市场,其市场相对成熟。 美国和亚太地区的日本和韩国都是PEEK的主要进口国,以上 PEEK主要进口国都是高端精密注塑零部件产业较发达的国家,因PEEK作为特种工程塑料主要应用于高端产业,而中国和英国为PEEK的主要出口国,近几年由于经济和技术的迅猛发展,发展中国家的PEEK市场消 费量也在逐年增加,预计2019-2022年全球PEEK总需求量将以年均9.0%的增长率逐步增加,随着中国等发展中国家产业升级和技术追赶,PEEK材料的消费可能会出现局部高增长的情形。2022年预计达到7556t。 2019年全球主要PEEK消费地区情况 PEEK在航天航空、核能电力、电子信息、医疗、石油开采和汽车等领域的高技术中得到了广泛应用。在全球市场中,PEEK被广泛应用于公共交通,占比达到40.2%左右,工业领域占比约为25.3%,电子信息领域占比达24.4%,医疗及其他领域应用占比约为10.1%。 PEEK在医疗领域等对PEEK材料有着更高要求的行业,通常有更高的质量要求,但同时也会体现产品更高的附加值。 2018和2019年全球PEEK在不同领域消费量情况 02 国内市场 随着全球电子电气、航空航天和汽车产能不断向东南亚地区转移,东南亚不断增长的电子和汽车市场,使得PEEK市场的增长速度远超欧洲。其中,中国是东南亚地区PEEK需求快速增长区域,成为全球重要的市场之一。2012-2019年,中国PEEK产品需求量不断增加。其中,2012年中国PEEK产品消费量为80t左右,至 2019年中国PEEK产品消费量增长到约1400t;2012-2019年复合增长率达到50.5%。 2012-2019年中国PEEK产品市场消费量 2016年以前,我国国内的PEEK纯树脂在质量上与威格斯等国外公司存在一定的差距,还达不到尖端领域的使用要求,如在国内电路板工装夹具所需的PEEK供应几乎是国外公司垄断。 因此国内PEEK树脂在电子信息领域所占比例很低,国内部分科研院所及企业长期坚持PEEK树脂的研发和产业化力度,使PEEK树脂质量自2016年后得到显著提高,部分企业产品达到了国际水平,率先打破了威格斯等国外公司的垄断,从此在国内电子信息领域的发展稳步提升。 尽管国产PEEK材料在电子信息领域扩大了其市场规模,但在一些高尖端及特殊领域如航空航天、能源、医疗和石 油 开 采 等 领 域 的 消 费 依 然 要 依 赖 进 口PEEK产品。 在国际市场上,标准级PEEK售价一般为800~1000RMB/kg,过高的价格限制了其应用范围。与国外同类产品相比,国产PEEK由于原料和设备全部立足于国内,特别是以中研股份5000L反应釜为代表的国产大装置工艺稳定后,大规模产业化生产,节约了产品生产时间,提高了生产效率,取得了成本优势,降低了生产成本,使国产PEEK的市场售价可大幅度低于国际市场价格。 国产PEEK投产后,平均售价在每公斤500元以内,因此在售价上有其优势,很快占领了国内市场。国产PEEK具有很强的市场竞争力。由此可以看出,国内企业正在逐渐扩大国内市场份额,PEEK原料国产化替代势头较好,高端国产PEEK的品质已逐步为国内及国外的相关应用产业所认可。 目前,国内PEEK产品质量和工业化产能较高的企业有长春吉大特塑工程研究有限公司和中研股份,其中,中研股份的生产线规模为1000t/a,目前有三大主要牌号,产品主要是在国内市场,但出口量也在不断增加。 长春吉大特塑工程研究有限公司拥有5大系列产品,生产线规模为100t/a,依托于吉林大学,具有较强的科研能力,其产品消费在国内市场。 山东浩然特塑股份有限公司和浙江鹏孚隆新材料有限公司的生产线部分还是用于技术研发,年产量不足百吨。 国内PEEK的消费领域主要是汽车零部件、电子信息、通用机械及航空航天。国内部分企业的很多产品由于质量原因只能用于阀片等对品质要求不高的领域。 ~END~