特種工程塑膠是指綜合性能較高,長期使用溫度在150℃以上的一類工程塑膠,主要包括聚苯硫醚(PPS)、聚醯亞胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合物(LCP)及聚碸(PSF)。特種工程塑膠具有獨特、優異的物理效能,主要應用於電子電氣、汽車、航空航天、特種工業、精密器械等高科技領域。
一、特種工程塑膠的四個重點
特種工程塑膠作為化工高分子新材料領域中的一個重要組成部分,屬於國家經濟先導性產業,是高階製造的關鍵保證,在我國發展受到政府及各科研單位的高度重視,戰略發展地位不斷提升。“十四五”期間,隨著新能源汽車及其相關配套基礎設施建設、5G產業化普及等新興領域發展以及兩新一重(新型基礎設施,新型城鎮化,交通、水利等重大工程)建設,對特種工程塑膠形成了更大的需求。顯然我國特種工程塑膠行業未來的發展空間巨大。
我國特種工程塑膠未來發展有4個重點:
一是要提升已實現工業化品種的技術水平、規模化水平,提升產品的效能和質量;
二是要加強產學研聯盟建設,加快科研成果轉化,加速國內空白品種實現產業化;
三是要突破關鍵配套原料的供應瓶頸,降低成本;
四是注重改性技術和應用技術的開發。
二、特種工程塑膠特色
相對於通用工程塑膠而言,特種工程塑膠具有更加優越、獨特的效能,長期使用溫度可超過177°C,目前尚未大規模生產。按照階段劃分,將特種工程塑膠定義為繼通用塑膠、工程塑膠之後的第三代高分子材料。
特種工程塑膠具有如下特點:
(1)暴露於某些苛刻環境時,超乎尋常的穩定性以及超越傳統聚合物的效能。
(2)以非彈性熱塑性材料為主,主要透過擠出或注射方法成型加工。
(3)研究開發、推廣費用高,售價高。特種工程塑膠的高效能與高成本並存,從而使其價效比與通用工程塑膠相比不夠優越
三、特種工程塑膠產業現狀
國內目前已經初步實現了PI、PPA、LCP、PEEK等品種的產業化,但與國外先進水平相比差距較大,產業整體仍處於發展初期,主要原因如下:
起步較晚
國際上,特種工程塑膠的研發始源於20世紀60年代後期。歐美國家對特種工程塑膠進行了大量研究和開發,從60年代問世的聚醯亞胺和80年代初問世的聚醚醚酮,到目前已形成十餘種具有應用價值並實現產業化的品種。而我國特種工程塑膠起步於20世紀90年代中後期,與國外領先企業相比差異巨大,迄今未能形成較大規模,多數產品對外依存度高達70%以上。
競爭力有待提升
國內原始技術積累薄弱,與國外先進水平的差距明顯,在關鍵領域,仍然沒有擺脫國際主流跨國公司的技術壁壘瓶頸,普遍存在產品批次穩定性差等問題。而且產品結構不夠合理,基礎樹脂合成企業少,改性加工型企業多;技術投入不夠,產品開發與市場服務脫節,本土企業的競爭力較差。
供不應求
總體來看,國內產品供應不足,專用料比例低,中低檔產品偏多,關鍵核心產品高度依賴進口。我國工程塑膠有效生產能力仍不能滿足國內市場的需要,成為全球最大的工程塑膠進口國。
四、下游產品分析
PI(聚醯亞胺)
PI是分子主鏈中含有醯亞胺環(-CO-NH-CO-)的芳雜環高分子化合物,具有良好的電氣絕緣效能、機械效能、化學穩定性、耐老化效能、抗輻射效能、低介電損耗等優異效能,且這些效能在-269-400℃的溫度範圍內不會有顯著變化,被列為“21世紀最有希望的工程塑膠之一”。
圖1 PI產業鏈
產能分佈
PI薄膜屬於高技術壁壘行業,其主要技術壁壘在於裝置定製週期較長,工藝難度大、定製化程度高,技術人才稀缺。此外,PI膜的投資規模也不可小覷,投資一條產線需要2-3億元人民幣,儘管投資規模不算大,但風險高、投資週期長,也非一般企業能夠承擔。
因此,全球PI膜產能主要由國外少數企業所壟斷,全球70%的生產集中在美國、日本、韓國等國家,主要企業有美國杜邦、日本東麗、日本鍾淵化學、日本宇部興產、韓國SKC等,產能集中度較高,企業規模多在2000~3000噸/年。
我國PI薄膜行業起步晚,目前國內約有70家PI薄膜生產企業,包括桂林電科院、今山電子、深圳瑞華泰等,產能規模多在百噸上下,主要應用於低端市場,而高階產品自主研發水平不高,以進口為主。
隨著我國對高階電子級PI薄膜需求的不斷增加,國內企業開始向高效能PI薄膜市場進軍,在開發新產品、新應用領域方面有待加強,將逐漸實現高階產品國產化替代。
PPA
PPA兼具芳香族聚醯胺優異的效能和脂肪族聚醯胺良好的成型加工性,經過多年發展現已成為特種工程塑膠中最主要的品種之一,被廣泛應用於電子電器、汽車工業等領域。電子和汽車PPA的是主要消費市場,二者合計佔總消費量的85%以上。
圖2 PPA產業鏈
目前市場上常見的PPA品種有PA4T、PA6T、PA9T、PA10T以及PA11T和PA12T等,以PA6T為主。由於均聚PA6T的熔點超過其分解溫度,一般需要透過引入第三單體進行共聚改性以降低其樹脂熔點。因此,PA6T主要是共聚物形式,如PA6T/66、PA6T/6I等。
產能分佈
從需求端看,2016—2020年國內對PPA的需求增速超過10%,2020年需求量達到3.3萬噸,但由於國內PPA產品競爭力不足,消費仍大量依賴進口,進口依存度超過70%。預計未來5年,中國對PPA的需求將保持8%以上的增速,至2025年國內PPA需求量將達到5萬噸,電子行業的快速發展仍將是帶動PPA需求增長的主要動力。
LCP液晶聚合物
液晶聚合物(以下簡稱LCP)是一種主鏈上含有大量剛性苯環結構的芳香族聚酯類材料,具有低吸溼性,耐高溫、耐輻射、耐水解、耐候性、耐腐蝕、天然阻燃性、低熱膨脹率、高抗衝擊性、高剛度以及吸振效能等特點。
圖3 LCP產業鏈
產能分佈
產能分佈
從國內需求來看,2020年國內LCP需求量約為3萬噸,受技術及產品質量因素影響,國內消費高度依賴進口,進口依存度約為80%。從消費結構看,電子電器是LCP最主要的消費領域,約佔總消費量的80%左右,主要用於生產各類電子裝置上的聯結器,目前用於5G通訊領域的總消費量不足1000噸。
受“新基建”的拉動,預計未來五年,LCP在5G通訊領域的消費增速將達到30%以上,至2025年消費量達到4000噸。總體來看,預計未來一段時間,受電子電器和汽車領域的需求拉動,LCP的總消費量仍將保持6%以上的增速,至2025年總消費量將超過4萬噸。
PEEK聚醚醚酮
聚醚醚酮(以下簡稱PEEK)是一種半結晶性、熱塑性芳香族高分子材料,是聚芳醚酮(PAEK)系列聚合物中最主要的品種,具有柔韌性與優良的工藝性。在航空航天、汽車、電子電氣、醫療及其他工業領域得到廣泛應用。
圖4 PEEK產業鏈
產能分佈
我國PEEK技術開發起步較晚,國內PEEK行業代表性研發機構是吉林大學。我國PEEK產能主要集中在中研股份、浙江鵬孚隆與長春吉大特塑,佔我國總產能的80%,其中中研股份產能達1000噸/年,居全國首位。但是,與國際龍頭相比,在實際產量和產品品質方面還存在一定差距。
從國內市場需求來看,隨著國內電子電氣、航空航天和汽車工業的不斷髮展,帶動PEEK材料的市場需求高速增長,到目前中國已成為全球重要的市場之一。據資料顯示,到2020年中國PEEK材料市場消費需求量已達到1450噸,2015-2020年的複合增長率達到40%。
未來五年我國PEEK產能將持續擴張,目前威格斯和興福化工已宣佈在盤錦建立合資企業,預計將建設1500噸/年PEEK產能。