浅谈PEEK材料的特性、应用、供给和需求
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01主要特性
聚醚醚酮(PEEK)具有耐腐蚀、抗老化;抗溶解性;耐高温、高频高压电性能;韧性和刚性兼备;可用于尺寸要求精密的部件;耐辐照、耐磨、耐化学药品;耐水解,高温高压下仍可保持优异特性;轻量取代金属作光纤元件;耐磨损、抗静电电绝缘性能好;力学强度高;低烟尘和毒气排放性。PEEK是一类半结晶高分子材料,熔点334℃,软化点168℃,拉伸强度132~148 MPa。
02 PEEK应用领域
PEEK的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。
汽车等(包括航空)运输业市场约占PEEK树脂消费量的50%,半导体制造设备占20%,压缩机阀片等一般机械零部件制品占20%,医疗器械和分析仪器等其他市场占10%。
(1)汽车等运输机械领域
PEEK在欧洲市场的增长尤以汽车零部件制品市场的增长最为迅速,特别是发动机周围零部件、变速传动部件、转向零部件等都选用了PEEK塑料代替一些传统的高价金属作为制造材料。随着汽车行业适应微型化、轻量化以及降低成本的要求,PEEK树脂的需求仍将不断增长。欧洲某车型有44个零部件采用了PEEK塑料代替传统的金属制品。
(2)IT制造业领域
半导体制造以及电子电器行业有望成为PEEK树脂应用的另一个增长点。在半导体行业,为了达到高功能化、低成本,要求硅片的尺寸更大,制造技术更先进,低粉尘、低气体放出、低离子溶出、低吸水性是对半导体制造工艺中各种设备材质的特殊要求,这将是PEEK树脂大显身手的地方。
(3)办公用机械零部件领域
对于复印机的分离爪、特殊耐热轴承、链条、齿轮等,用PEEK树脂代替金属作为它们的材料时,可以使部件轻量化、耐疲劳,并能够做到无油润滑。
(4)电线包覆领域
PEEK包覆层有很好的阻燃性,不加任何阻燃剂,其阻燃级别即可达UL94 V-0级。PEEK树脂也具有耐剥离性、耐辐照性等优点,因此用在军工以及核能等相关领域的特种电线。
(5) 板材、棒材等领域
PEEK在一些特殊领域应用过程中,经常会遇到数量少、品种多的现象,这时用棒、板等型材进行机械加工制造是十分有利的。
(6)纤维领域
PEEK纤维(包括单丝)工业滤布、工业用刷等制品中。在复合材料领域,PEEK纤维的魅力在于其热塑性且耐高温。在工业用滤布和工业用刷方面除耐热性外,其魅力还在于它的耐化学药品性和耐磨性。
(7)医疗分析器械领域
由于PEEK可耐反复的高压灭菌,在医疗器械中可用于制造内窥镜零件、牙科用的去垢器等。另外,由于PEEK的高强度和低溶出性,已用在仪器分析的液相色谱柱、管、附件等。而且,由于PEEK与人体具有很好的相融性,作为人工骨材料已经成功地替代了传统的钛金属。
03PEEK市场供应
(1)国际公司生产能力
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7150 t/a,约占全球总产能的60%。
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公司。该公司拥有了包括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。
索尔维公司年产能不到千吨,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。
德国赢创公司是第三大PEEK生产商,2005年赢创公司因与我国吉林大学在PEEK项目上的合作,在我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500 t/a。
到2015年其产能扩大到1250 t/a,以满足不断增长的全球需求,现拥有包括未填充粗粉、未填充粒料、玻璃纤维填充、碳纤维填充、陶瓷填充、耐磨、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,在我国市场鲜少有其产品。
(2)2019年国内生产能力
我国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。
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2015年实现千吨级PEEK产业化,其产品质量均达到国际水平。
2019年国内PEEK总产能约1500 t/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。
04PEEK市场需求
(1)国际市场
全球PEEK的生产主要集中在英国、印度和我国,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。
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。
(2)全球主要PEEK消费情况
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。
(3)国内市场
2019年我国PEEK产品消费量增长到约1400 t;2012-2019年复合增长率达到50.5%。
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。
(4)PEEK的售价
在国际市场上,标准级PEEK售价一般为人民币800~1000元/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。
(5)国内PEEK的生产厂家
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年产量不足百吨。
(6)国内PEEK的应用领域
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。
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