高性能材料：一文看懂PI、PPA、LCP、PEEK等特種工程塑料未來發(fā)展前景
特種工程塑料是指綜合性能較高，長期使用溫度在150℃以上的一類工程塑料。國際上，特種工程塑料始源于20世紀60年代后期，從60年代問世的聚酰亞胺到80年代初的聚醚醚酮，歐美等國各大公司對特種工程塑料進行大量研究和開發(fā)，目前已形成十余種具有應(yīng)用價值并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的品種，廣泛應(yīng)用于電子、汽車、航空航天、精密器械等高新技術(shù)行業(yè)。
我國特種工程塑料起步于20世紀90年代中后期，與國外企業(yè)相比差異巨大，產(chǎn)業(yè)總體處于發(fā)展初期。特種工程塑料屬于國家經(jīng)濟先導性產(chǎn)業(yè)，是高端制造的關(guān)鍵保證，在我國發(fā)展受到政府及各科研單位的高度重視，戰(zhàn)略發(fā)展地位不斷提升。但迄今未能形成較大規(guī)模。
國內(nèi)特種工程塑料產(chǎn)品市場前景可觀
01 PI：進口依存度約25%，國內(nèi)PI薄膜逐漸實現(xiàn)高端產(chǎn)品國產(chǎn)化替代
聚酰亞胺（以下簡稱PI）是分子主鏈中含有酰亞胺環(huán)（-CO-NH-CO-）的芳雜環(huán)高分子化合物，具備耐高溫、耐低溫、高強度、高模量、耐水解、耐輻射、耐腐蝕、高電絕緣、低介電常數(shù)等性能，被列為“21世紀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極性溶劑中低溫縮聚獲得前驅(qū)體聚酰胺酸，再通過熱亞胺或化學亞胺法，分子內(nèi)脫水閉環(huán)生成PI。PI產(chǎn)品主要應(yīng)用形式包括薄膜、纖維、復合材料、工程塑料、泡沫等，廣泛應(yīng)用于航空航天、電氣絕緣、液晶顯示、微電子等領(lǐng)域。
PI薄膜是更早實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的PI產(chǎn)品。PI薄膜性能更佳，被稱作我國發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的三大瓶頸性關(guān)鍵高分子材料之一。根據(jù)用途，PI薄膜可分為以絕緣、耐熱為目的的電工級PI薄膜和附有高撓性、低膨脹系數(shù)等性能要求的電子級PI薄膜。
電子級PI薄膜價格高昂，行業(yè)進入難度大，目前仍屬于高技術(shù)壁壘行業(yè)，被稱為“黃金薄膜”。全球70%的生產(chǎn)集中在美國、日本、韓國等國家。主要由美國杜邦（Dupont）、日本東麗（Toray）、日本鐘淵化學（Kaneka）、日本宇部興產(chǎn)（Ube）、韓國SKC）等企業(yè)壟斷，產(chǎn)能集中度較高，企業(yè)規(guī)模多在2000~3000噸/年。
我國PI薄膜行業(yè)起步晚，目前國內(nèi)約有70家PI薄膜生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)能規(guī)模多在百噸上下，主要應(yīng)用于低端市場。隨著我國對高端電子級PI薄膜需求的不斷增加，國內(nèi)企業(yè)開始向高性能PI薄膜市場進軍。目前國內(nèi)已具有規(guī)模以上電子級PI薄膜生產(chǎn)能力的企業(yè)有時代新材、丹邦科技、瑞華泰以及中國臺灣地區(qū)的達邁科技、達勝科技等。2019年我國PI膜總產(chǎn)能達到1.6萬噸/年，開工率約為60%，高端電子級PI薄膜產(chǎn)量不足千噸。
從需求端來看，2016—2020年國內(nèi)對PI薄膜的需求復合增速高達10%，2020年總需求量約為1.3萬噸。目前我國電子級PI薄膜與電工級PI薄膜整體消費量相當，未來隨著電子顯示、柔性印刷電路（FPC）和導熱石墨膜等電子級應(yīng)用領(lǐng)域的快速增長，電子級PI薄膜消費量規(guī)模進一步增大，預計2023年將超過電工級PI薄膜。但高端電子級PI薄膜在設(shè)備、工藝及人才方面存在較高技術(shù)壁壘，目前發(fā)展進入瓶頸期。2020年我國PI薄膜進口依存度約25%，隨著我國相關(guān)研發(fā)及技術(shù)人才的積累，疊加下游重點市場轉(zhuǎn)移至大陸市場及相關(guān)政策的利好，我國PI薄膜發(fā)展將不斷提速，逐步實現(xiàn)高端產(chǎn)品國產(chǎn)化替代。
02 PPA：進口依存度約為70%，國內(nèi)需求量保持8%以上增速
半芳香族聚酰胺（以下簡稱PPA）是由脂肪族二胺或二酸與含苯環(huán)的二酸或二胺縮聚而成。與脂肪族聚酰胺相比，由于分子鏈中引入了剛性的苯環(huán)，力學強度和耐熱性均有較大的提升，同時吸水率大幅度降低；與芳香族聚酰胺相比，半芳香聚酰胺的分子量中多了柔性的脂肪族結(jié)構(gòu)，熔點更低，有效的改善了芳香族聚酰胺的加工性能。因PPA兼具芳香族聚酰胺更好的性能和脂肪族聚酰胺良好的成型加工性，經(jīng)過多年發(fā)展現(xiàn)已成為特種工程塑料主要的品種之一，被廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。
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。由于均聚PA6T的熔點超過其分解溫度，一般需要通過引入第三單體進行共聚改性以降低其樹脂熔點。因此，目前商品化的PA6T都是共聚物，如PA6T/66、PA6T/6I等。
據(jù)統(tǒng)計，國外PPA樹脂總產(chǎn)能超過15萬噸/年，發(fā)展相對成熟。主要生產(chǎn)企業(yè)有美國杜邦（Dupont）、荷蘭帝斯曼（DSM）、瑞士艾曼斯（EMS-Chemie）、比利時索爾維（Solvay）、德國巴斯夫（BASF）、法國阿科瑪（Arkema）以及日本三井化學（MitsuiChemicals）、可樂麗（Kuraray）。其中，帝斯曼作為全球掌握丁二胺工業(yè)化方案的公司，生產(chǎn)PA4T等相關(guān)產(chǎn)品；可樂麗憑借壬二胺的特有技術(shù)，很長一段時間可樂麗是PA9T的生產(chǎn)商，隨著可樂麗PA9T專利的過期，巴斯夫也逐步推出PA9T相關(guān)產(chǎn)品，而其他國外企業(yè)均以生產(chǎn)PA6T產(chǎn)品為主。
我國PPA的產(chǎn)業(yè)化起步較晚，國內(nèi)具備PPA生產(chǎn)能力的企業(yè)仍然較少，全球主要產(chǎn)能和生產(chǎn)核心技術(shù)掌握在國外化工巨頭手中。據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)PPA樹脂總產(chǎn)能約為1.6萬噸/年，主要生產(chǎn)企業(yè)包括金發(fā)科技、江門德眾泰、青島三力以及浙江新和成，其中，金發(fā)科技是國內(nèi)的PPA樹脂生產(chǎn)企業(yè)，主要以生產(chǎn)PA10T為主。
從需求端看，2016—2020年國內(nèi)對PPA的需求增速超過10%，2020年需求量達到3.3萬噸，但由于國內(nèi)PPA產(chǎn)品競爭力不足，消費仍大量依賴進口，進口依存度超過70%。目前，PPA產(chǎn)品的消費主要集中在電子、汽車、消費品以及航空航天和軍工等領(lǐng)域，其中，電子和汽車PPA的最主要消費市場，二者合計占總消費量的85%以上。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(nèi)PPA需求量將達到5萬噸，電子行業(yè)的快速發(fā)展仍將是帶動PPA需求增長的主要動力。
03 LCP：進口依存度約為80%，國內(nèi)消費量保持6%以上增速
液晶聚合物（以下簡稱LCP）是一種主鏈上含有大量剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)的芳香族聚酯類材料，在一定條件下能以液晶相存在，冷卻固化后，形態(tài)保持穩(wěn)定，因此LCP材料具有更好的機械性能。此外還具有低吸濕性，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、高抗沖擊性、高剛度以及吸振性能等特點，被廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車工業(yè)、航空航天、國防軍工等領(lǐng)域。
目前，全球液晶聚合物產(chǎn)能約為7.8萬噸/年，集中分布在美國、日本和中國。其中，美國和日本企業(yè)約占全球總產(chǎn)能的80%左右，中國僅占20%左右。海外主要生產(chǎn)企業(yè)包括塞拉尼斯、寶理、住友、索爾維、東麗等，其中，塞拉尼斯和寶理各占美日產(chǎn)能的一半以上，行業(yè)集中度較高。
我國進入LCP領(lǐng)域較晚，隨著近年多個項目陸續(xù)投產(chǎn)，LCP產(chǎn)能快速增長，至2020年國內(nèi)LCP產(chǎn)能達到1.8萬噸/年。主要生產(chǎn)企業(yè)包括沃特股份、金發(fā)科技、普利特、聚嘉新材料，沃特股份為中國大的LCP生產(chǎn)企業(yè)，總產(chǎn)能達到8000噸/年，占全國總產(chǎn)能的45%左右。
從需求端看，2020年國內(nèi)LCP需求量約為3萬噸，受技術(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量因素影響，國內(nèi)消費高度依賴進口，進口依存度約為80%。從消費結(jié)構(gòu)看，電子電器是LCP最主要的消費領(lǐng)域，約占總消費量的80%左右，主要用于生產(chǎn)各類電子設(shè)備上的連接器，目前用于5G通訊領(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)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。
04 PEEK：進口依存度約為75%，國內(nèi)需求增速高達15%~20%
聚醚醚酮（以下簡稱PEEK）是一種半結(jié)晶性、熱塑性芳香族高分子材料，是聚芳醚酮（PAEK）系列聚合物中主要的品種。PEEK分子鏈中含有大量苯環(huán)，具有更好的耐熱性、耐磨性、耐疲勞、耐輻照、耐剝離、抗蠕變等更好的物理及化學綜合性能，且其兩個醚鍵與羰基帶來柔韌性與優(yōu)良的工藝性，在電子電氣、航空航天、汽車、能源及其他工業(yè)、醫(yī)療等多個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
PEEK工程塑料性能更好，但在部分極端苛刻條件下存在使用局限性。用玻纖（GF）、碳纖（CF）等材料增強的PEEK復合材料，能較大提升其力學性能。目前市面上的PEEK主要有三種類型：PEEK純樹脂、玻纖改性PEEK、碳纖改性PEEK。
PEEK由英國帝國化學工業(yè)（ICI）于20世紀70年代末開發(fā)。隨后其PEEK業(yè)務(wù)被威格斯（Victrex）收購，目前，威格斯為全球大的PEEK生產(chǎn)商，產(chǎn)能達約7000噸/年，約占全球總產(chǎn)能60%。全球第二、第三生產(chǎn)商分別為Solvay與Evonik。Solvay的PEEK產(chǎn)能達1500噸/年，主要供應(yīng)蘋果手機使用，Evonik產(chǎn)能約1250噸/年，主要出口歐洲等國家。
我國PEEK技術(shù)開發(fā)起步較晚，國內(nèi)PEEK行業(yè)代表性研發(fā)機構(gòu)是吉林大學。我國PEEK產(chǎn)能主要集中在中研股份、浙江鵬孚隆與長春吉大特塑，占我國總產(chǎn)能的80%，其中中研股份產(chǎn)能達1000噸/年。目前國內(nèi)產(chǎn)品在連續(xù)化生產(chǎn)與質(zhì)量控制方面劣于進口產(chǎn)品，與的外資生產(chǎn)企業(yè)差距較大。未來五年我國PEEK產(chǎn)能將持續(xù)擴張，目前威格斯和興?；ひ研荚诒P錦建立合資企業(yè)，預計將建設(shè)1500噸/年P(guān)EEK產(chǎn)能。
從需求端看，2016-2020年國內(nèi)對PEEK的需求增速高達20%，2020年需求量約為1450噸，產(chǎn)品的消費主要集中在電子、汽車、以及航空航天和軍工等領(lǐng)域。一方面，電子信息技術(shù)近年發(fā)展迅速，電子元器件集成化、小型化的發(fā)展趨勢為PEEK樹脂的消費帶來機遇；另一方面，PEEK材料的綜合性能正符合交通運輸行業(yè)輕量化需求。預計未來5年，中國對PEEK的需求仍將保持15%~20%的增速，至2025年國內(nèi)PEEK需求量將達約3000噸。
我國特種工程塑料總體處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期
國內(nèi)目前已經(jīng)初步實現(xiàn)了PI、PPA、LCP、PEEK等品種的產(chǎn)業(yè)化，由于對特種工程塑料的研發(fā)起步較晚，與國外水平相比差距較大，產(chǎn)業(yè)整體仍處于發(fā)展初期，行業(yè)內(nèi)擁有話語權(quán)的國內(nèi)企業(yè)更少。主要源自兩方面原因：
01 國內(nèi)原始技術(shù)積累薄弱，普遍存在產(chǎn)品批次穩(wěn)定性差等問題，關(guān)鍵核心產(chǎn)品高度依賴進口；
02 國內(nèi)下游需求相對滯后，限制上游材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，高端應(yīng)用需求落后于國外發(fā)達國家。
國內(nèi)特種工程塑料迎來巨大發(fā)展機遇
從政策上看，特種工程塑料為國民經(jīng)濟發(fā)展、高端制造業(yè)升級和國防工業(yè)建設(shè)提供關(guān)鍵保障，是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的關(guān)鍵性產(chǎn)品，為推動其產(chǎn)業(yè)化進程，國家發(fā)布了一系列利好政策?！缎虏牧袭a(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》中將工程塑料作為基礎(chǔ)材料重點，旨在提高材料國際競爭力；《重點新材料首批次應(yīng)用示范指導名錄》、《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類》等產(chǎn)業(yè)政策也持續(xù)鼓勵特種工程塑料的應(yīng)用和發(fā)展。
從需求端看，全球?qū)μ胤N工程塑料的需求正在逐年穩(wěn)步增加，尤其是國內(nèi)市場需求增長迅速，發(fā)展前景可觀。隨著國內(nèi)新能源汽車、5G通訊技術(shù)以及“兩新一重”（新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，交通、水利等重大工程建設(shè)）等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必將帶動對高性能材料需求的增長。