人形机器人关键材料:PEEK材料

摘要:聚醚醚酮(PEEK)是由英国帝国化学工业公司(ICI)于1978年开发出来的超高性能特种工程塑料,由于PEEK属于芳香族结晶型热塑性高分子材料,其熔点为334℃,具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照及优良的电性能,在多数情

聚醚醚酮(PEEK)是由英国帝国化学工业公司(ICI)于1978年开发出来的超高性能特种工程塑料,由于PEEK属于芳香族结晶型热塑性高分子材料,其熔点为334℃,具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照及优良的电性能,在多数情况下可以足以取代金属、合金、陶瓷等材料。

在人形机器人领域,其对材料轻量化、高强度、高精度等要求与PEEK材料的性能高度契合,国内已有厂家将PEEK材料应用于人形机器人的关节、轴承、齿轮等部件,形成配套生产链。

一、PEEK的市场情况

根据EmergenResearch数据,全球PEEK市场容量在2019年为

7.21亿美元,预计到2027年将增长至12.26亿美元,年均复合增长率为6.8%。

全球PEEK消费区域主要集中在欧洲、北美和中国,2019年消费量占比分别为35.3%、26.6%、24.0%。欧洲是PEEK最大市场,相关产业发展相对成熟。随着中国经济和技术迅猛发展,产业不断升级,中国已成为继欧洲和美国外最大PEEK消费市场,增速远超全球平均水平。中国PEEK产品需求量不断增加,从2012年的80吨增长至2021年的1980吨,年均复合增长率达到42.84%。

根据沙利文预测,中国PEEK产品需求量在2022年至2027年期间继续以16.82%年复合增长率增长,预计2027年将达到5079吨。从全球下游应用领域看,2019年PEEK材料在交通运输应用最多,占比40.2%,工业领域、电子信息、医疗健康及其他占比分别为25.3%、24.4%、10.1%。

随着市场对PEEK特性理解的不断加深,以及PEEK树脂产量和工艺不断提升,其消费量也将逐步增加,应用领域也不断拓展。

目前,全球PEEK生产厂商呈现“一超多强”竞争格局。据中研股份招股书,英国威格斯是全球最大PEEK生产商,产能达7150吨/年;比利时索尔维现有PEEK产能2500吨/年,生产基地主要集中在印度,产品主要出口欧洲和日本;德国赢创PEEK产能1800吨/年,其主要生产主体位于中国,产品主要出口欧洲。

国内PEEK厂商包括中研股份、吉大特塑、鹏孚隆、山东浩然、山东君昊、吉林聚科等,2021年产能分别为1000、500、200、300、80、200吨。2021年中国整体PEEK材料消费量为1980吨,国内厂商实际产量约1154吨,部分需求通过进口满足。为满足国内PEEK材料旺盛需求,企业积极布局加码,在建产能包括鹏孚隆760吨、山东君昊1700吨、吉林聚科1500吨、盘锦伟英兴(威格斯)1500吨、沃特股份1000吨等,合计在建产能6460吨,预计在2023年至2027年期间正式投产运行。

PEEK树脂的合成工艺难度较大,在PEEK树脂研发成功后的近50年中,全球范围内也仅有英国威格斯、比利时索尔维、德国赢创、中研股份4家产能达到千吨级。

二、PEEK的优势

(1)耐高温性。PEEK具有较高的玻璃化转变温度(Tg=143℃)和熔点(Tm=334℃),其负载热变形温度高达316℃,长期使用温度为260℃,瞬时使用温度可达300℃。

(2)自润滑性。PEEK具有良好的滑动特性,适合于严格要求低摩擦系数和耐磨耗用途的场合,特别是用碳纤维、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常优越。

(3)耐腐蚀性。除浓硫酸外,PEEK不溶于任何溶剂,具有很高的化学稳定性。

(4)阻燃性。PEEK具有自熄性,即使不加任何阻燃剂,可达到UL标准的94V-0级。

(5)易加工性。由于PEEK具有较好的高温流动性,且热分解温度高的特点,可采用多种加工方式,比如注塑成型、挤出成型、模压成型及熔融纺丝等。

(6)机械特性。PEEK具有良好的韧性和刚性,它具备与合金材料媲美的优良耐疲劳性。

(7)电性能。PEEK有高的体积电阻率和表面电阻率,在宽广的温度范围及环境变化下可以承受各种频率的交流电位场强,保持良好的绝缘性能。

(8)耐水解性。树脂及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响,在高温及高压蒸汽或水环境下可以连续使用而保持良好的机械性能。

(9)耐候性。优良的耐候性能,聚合物可用于制造工作环境要求严格或需要经常耐杀菌处理的组件。

三、PEEK的应用领域

PEEK聚醚醚酮产业链包含原材料、PEEK生产商、应用领域等环节。原材料公司主要包括新瀚新材、中欣氟材、营口兴福;

PEEK生产商公司主要包括威格斯、索尔维、中研股份;

应用领域公司主要包括康拓医疗、华润医药。

在全球范围内,PEEK材料的生产主要集中在少数几家企业手中。

像英国的威格斯(Victrex)公司是全球领先的PEEK制造商之一,拥有先进的生产工艺和丰富的生产经验,其产品在国际市场上占据重要地位。此外,德国的赢创(Evonik)等公司也在PEEK材料生产领域有一定的影响力。

在国内,PEEK(聚醚醚酮)作为一种高性能的特种工程塑料,其国产化历程是中国材料科学自主创新能力的体现。

中研股份作为国内最早从事PEEK生产的企业之一,已经取得了显著的成绩。其年产量在国内处于领先水平,并且在植入级PEEK、线材和晶圆盒等高端产品方面不断研发创新,已经实现了少量销售收入。同时,沃特股份等企业也积极布局PEEK材料产业,其规划的聚芳醚酮年聚合产能达到1000吨,一期产线已基本完成建设和设备安装工作。

由于PEEK具有优良的综合性能,在许多特殊领域可以替代金属、陶瓷等传统材料,使之成为当今最热门的高性能工程塑料之一,目前主要应用于航空航天、汽车工业、电子电气和医疗机械等领域。

1、汽车

在汽车交通和其他工业方面,“以塑代钢”尤为突出,利用PEEK树脂良好的耐摩擦性能和机械性能,可以作为金属不锈钢和钛的替代品用于制造发动机内罩、汽车轴承、垫片、密封件、离合器齿环、保险杠等各种零部件,另外也可用在汽车的传动、刹车和空调系统中。奥迪、尼桑、NEC、夏普、克莱斯勒、通用已开始大量使用这种材料。汽车座位调节器、变速箱齿轮、发动机配重齿轮、燃油泵、阀体等中都有应用。

以威格斯为例:产品种类齐全,除Victrex PEEK150、380、450常规产品系列,还有高流动性级、自润滑级、高纯度级产品等,产品形态涵盖粉末状、颗粒状,纤维、碳纤维及玻纤增强等多种。同时,还生产Vicote涂料系列、APTIV薄膜系列和各种管材类产品。

在中国,2020年1月13日,威格斯公司宣布,其子公司威格斯香港有限公司和中国营口兴福化工有限公司将成立一家合资企业,将在中国辽宁建造一个新的PEEK生产基地,该合资工厂在2022年初投产,建成后这座新工厂的最终产量将达到1500t/年。

此前,威格斯在2020财年启动了位于英国Hillhouse的一个脱瓶颈项目,该项目完成后,将增加1000t/年的全线产能。

2、航空

PEEK聚合材料因其异常坚固、具有化学惰性和阻燃特性,并容易加工成公差极小的零部件,PEEK的比重轻、防腐性、抗温性等优点,可以成功取代金属、传统复合材料以及其它塑料。

PEEK聚合材料已正式通过多家飞机制造商的资质认可,同时也符合供应军用标准产品要求,PEEK树脂可以制造各种飞机零部件---在航空航天领域应用得以迅速扩展。

3、飞机

飞机减重是航空领域一个重大课题;PEEK和金属的密度比约是1:7;目前空中客车公司用PEEK复合材料制作飞机电缆夹头和护套,使得航空零件减重50%,可节约成本75%。大大提升了空中客车的续航能力。

4、机械

制作压缩机阀片、活塞环、密封件和各种化工用泵体、阀门部件,代替不锈钢制作涡流泵的叶轮。密封垫、密封件、压缩机用、活塞环、阀片等都有应用。

四、相关重点标的梳理

1、中研股份

中研股份:公司主要从事PEEK研发、生产及销售。国内最大、全球前四的PEEL生产商。

中研股份是目前国内一家能够采用5000升反应釜进行PEEK聚合生产的企业,并有效地保证了PEEK产品质量的稳定性和一致性,以及颜色和纯度的恒定性,这也是中研股份的核心竞争力之一。

2、沃特股份

公司主营业务为从事高性能功能高分子材料合成、改性和成品的研发、生产制造、销售及技术服务。

公司产品线涵盖工程塑料合金、改性通用塑料、新材料等产品;产品广泛应用于电子、家电、光伏、半导体、医疗、办公设备、通讯、汽车、电气、储能等领域。据传进了T链。

3、新瀚新材

公司产品DFBP是下游客户生产PEEK的主要原料,威格斯、索尔维、 赢创、中研股份均是公司重要客户,公司发展会受益于下游应用的开发。公司产品线涵盖特种工程塑料核心原料、光引发剂、化妆品原料、医药农药中间体等产品;产品广泛应用于化学原料、精细化工等领域。

公司产品DFBP是下游客户生产PEEK的主要原料,威格斯、索尔维、赢创、中研股份均是公司重要客户,公司发展会受益于下游应用的开发。

4、中欣氟材

公司主营业务为研发、生产、销售精细化工业务(氟精细化学品涉及医药中间体、农药中间体、新材料与电子化学品)、基础化工业务氢氟酸生产、销售)及矿产资源开采业务(萤石矿的开采、选矿及销售)。

公司产品线涵盖基础化工、精细化工、制冷制、贸易等产品;产品广泛应用于医药、农药、新材料、电子化学品、新能源、航天航空等领域。

来源:潮汕十三亿

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