PSF的应用领域

PSF的应用领域 一、 PSF的应用领域 PSF材料由于诸多优异的性能，可广泛应用于航空航天、医疗器械、食品接触、汽车、电子电气、水处理、家居用品等行业，具体来说可分为两板块。 第一板块是工程类应用，具体可以分为三类：1）第一类作为注塑级的工程塑料，应用领域包括医疗器械（呼吸机配件、麻醉机配件、牙医工具盒、消毒器具、IVC实验用品等）、食品接触（奶瓶、吸奶器、水杯、航空餐盘、高温烤盘等）、航空及汽车（ABS制动系统零件、车灯、齿轮转动装置、传感器、灯罩等）、建材（管接头等）、家电（如洗碗机部件、榨汁机部件、咖啡机部件、烤箱部件等）、电子电气（连接器、端子、绝缘件等）。2）第二类属于PSF的复合材料，PSF的纤维增强复合是改性材料的方向之一，利用玻璃纤维增强之后，可以得到高刚性的PSF复合材料，应用领域包括绳缆、线缆、防割手套等；3）第三类是PSF合金，PSF与PEEK、PPS、PEI等不同的耐高温塑料共混制备合金材料。 另一板块是PSF类膜的应用，主要集中在生物医药、燃料电池领域和水处理等领域。1）生物医药领域：PSF由于毒性低、化学稳定性好、生物相容性好，对多余毒素的选择性过滤高等性能，是制备血液透析膜的基础材料。2）燃料电池领域：PSF膜的机械性能、溶胀度、吸水率以及离子交换量可以满足燃料电池的要求，正在行业内推广使用。3）水处理领域：PSF具有优良的耐腐蚀性、耐药性，可连续使用等性能对在工业水处理膜、超滤膜、RO反渗透膜等领域应用广泛。 二、 工程塑料产业链 工程塑料属于石油化工产业链中的中间产品，其上游包括石油产品、甲醛、PA66、双酚A等化工原料、塑料阻燃剂等。工程塑料可分为通用工程塑料和特种工程塑料两类。目前，工程塑料广泛应用于汽车、电气设备、消费电子、家用电器、机械制造、航空航天等领域。 PA66除用在制作锦纶纤维等民用领域外，工程塑料及工程树脂为等工业用领域作为PA6第二大以及PA66第一大需求领域未来有望为PA产品带来较大需求增量。从产量上来看，自2014年来，我国尼龙66产量逐年增长。据统计，2021年我国PA66产量达到39万吨，同比增长0．78%，增速趋缓。 三、 工程塑料综述 工程塑料是指被用作工业零件或外壳材料的工业用塑料。与通用塑料相比，其在机械性能、耐热性、耐久性、耐腐蚀性等方面均能满足更高要求，此外还具有更加便于加工以及可替代金属材料的特性。 从分类及品种来看，通用工程塑料包括聚酰胺（尼龙，PA）、聚碳酸酯（聚碳，PC）、聚甲醛（POM）、聚酯（PBT和PET）、聚苯醚（PPO）。特种工程塑料是综合性能较高，长期使用温度在150摄氏度以上的一类工程塑料，但目前大部分品种生产规模较小，包括聚苯硫醚（PPS）、聚酰亚胺（PI）、聚砜（PSF）、聚醚酮（PEK）、液晶聚合物（LCP）等。 工程塑料已成为当今世界塑料工业中增长速度最快的领域，其发展不仅对国家支柱产业和现代高新技术产业起着支撑作用，同时也推动传统产业改造和产品结构的调整。其中，包含家用电器制造的电子电器、汽车工业、建材、机械为工程塑料主要下游应用领域。 四、 工程塑料行业未来发展趋势 随着行业对于产品要求的不断提高，预计工程塑料将朝着性能更高的改性化塑料发展；同时，在化工产业严防落后产能背景下，预计工程塑料生产技术将趋向环保化。汽车、现代轨道交通、航空航天等领域对轻量化、高强度等方面的要求对提高工程塑料的适用性提出要求，预计工程塑料向高性价比细分市场如改性工程塑料等方向发展。 目前，我国工程塑料行业的规模化企业仍较少，加上工程塑料行业的技术壁垒较高，需要大量的研发资金，大型生产企业在资金能力方面具有竞争力。目前行业内技术研发企业集中在大型生产企业，预计行业集中度将提升。 目前，我国的工程塑料自给率仅为60%，在新材料领域明显处于偏低水平。其中，特种塑料自给率不足50%。随着国内企业研发进程加快，以及国内企业对高技术企业进行收购，预计工程塑料自给率水平提升。 五、 高温尼龙：耐温性能优异，契合汽车轻量化趋势的以塑代钢材料 耐高温尼龙因为优异的机械性能和耐高温性能被广泛用在电子和汽车领域。尼龙（聚酰胺，PA）是主链中重复单元含有酰胺基团（-CONH-）的高聚物的总称。耐高温尼龙是长期使用温度在150℃以上的PA，主要分为半芳香尼龙和全芳香尼龙。全芳香尼龙的熔点很高，不利于加工；半芳香尼龙可以兼顾良好的耐热性和加工性能。常见的耐高温尼龙有PPA、PA4T、PA6T、PA9T和PA10T。耐高温尼龙因为不仅具有良好的机械、抗蠕变、阻燃以及耐高温性能，且与金属相比也更加轻便，因此被应用在汽车领域，作为发动机区域的零部件、管子等。耐高温尼龙优异的可塑性以及高强度和低翘曲度也使其可以被应用在电子领域，作为连接器等。电子和汽车是高温尼龙最主要消费市场，二者合计占总消费量的85%以上。2020年电子和交通运输分别占高温尼龙消费量的58%和30%。 高温高压溶液缩聚法是耐高温尼龙主流的工业生产方法。目前高温尼龙的合成方法主要有5种，分别是高温高压溶液缩聚法、低温溶液缩聚法、聚酯缩聚法、界面聚合法和直接熔融缩聚法。高温高压溶液缩聚工艺是在N2气氛保护下，将等物质的量的二元酸和二元胺与适量水和少量反应剂在高压聚合反应釜中，先低温合成尼龙盐，再升温预聚合物得到低分子量的预聚物。预聚物真空干燥后通过固相缩聚或者熔融聚合得到高熔点、高分子量的最终产物。该反应为水相反应体系，生产成本低，经过多年发展，该工艺已经相当成熟，并且成功应用在工业生产中。 高温尼龙生产企业主要在海外，国内高温尼龙企业与海外仍有差距。2020年全球高温尼龙产能为26．4万吨，主要生产企业有杜邦、帝斯曼、艾曼斯、索尔维、巴斯夫以及日本的三井化学、可乐丽。国内产能约为1．65万吨/年。国内高温尼龙企业起步时间晚，数量仍然较少，生产规模较小，品类相对单一，产品性能稳定性不足，目前主要厂商有金发科技、新和成、沃特股份等。 电子和汽车是高温尼龙最主要消费市场。目前，高温尼龙产品的消费主要集中在电子、汽车、消费品以及航空航天和等领域，其中，电子和汽车占高温尼龙总消费量的85%以上。2020年电子和交通运输分别占高温尼龙消费量的58%和30%。耐高温尼龙可承受LDS和SMT加工中的高温，用在小型化电子器件中。耐高温尼龙具有优异的耐高温性能、机械性能、尺寸稳定性和介电性能，也被应用在电子领域内。与LCP相比，耐高温尼龙结合线强度高且耐漏电性更好，更加安全，机械强度也更高。耐高温尼龙可以使用激光直接成型技术（LDS）和表面组装技术（SMT），具有良好的加工性。 汽车轻量化趋势下，高温尼龙可替代金属材料用在传统燃油车多个系统中。汽车领域中，传统燃油汽车可以通过提高汽车发动机的燃烧温度来有效提升燃油利用效率、降低碳排放与油耗，因此对发动机零部件的耐热性要求不断提升，高温尼龙可满足相关发动机应用需求。并且，在汽车轻量化趋势下，高温尼龙可替代金属材料，应用在发动机（装饰罩盖、固定支架）、吸气系统（吸气导管、缓冲罐、节流阀体、进气歧管）、冷却系统（水室、支架、水管、风扇）、油路阀门系统（油底壳、同步皮带轮罩、链导槽）和燃油系统（燃油管道）中。 高温尼龙被用在新能源汽车的电池系统和管路方面。新能源汽车也采用了轻量化的设计思路，使用高分子材料取代了原来的金属部件，要求材料能够有良好的介电性能、热学性能、机械性能以及阻燃性，高温尼龙材料可应用于交流电机外壳、充电器模块、电池箱和电子控制器、电动车的电池系统中。高温尼龙在新能源汽车管路方面市场前景广阔。混合动力车平均冷却管路13．5米，纯电动车16米，均高于传统燃油车的5．5米。耐高温尼龙采用碳纤维增强后还可用于制造车身、底盘等。金发科技和普利特在近五年也有2项专利提到可以将耐高温尼龙用在汽车结构上。据沃特股份，北汽极狐等车型已开始使用公司的尼龙材料。 全球以及国内汽车产量回春，汽车轻量化设计有望为高温尼龙带来万吨级应用市场。中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车发展技术路线图》指出，2020年、2025年、2030年单车重量需分别较2015达到年减重10%、20%、35%。以塑代钢趋势中，尼龙是重要的代钢材料。2017年我国平均每辆汽车使用尼龙量约为8kg，全球汽车平均单车尼龙用量为28-32kg。汽车产量方面，自2021年来随着全球经济逐步复苏，汽车行业情况开始回暖。国内汽车市场趋势与全球汽车市场一致。根据汽车工业协会预计，2025年国内汽车产量为3000万辆。到2025年，若以汽车单车平均尼龙用量15kg计，国内汽车领域需要尼龙材料45万吨。高温尼龙较传统尼龙66具备性能优势，随着高温尼龙在汽车生产中逐步替代传统尼龙应用，汽车轻量化有望为高温尼龙带来万吨级应用市场。 六、 聚砜：耐温性优异，原料产能建设助力 聚砜可耐高温且化学稳定性好。聚砜对一般酸、碱、盐、醇、脂肪烃等稳定。刚性和韧性好，耐温、耐热氧化，抗蠕变性能优良，耐无机酸、碱、盐溶液的腐蚀，耐离子辐射，无毒，绝缘性和自熄性好，容易成型加工。并且可以在蒸汽或其他消毒环境下保留原有的机械性能。生物安全性良好，被广泛应用在奶瓶上。按照聚合单体的不同，聚砜可分为双酚A型聚砜（PSU）、聚芳砜（PAS）、聚醚砜（PES）、聚亚苯基砜（PPSU）等，其中PSU、PES、PPSU是三种成熟的商品化聚砜，广泛用于电子电气、医疗卫生、食品等领域。 PSU一般通过成盐、缩聚等步骤进行合成得到。双酚A型聚砜可由双酚A和4，4'－二氯二苯砜通过成盐、缩聚进行合成，碱的选用和工序的不同使合成方法分为一步法和两步法。两步法先以水为溶剂，双酚A与氢氧化钠先反应生成钠盐，与共沸剂共沸脱水后再加入溶剂和4，4'－二氯二苯砜，使其缩聚;一步法所用的碱为碳酸钾，可将全部原料同时加入，无需单独的脱水步骤，有利于简化工序，减少反应时间。工业上常用的是两步法。 聚砜主要产能集中于海外，我国聚砜产能有限，国产化仍在进程中。2021年全球聚砜产能8万吨左右，主要集中在美国、西欧等地区，主要生产企业有巴斯夫、索尔维等。我国目前聚砜生产企业数量较少，全国产能大约1．7万吨/年，且国产聚砜产品性能仍处于中低端位置，高端产品依赖进口。4，4-联苯二酚是聚砜主要生产原料，我国4，4-联苯二酚产能少，且在质量方面与国外存在较大差距，现阶段主要依赖进口，原材料及技术限制了我国聚砜行业发展。随着国内四川圣效年产1万吨4，4-联苯二酚产能投放，以及金发科技（现有聚砜产能1000吨，新增产能800吨）、沃特股份（现有聚砜产能6000吨，在建产能8000吨）等国内厂商加快产线的建设投放，我国聚砜产业迎来从原料到产品的加速国产化进程。 聚砜可用作制备各类先进膜材料。聚砜优秀的热稳定性、抗氧化性及生物相容性为其带来的广阔的用途，通过向其分子主链上结合不同官能团可使其制备为各种分离膜等，从而应用于水处理、燃料电池、医疗器械以及食品包装等行业。在生物医药方面，通过向聚砜膜表面掺杂抗菌粒子与改性材料，可有效杀菌并保持膜的高效分离性能；在燃料电池方面，将聚砜薄膜做改性处理后，可有效满足燃料电池对膜材料的溶胀度、尺寸稳定性、质子电导率等指标的需求，从而制成质子交换膜。2019年全球聚砜消费量为8．76万吨。 七、 特种工程塑料的附加值高，国产化进程加快 产品附加值方面，特种工程塑料>通用工程塑料>传统通用塑料。特种工程塑料具有难以替代性，因此价格较高。若以特种工程塑料液晶高分子LCP、通用工程塑料聚碳酸酯PC与传统通用塑料聚乙烯PE为例，LCP、PC与PE价格约在5．5万元/吨、2．5万元/吨、0．9万元/吨，特种工程塑料价格显著高于另两类塑料，并具有更高的毛利水平。国内特种工程塑料发展起步晚，但近几年国产化进程已加快。特种工程塑料发展于20世纪60年代，以聚酰亚胺的问世为起点，此后20年里发展出多种特种工程塑料。1961年杜邦公司通过芳香族二胺和芳香族二酐的缩合反应制备了聚均苯四甲酰亚胺薄膜（Kapton）;1965年，