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PSF的材料特性

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PSF的材料特性一、 PSF的材料特性PSF具有良好的力学性能、耐热性、抗蠕变性、阻燃性、电性能、耐化学性、无毒性等1)力学性能:作为特种工程塑料,PSF在高温条件下的力学性能优于通用工程塑料,其拉伸强度、冲击强度等在-60~120℃范围内变化较小2)耐热性:PSF具有高耐热性,以聚醚砜(PES)为例,其热变型温度在200~220℃,连续使用温度为180~200℃,玻璃化温度为225℃,可以在100℃以上蒸汽中连续使用3)抗蠕变性:PSF在高温下蠕变小,拥有良好的尺寸稳定性4)阻燃性:PSF不需要添加阻燃剂即可达UL94V0级,燃烧烟雾量低,是阻燃性较好的特种塑料之一5)耐化学性:PSF耐酸、耐碱、耐无机盐,耐汽油、机油、润滑油和氟利昂等6)安全性:PSF是美国FDA和欧盟EU认可的一类符合食品级和卫生级的高分子材料二、 液晶高分子:5G领域用途广泛,不断加速液晶聚合物(LCP)因优异的耐高温性和介电性质,被广泛应用在电子领域液晶聚合物(LCP,LiquidCrystalPolyester)是由刚性分子链构成,具有一定(一维或二维)的有序性,在一定条件下既能表现出液体的流动性又能表现出晶体的各向异性的,主链上含有大量刚性苯环结构的芳香族聚酯类材料。

LCP可以分为溶致性液晶(LLCP)、热致性液晶(TLCP)和压致性液晶三类LLCP在溶剂中呈液晶态,只能在溶液中加工,不能熔融,用作纤维和涂料;TLCP则因温度变化而呈液晶态,综合性能优异,而且能够进行注塑、挤出成型加工根据热变形温度(HDT),TLCP还可以被细分为高耐热型(HDT≥300℃)、中耐热型(280℃≥HDT≥240℃)和低耐热型(HDT≤210℃)LCP具有优异的机械性能,还具有低吸湿性、耐候性、耐热性、阻燃性以及低介电常数和介电损耗因数等特点,在电子领域被广泛应用酸解法是主流的LCP工业生产方法目前有4种主要的LCP的合成方法,分别是氧化酯化法、硅酯法、苯酯法和酸解反应法,其中,酸解反应法是现在最主要的工业生产LCP的方法酸解法是通过芳香族二元酸与乙酰化的酚类单体进行熔融缩聚,脱去副产物醋酸后得到LCP,再通过注塑、挤出、溶液浇注、吹塑和拉膜等加工方法得到各种形态的LCP产品全球LCP产能主要集中在日本和美国,国内LCP产能快速增长中当前全球LCP材料产能约8.2万吨,主要集中于日本和美国,行业集中度较高美国塞拉尼斯拥有2.2万吨产能位居全球第一,其次为日本宝理、住友,产能分别为1.5万吨与1万吨。

国内LCP的发展起步较晚,总产能约1.6万吨近年随着金发科技、普利特、沃特股份等企业迅速发展,国内产能快速增长其中沃特股份预计在2022-2023年分别投产1.5万吨、0.5万吨LCP有望成为全球最大的LCP材料供应商未来我国LCP需求量有望持续增长2020年全球LCP需求量为7.8万吨,国内LCP的需求量为3.2万吨电子电器是LCP最主要的消费领域随着电子电气产业发展迅速,未来我国LCP的需求有望持续增长据中国化工信息中心预计,到2026年国内LCP总消费量将从现在3.2万吨增至4.3万吨LCP轻便、耐高温、介电损耗因子低,可作为5G基站天线的塑料振子材料基站中天线振子是天线的主要组成部分,可以放大信号和控制信号辐射方向5G基站对于振子材料有严格的要求:(1)表面组装技术(SMT)的制造工艺要求振子材料可以承受260℃;(2)轻量化;(3)电磁波具有频率越高,波长越短,越容易在传播介质中衰减的特点,所以频率越高,就要求振子材料的损耗更小与传统金属振子相比,塑料振子除了轻便,还可以通过注塑成型的方法实现高精度,是5G天线振子的方向相比于目前主流的聚苯硫醚(PPS)塑料振子,LCP塑料振子具有更好的注塑性、耐热性和更低的介电损耗,竞争优势更大。

预计到2025年5G基站振子对应LCP新增需求量为1.07万吨截止到2022年6月,我国已建成的5G基站数量达到185.4万个,占全球60%以上根据工信部发布的《十四五信息通信行业发展规划》,规划到2025年实现每万人拥有5G基站26个,据此预计到2025年,我国5G基站总数达364万个通常5G基站有3面天线假设单面天线主流方案采用192个振子,对应需要一个基站需要576个振子LCP和PPS密度接近,96个振子约需PPS共1kg预估到2025年LCP振子材料的新增需求量为1.07万吨LCP材料介电性能和柔韧性优异,可替代传统聚酰亚胺材料应用在5G柔性印刷电路板中LCP材料可以作为基材用在5G高频高速电路板,尤其是柔性印刷电路板(FPC)中传统电路板基材聚酰亚胺(PI)基材因介电常数和损耗因子较大且吸潮性较大,在高频传输时损耗严重,无法适应当前的高频高速趋势与PI相比,LCP材料在传输损耗优势显著,基材损耗值仅为0.2%-0.4%,仅有传统基材的1/10并且,LCP的高机械强度可以支撑多层连线的架构;可弯折性也迎合了小型化趋势LCP基材的电路板多用在5G的天线(即以LCP为基材的FPC,承担部分天线功能)以及笔记本电脑中。

LCP可以作为高稳定性、小型精密化的5G连接器连接器在电路或其他部件之间架起桥梁,承担着电流或信号连接的作用5G连接器多应用于基站天线、BBU设备以及5G(FPC连接器)中5G传输速度得到大幅提升,需要连接器有更低的低介电低损耗;连接器使用频率极高,需要材料有良好的尺寸稳定性;在连接器使用过程中,电流会在接触点产生热量,导致温升,需要材料有较好的耐高温性能LCP材料低介电损耗,良好的尺寸稳定性和耐高温性能,适合作为5G高速连接器5G基站建设和5G出货量的增加带动了高性能5G连接器的需求根据现在5G通信基站的主流架构,每个基站将会用到64个射频连接器,每座宏基站需要用到192套(采用介质滤波器的结构)或384套(采用金属滤波器的结构)的板对板连接器5G的轻薄化和多功能化也要求内部集成度高,对连接器的要求也更高LCP在机器人的连接器和伺服电机中也有应用随着小米CyberOne的推出和特斯拉Optimus的即将发布,人型机器人发展逐渐提升未来机器人对重量、体型要求越来越高,集成化非常关键,对连接器的应用会更多,有望带来需求爆发式增长机器人中的连接器要求材料具有可弯折性,低介电损耗,耐高温且尺寸稳定性和化学稳定性好。

LCP是机器人连接器的重要组成材料人型机器人的核心组件伺服电机中也包含LCP伺服电机一般安装在机器人的关节位置,预计单台人形机器人使用伺服电机超40个,要求里面的骨架材料具有轻量,易加工,绝缘性好以及可以承受电机发热,LCP可较好满足材料需求由于人形机器人未来产量很大,预计到2025年有望达到百万台级产量,若以单台机器人LCP用量1kg计,则每百万台机器人对应LCP为1千吨目前我国LCP对外依存度较高,有望加速2020年国内LCP的需求量为3.2万吨,而国内年产能仅1.6万吨并且由于技术和产品质量的影响,根据《中国化工信息周刊》,我国LCP实际进口依存度为80%预计2026年国内LCP的需求量为4.3万吨随着LCP生产装置实现投产和技术的进步,国内沃特股份、金发科技等厂商相继加大布局力度,其中沃特股份预计在2022-2023年分别投产1.5万吨、0.5万吨LCP;金发科技已启动年产1.5万吨LCP项目,目前已完成工艺与土建设计LCP进程加速三、 工程塑料行业竞争格局从市场竞争格局来看,目前,国内工程塑料行业企业数量较多,上市企业中,会通股份、国恩股份、普利特未披露业务毛利率数据从披露工程塑料类业务毛利率的上市企业来看,国立科技、金发科技、南京聚隆、道恩股份、同益股份业务毛利率在20%以上,属于第一梯队;三房巷、江苏博云、云天化业务毛利率在15%以上,属于第二梯队;其他企业属于第三梯队。

四、 工程塑料行业发展历程2010年以来,工信部、发改委等陆续出台工程塑料行业相关政策,主要政策内容围绕积极发展包括工程塑料在内的先进结构材料、发展包括特种工程塑料制备技术在内的高性能高分子结构材料的制备技术、加强应用研究、鼓励外商投资工程塑料领域等方面五、 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,耐高温尼龙PA6T纤维专利问世,随后PA6T及其共聚物被作为工程塑料使用;1965年联合碳化物公司研制出聚砜,同年建成年产4500吨规模的产线(Udel);1966年杜邦公司首次使用相列态聚合物溶液制备出高强度、高模量的纤维,1972年又成功开发出溶致液晶Kevlar纤维;1967年菲利普斯公司取得以对二氯苯和硫化钠为原料在N-甲基吡咯烷酮溶剂中合成聚苯硫醚的专利,1971年实现工业化生产,并于1973年建成2600吨产线;1979年,制得了高分子量的PEK,1977年又研发出PEEK,1980年投产。

我国特种工程塑料的研究也起始于20世纪60年代,但是到了80年代才发展起来,整体和国际仍有一定差距,但国内企业近年来突破了塞拉尼斯、宝理、住友、索尔维等海外企业垄断,特种工程塑料的扩产主要集中于金发科技、沃特股份、普利特等国内头部企业国内企业扩产速度超市场预期,国产化进程加快金发科技自有专利高温尼龙PA10T,耗时10年从零开始发展到3000吨,2022年半年报披露新增年产1.5万吨;同时已启动年产1.5万吨LCP与0.6万吨PPSU/PES合成树脂项目,目前已完成工艺与土建设计沃特股份于2021年启动年产2万吨LCP与年产1万吨高性能新材料项目,其中LCP项目已完成主体设备安装行业内主体企业不断扩产,印证了产业爆发趋势新型应用场景不断涌现,特种工程塑料销量有望爆发通常新产品的推出,往往需要相关头部改性企业联合引导推广,凭借性能优势占据先机而目前新兴产业包括电动车、光伏、储能、换电行业的高速发展,新型应用场景的不断迭代,诸如电动车新车型的更高频推出,给了特种工程塑料不断测试并强化应用价值的机会目前特种工程塑料已经体现出一定的性价比优势,随着国内产能的规模化上量,价格中枢下移,性价比进一步凸显,销量爆发是必然趋势。

六、 聚芳醚酮:应用广泛的高性能塑料,国产材料具备价格优势聚芳醚酮种类很多,都具有优良的电性能、耐磨性、耐热性以及加工性,其中聚醚醚酮用量最大聚芳醚酮(PAEK)是一种由亚苯基环通过氧桥和羰基(酮)连接而生成的结晶型聚合物由于结构不同,聚芳醚酮种类多样,主要有聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)、聚醚醚酮(PEEK)等PAEK是一种新型的具有超高性能的特种工程塑料,属于聚芳醚酮类化合物,具有优良的电性能、耐燃性、耐辐照性、耐溶剂性等PEEK则是PAEK中用量最大品种,占PAEK的80%以上PEEK主流合成方式是亲核取代,原料成本较高,国内供应缺口较大PEEK的合成有亲核取代和亲电取代两种方式,主流方式为亲核取代亲核取代是以4,4-二氟二苯甲酮、对苯二酚和碳酸钠为原料,以二苯砜为溶剂,在氮气的保护下,在逐渐升温至接近聚合物熔点的温度(280℃-340℃)时发生缩聚反应得到高分子PEEK树脂亲核反应的原料需要高纯度的4,4-二氟二苯甲酮,成本较。

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