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(1)聚芳醚砜行业发展历程:聚芳醚砜,英文简称PSF,是分子主链上含有砜基和芳环结构的非结晶性琥珀色透明高分子化合物;具有耐高温性能、高抗蠕变性能、高机械性能等特点的一类特种工程塑料。
20世纪60年代,美国联合碳化物公司(UCC)完成了PSF的开发,并于1965年实现了工业化生产,生产能力达到4,500吨/年,并以U del® PSU为商品名正式在市场上销售。1976年,UCC推出了聚苯砜Radel®R,在1983年又推出了聚芳砜Radel ®A。1986年,Amoco Polymers公司获得了UCC公司的PSF经营权,2001年后期该经营权被比利时索尔维公司获得,后者成为世界领先的PSF生产公司。1987年,德国巴斯夫开始生产和销售PSF,其商品名为Ultrason®S,2004年该公司PSF的生产能力已达到6,000吨/年。日本目前主要的PSF生产公司是日本住友化学。
国内对PSF的开发工作由天津材料研究所于1966年率先开始,紧接着上海市合成树脂研究所和天山塑料厂共同合作,研究砜类树脂的应用,在1969年建成了100吨/年的生产装置,并进行生产。进入70年代,大连第一塑料厂利用上海市合成树脂研究所的技术经验,建成了可以工业化规模生产的装置。80年代初,上海曙光化工厂开始进行PSF的生产和销售,设计生产能力为200吨/年,2004年该厂停止生产和销售聚砜。上海曙鹏特种工程塑料有限公司2002年建成了PSF生产线,设计生产能力为200吨/年,该企业经营至2007年。
目前,国内上市公司中金发科技(股票代码:600143)、沃特股份(股票代码:002886)开始涉足PSF产业化项目。非上市公司中除本公司外,山东浩然目前拥有千吨级产能。
中金企信国际咨询公布的《2023-2028年聚芳醚砜市场发展战略规划分析及投资规模前景可行性评估预测报告》
(2)聚芳醚砜行业特点及发展趋势:我国PSF产业起步晚、底子薄、总体发展慢,仍处于发展阶段,核心技术与专用装备水平相对落后,创新能力薄弱。在国家政策对PSF材料发展的积极扶持下,产业链的补短板将是未来一段期间的发展重点。
在行业标准方面,我国尚未出台统一的PSF材料国家标准,导致市场竞争无序,产品良莠不齐。2016年工信部发布《石化和化学工业发展规划(2016-2020年)》,指出要强化行业标准,加强工程塑料、特种化学品等化工新材料标准化工作,正是为了要解决行业标准缺失的问题。随着PSF材料在我国应用范围的扩大、应用水平的提升和应用场景的丰富,预计将在重点应用领域逐步建立和完善相应的行业标准,规范和指导PSF产业的健康发展。
产业配套能力提升方面,以原材料为例,国内可以采购的PSF生产原材料与国外原料相比产量、品质方面还存在一定差距,导致国产PSF高端产品在纯度和色泽方面与国际水平相比还存在差距,并最终体现在产品性能方面的缺陷。随着我国PSF产业的逐步发展壮大,经济效益将逐步得到体现,吸引资金、技术、人才的加入,产业配套能力预计将获得不断提升。
在高端应用方面,例如用于生物医药领域的血液透析分离膜、用于燃料电池领域的离子交换膜等PSF产品,国内仍主要依赖进口,市场主要由比利时索尔维和德国巴斯夫占据,随着产业扶持政策的出台以及国内企业不断的资本投入、研发投入、人力资源投入等,未来有望在PSF高端应用方面逐步实现进口替代。
(3)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至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。
(4)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。
(5)PSF材料行业竞争格局分析:目前,全球聚芳醚砜的生产商主要有比利时索尔维、德国巴斯夫、日本住友化学、中国优巨新材以及山东浩然。上市公司中金发科技和沃特股份的聚芳醚砜生产线于2021年搭建完成。
1、国外主要企业情况:
2、国内主要企业情况:
(1)山东浩然特塑股份有限公司:山东浩然特塑股份有限公司(以下简称“山东浩然”)成立于2010年,主营聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚醚醚酮工程塑料原料及二次制品的研发、生产、销售。根据2020年威海主管部门的公示信息,其拟建设年产3,000吨聚砜系列树脂研发及产业化项目。
(2)金发科技(股票代码:600143):金发科技的主营业务为化工新材料的研发、生产和销售,主要产品包括改性塑料、完全生物降解塑料、高性能碳纤维及复合材料、特种工程塑料、轻烃及氢能源、环保高性能再生塑料等六大类。根据金发科技2020年年报披露,其采用界面成盐可控缩聚技术和高热稳定性封端创新技术,突破了高透明度聚芳醚砜(包括PPSU和PES)产业化关键技术,其800吨聚芳醚砜树脂装置正在建设中,2021年年报披露其千吨级PPSU/PES中试产业化装置已基本达产,2022年半年报披露其800吨聚芳醚砜树脂项目在建工程余额为56.09万元。
(3)沃特股份(股票代码:002886):沃特股份主要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,产品主要包括工程塑料合金、特种高分子材料、改性通用塑料等。根据沃特股份2022年半年报披露,其聚芳醚砜生产线搭建完成并开始小批量试料。其前次募集资金使用情况的报告披露截至2022年6月末聚芳醚砜产品尚未产生收入。
(6)PSF材料市场状况:PSF材料主要应用于医疗器械、食品接触、航空航天、汽车、电子电气、水处理、其他工业等领域,各领域需求的稳步增长带动PSF材料需求快速增加。预计2024年聚砜合物消费量可达9.5万吨,2019-2024年复合增长率为6.8%。根据中金企信统计数据显示,2020年PSF材料全球市场空间为16.6亿美元,预计2021-2027年将保持5%的年复合增长率,2027年市场规模将达到23亿美元以上,亚太地区预计将成为主要市场,其中医疗器械、食品接触、汽车航空、电子电气领域的份额总计超过70.00%。
1、卫生/医疗行业:医疗器械所用材料必须具有极佳的生物相容性与承受苛刻环境的能力。PSF材料无细胞毒性、无致敏性、无皮肤刺激性,能经受高压蒸汽、环氧乙烷、低温等方式灭菌,符合ISO10993标准,可在II级与III级医疗器械中使用。PSF材料因质轻、能被X射线透过、设计自由度高等特点正逐步取代金属医疗材料应用于消毒盘、手术牵开器、股骨试验盒、牙科器械等。
此外,PSF材料还因其优异的化学惰性与生物相容性,在医用膜材上被大量的研究与应用。早在1999年,美国国家透析相关疾病检测显示,超过70%的血液透析膜是基于PSF材质制备而成,相比传统结构件,其功能性更强。目前,各类具有不同选择透过性的PSF膜材料层出不穷,如血液透析膜、选择性阻隔膜等。
自2013年以来,我国医疗器械行业市场规模不断扩大, 2022年达到11.27万亿元,2025年将达1.86万亿元。其中,2020至今,受新冠疫情和国内庞大需求的影响,医疗器械行业投融资金额逐渐增加,投资者活跃度较高。随着国家不断颁布政策,指导医疗器械行业发展,中国医疗器械发展空间大。随着产业发展政策环境持续优化,以及公众对医疗器械诊断精准化的需求日趋强烈,未来中国医疗器械行业市场规模,将会保持稳定增长态势。
2、食品接触:PSF材料因其性能稳定、无毒,符合美国食品药品监督管理局和欧洲委员会对食品及其接触应用的相关法规要求,广泛应用于食品接触领域。随着人们健康意识不断提高,对食品安全越来越重视。2011年,PC婴儿奶瓶制品因安全毒性问题遭到了欧盟的全面禁止,PPSU因其无毒、耐高温、高透明及优异的抗冲击性能成为PC的替代品之一。2017年5月举办的ChinaPlas2017国际橡塑展中,德国巴斯夫展示了以Ultrason®E2010PES为材料生产的空气炸锅,比传统的玻璃材料更轻、韧性更优、使用寿命更长。PSF材料可广泛用于婴儿奶瓶、微波烹调器具、咖啡滤析器、爆米花机、电炸锅、电饭锅、蛋炊具及吸奶器部件、饮料和食品等食品接触用具及厨房用具等。
厨具行业规模未来将不断扩大。根据中金企信统计数据,2022年全球炊具和烤箱领域的收入约为60亿美元,其中,中国市场收入30亿美元,占据%50的主要市场份额。预计全球炊具和烤箱领域的销量在2027年将达到1400万台。
3、汽车、航空领域:在汽车、航空航天领域,利用PSF的耐磨、耐负载性能,可制成止推环、灯具部件、空调系统密封条等;利用其可塑性、耐热性能可制作防护罩元件、电动齿轮、蓄电池盖、雷管、电子点火装置元件等;利用其天然阻燃、耐化学性、低变形性可生产飞机内部配件和飞机外部零件、宇航器外部防护罩、照明器档板、电传动装置、传感器等。
汽车领域中,新能源汽车将成为PSF市场增长较快的终端市场之一。中国新能源汽车产销量在2012-2021年实现飞速增长,其产量从1.30万辆增长至354.50万辆,复合增长率为86.5%。
航空航天领域也将成为PSF市场增长较快的终端市场之一。目前波音、空客等大型航空航天公司对轻量化飞机部件的需求不断增加,驱使PSF生产企业推陈出新。Plasti Comp与德国巴斯夫公司合作推出了“基于聚芳醚砜的长纤维热塑性塑料(LFT)”,该复合材料作为以塑代钢的首选,为航空航天器的持续轻量化提供了解决方案,对PSF材料在航空航天领域的应用产生积极影响。
4)电子电气领域:PSF具有天然阻燃性、良好绝缘性、耐热性、耐化学性及加工稳定性,可用于制作各种高温用接触器、接插件、变压器绝缘件、可控硅帽、绝缘套管、线圈骨架、接线柱、印刷电路板、轴套、TV系统零件、电容器薄膜、电刷座、碱性蓄电池盒等。我国集成电路产业规模持续增加,贸易摩擦加速国产化进程。2018年,我国集成电路市场规模已达1.50万亿元,成为全球最大的半导体市场,PSF在集成电路以及半导体中的应用随之增长。
2022年全球半导体设备销售额有望连续刷新历史记录。2021年半导体设备全球销售总额将达到1,030.00亿美元的新高,较2020年的710亿美元增长45.07%。预计2022年全球半导体设备市场总额将扩大到1,140亿美元,有望连续三年创历史新高。
5)水处理膜和超滤膜:PSF具有高强度、高韧性、高刚度和水解稳定性及可溶于极性溶剂,可用于制造中空纤维膜、平板膜、管状膜和超滤膜等。
近20年是我国膜产业的高速增长期。至2017年底,全球膜产值已达1050亿美元,我国膜产业的总产值约为2000亿人民币,我国膜产业占全球膜产业产值比重从1999年的1.70%提升到了2017年的27.00%以上。未来随着污水资源化、深度水处理的需求增加,水处理膜产业仍将快速发展。
根据中金企信统计数据:PES和PPSU可作为聚合物和共混物提升工程膜的性能从而制得超滤膜。超滤膜的全球市场在2021年为44亿美元,预计到2026年增长到60亿美元。
6)其他应用:PSF可用于制作加湿器、吹风机、服装汽蒸、照相机盒,放映机元器件等耐热、耐水解产品。带硅烷的PSF如PSU-SR、PKXR等可作为玻纤和碳纤等纤维的上浆粘合剂。PSF与PTFE粉末混合后,应用于制备水溶或油溶耐磨粉末涂料。除此之外,PSF还可制造各种化工加工设备、食品加工设备、污染控制设备、奶制品加工设备及工程、建筑、化工用管道等。
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