三大超強(qiáng)纖維之一,產(chǎn)品多元化發(fā)展芳綸是高性能化學(xué)合成纖維。芳綸、碳纖維、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)并稱為世界三大高性能纖維材料。芳綸全稱是“芳香族聚酰胺纖維”,英文名為“Ar...
芳綸是高性能化學(xué)合成纖維。芳綸、碳纖維、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)并稱為世界三大高性能纖維材料。
芳綸全稱是“芳香族聚酰胺纖維”,英文名為“AramidFiber”,是指至少有85%的酰胺鍵直接與芳香環(huán)相連的長鏈合成聚酰胺纖維。
芳綸纖維具有低密度、高模量、高強(qiáng)度、耐切割、耐腐蝕、耐高溫、絕緣和阻燃等優(yōu)異性能,其強(qiáng)度是鋼絲的5~6倍,模量為鋼絲或玻璃纖維的2~3倍,韌性是鋼絲的2倍,而重量僅為鋼絲的1/5左右,在560度的溫度下,不分解,不融化,綜合性能突出。
商業(yè)化的芳綸產(chǎn)品主要有間位及對(duì)位兩種。按照芳香環(huán)的種類,芳綸可分為全芳香族聚酰胺纖維和雜環(huán)芳香族聚酰胺纖維兩大類;按照酰胺鍵與苯環(huán)連接的位置,可分為間位、對(duì)位和鄰位三種。
目前已進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的芳綸主要是兩大類:間位芳綸(PMIA,1313)和對(duì)位芳綸(PPTA,1414),其中對(duì)位芳綸生產(chǎn)技術(shù)難度更大,產(chǎn)品性能更好。
間位芳綸及對(duì)位芳綸產(chǎn)品多樣化,可滿足多領(lǐng)域的需求。芳綸產(chǎn)品是由酰胺及酰氯發(fā)生聚合后,將聚合物通過紡絲再加工成型。按照是否染色,芳綸分為色絲和白絲;按照紡絲形態(tài),分為長絲及短纖。間位芳綸中還有導(dǎo)電纖維、紗線等產(chǎn)品形態(tài),對(duì)位芳綸捻線、機(jī)織布、漿粕等差別化產(chǎn)品,可滿足不同領(lǐng)域。
芳綸延展性、耐高溫、阻燃性能優(yōu)異。在三種材料中,芳綸的延展性能最佳,間位芳綸的斷裂伸長率可達(dá)25~40%,超過碳纖維和UHMWPE十倍以上。
對(duì)位芳綸的彈性模量較高,可達(dá)120GPa,說明其材料剛度大、彈性形變?。?/strong>碳纖維在三種材料中最耐高溫,使用溫度可以高達(dá)2000℃,分解溫度高達(dá)3700℃,芳綸使用溫度為-196~250℃,可滿足日常使用。
芳綸及碳纖維的氧指數(shù)都高達(dá)28%以上,阻燃性能好,UHMWPE密度最低,但是其氧指數(shù)最低為17.3%,無法達(dá)到耐高溫及阻燃效果。
間位芳綸具有優(yōu)異的阻燃性、耐高溫、絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗輻射性能。間位芳綸分子鏈中的酰胺基團(tuán)和間位的苯基相連,沒有共軛效應(yīng)、內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能較低、鏈段柔性相對(duì)較好、結(jié)晶度較低,所以其模量低、伸長率高,作為織物的手感和舒適性更好。
間位芳綸具有優(yōu)異的阻燃性、耐高溫、絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性,廣泛用于防火材料、高溫傳送帶、高溫過濾材料、高溫防護(hù)織物、電氣絕緣隔熱等領(lǐng)域。
對(duì)位芳綸具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、強(qiáng)韌性、阻燃性、耐化學(xué)藥品性、耐腐蝕性及尺寸穩(wěn)定性。
對(duì)位芳綸具有很高的強(qiáng)度,比拉伸強(qiáng)度為鋼纖維的5~6倍,比模量為鋼纖維的2倍;熱分解溫度達(dá)到570℃,可以在±200℃下長期使用;與碳纖維相比,芳綸柔軟無脆性,可以抗強(qiáng)沖擊;尺寸穩(wěn)定性好,在熱空氣中不會(huì)收縮,形變?。荒突瘜W(xué)腐蝕性好。
對(duì)位芳綸的高結(jié)晶度和強(qiáng)的分子間相互作用可以防止化學(xué)物質(zhì)侵入到聚合物結(jié)構(gòu)中,在2~12的pH范圍內(nèi)性能穩(wěn)定。芳綸作為增強(qiáng)材料應(yīng)用廣泛。隨著現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)和高新產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,汽車、工程機(jī)械、微電子、通訊、船舶等行業(yè)對(duì)高性能材料的需求越來越強(qiáng),要求也越來越高,一般的材料很難滿足需要。
芳綸聚合物及其纖維制品在不同領(lǐng)域中發(fā)揮著愈加重要的作用,例如建材、電子電器、防彈制品、交通、軍事、航空等領(lǐng)域。2011年在“東方時(shí)空”節(jié)目中,芳綸就被譽(yù)為“牽一絲動(dòng)二十個(gè)工業(yè)領(lǐng)域”,可見其在工業(yè)中的重要價(jià)值。
性能全面提升和國產(chǎn)化替代是新材料的發(fā)展歷程。隨著科技進(jìn)步和生活質(zhì)量的全面提高,新材料以其優(yōu)越的性能逐漸替代傳統(tǒng)材料。
一方面,新材料能夠通過優(yōu)化的性能更好地滿足不同領(lǐng)域的材料需求;另一方面,許多新材料具有低碳、清潔、可再生等屬性,這一類材料逐漸實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)高能耗材料的替代,契合能源革命與“雙碳”的時(shí)代主題。
全面替代決定了新材料的下游領(lǐng)域眾多,發(fā)展空間巨大。國外的巨頭企業(yè)在新材料的應(yīng)用中走在前列,國內(nèi)的企業(yè)在逐漸研發(fā)的過程中突破壁壘、高速發(fā)展,帶來了市場(chǎng)的雙重空間。
軍用市場(chǎng)引領(lǐng)發(fā)展,國內(nèi)技術(shù)不斷突破。從發(fā)展歷程看,芳綸和碳纖維以其特殊的性能優(yōu)勢(shì)最初都用于軍工行業(yè),后以杜邦、帝人、東麗等為代表的美國和日本企業(yè)不斷研發(fā)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,引領(lǐng)技術(shù)及市場(chǎng)。
中國企業(yè)在二十世界后開始發(fā)力,追趕世界領(lǐng)先的技術(shù)并逐步取得突破。目前在芳綸、碳纖維和UHMWPE中均出現(xiàn)了優(yōu)秀的代表企業(yè),為國內(nèi)填補(bǔ)了技術(shù)上的空白。
高性能纖維行業(yè)呈現(xiàn)技術(shù)密集、投資巨大的特點(diǎn)。目前,高性能纖維正進(jìn)入蓬勃發(fā)展的新階段,各品種性能、規(guī)格的不斷完善和系列化以及新品種的陸續(xù)出現(xiàn),使高性能纖維邁入了“量體裁衣”的時(shí)代。
航空航天、新能源、海洋、生物醫(yī)學(xué)、通訊信息、軍工等高科技產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,對(duì)纖維材料性能的要求越來越高,也促進(jìn)了對(duì)新型纖維的研究與開發(fā)。未來高性能纖維將朝著低成本、高質(zhì)量的方向發(fā)展。
2023年年報(bào)統(tǒng)計(jì),全球名義產(chǎn)能約15-16萬噸,同比增長約10%;全球需求約12-13萬噸,同比增長約11%,未來將持續(xù)受益于下游光纖光纜、個(gè)體防護(hù)等領(lǐng)域的需求增長。初步統(tǒng)計(jì)2023年全球規(guī)模達(dá)47億美元,預(yù)計(jì)到2029年將達(dá)到83億美元,2023年至2029年的復(fù)合年增長率為9.7%。
2023年中國對(duì)位芳綸行業(yè)需求量為2.38萬噸。芳綸行業(yè)技術(shù)壁壘高,產(chǎn)能集中在國外。中國芳綸行業(yè)起步較晚,目前全球產(chǎn)能集中在海外企業(yè)。
芳綸行業(yè)毛利率30-40%,根據(jù)不同性能及應(yīng)用價(jià)格穩(wěn)定在10-30萬之間。芳綸作為高性能纖維,國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)較少,產(chǎn)品價(jià)格較為穩(wěn)定。間位芳綸價(jià)格通常在10-20萬/噸,對(duì)位芳綸均價(jià)在20-30萬/噸之間。芳綸企業(yè)利潤率較為穩(wěn)定,通常毛利率在30-40%之間,屬于高毛利行業(yè)。
全球間位芳綸需求以絕緣紙與蜂窩芯材為主,我國需求結(jié)構(gòu)仍有較大改善空間。
從全球范圍內(nèi)來看,由于突出的耐高溫、阻燃和絕緣性,間位芳綸主要用于電氣絕緣與安全防護(hù)織物,分別占比34%和29%,技術(shù)含量和產(chǎn)品附加值相對(duì)較高。我國間位芳綸應(yīng)用仍以防護(hù)服及相對(duì)低端的工業(yè)高溫過濾材料為主,占比總計(jì)80%。
芳綸紙需求占比為10%,通訊、新能源汽車等領(lǐng)域的新興需求占比10%。國內(nèi)廠家在低端領(lǐng)域產(chǎn)能充足、競(jìng)爭激烈,需求結(jié)構(gòu)特別是高端領(lǐng)域的應(yīng)用仍有較大的改善空間。
間位芳綸是耐高溫防護(hù)織物面料的絕佳選擇。間位芳綸阻燃性、隔熱性好,紡織性能和柔軟性好,屬于本質(zhì)阻燃面料,與傳統(tǒng)的將織物在防火劑里浸泡的后處理阻燃織物相比,阻燃時(shí)間更長、可洗滌且遇火沒有熔滴、不會(huì)產(chǎn)生毒害物質(zhì)。
目前,消防員滅火防護(hù)服通常由多層面料結(jié)構(gòu)組成,由外至里分別為外層、防水透氣層、隔熱層和內(nèi)襯。外層面料主要由高性能纖維材料制成,包括芳綸1414纖維、芳綸1313纖維、PBI纖維、PBO纖維等;防水透氣層可排出穿著者內(nèi)環(huán)境中水汽,同時(shí)擋風(fēng)、擋外部液態(tài)水,一般采用非織造布和阻燃PTFE的復(fù)合材料復(fù)合而成;隔熱層面料主要由立體網(wǎng)眼針織物或非織造材料制作;內(nèi)襯也稱作舒適層,具備穿著舒適性和阻燃性能,一般為芳綸纖維和阻燃粘膠纖維的混紡機(jī)織物。
2018-2023年國內(nèi)消防市場(chǎng)規(guī)模年均復(fù)合增速為6.13%,我們預(yù)計(jì)未來消防行業(yè)對(duì)間位芳綸的需求有望保持6%左右的增速。國家規(guī)定了多項(xiàng)防護(hù)服阻燃服的標(biāo)準(zhǔn)。阻燃服、隔熱服是為消防、冶金、焊接、電力、化工、石油等任何有可能產(chǎn)生火苗、高溫等領(lǐng)域的作業(yè)人員提供隔(防)熱保護(hù)的服裝。2020年,《防護(hù)服裝阻燃服》、《個(gè)體防護(hù)裝備配備規(guī)范》等國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)先后發(fā)布。國標(biāo)GB8965.1-2020《防護(hù)服裝阻燃服》于2021年8月1日起實(shí)施,對(duì)阻燃防護(hù)服的阻燃性能、物理性能等提出了更為明確、嚴(yán)格的要求,要求所有面料均要達(dá)到規(guī)定的熱防護(hù)性能值。工業(yè)防護(hù)和消防領(lǐng)域是間位芳綸的下游第一大應(yīng)用領(lǐng)域,新標(biāo)準(zhǔn)施行有望提高芳綸需求空間。
國家應(yīng)急管理部出臺(tái)的《個(gè)體防護(hù)裝備配備規(guī)范》于2022年1月1日起全面實(shí)施。安全事故關(guān)系到刑事責(zé)任;安全生產(chǎn)責(zé)任險(xiǎn)會(huì)看是否配防護(hù)服。新規(guī)范要求石油石化、有色冶金、非煤礦山這三個(gè)行業(yè)率先執(zhí)行。根據(jù)市場(chǎng)售賣的阻燃服重量及芳綸含量,我們預(yù)計(jì)單套服裝對(duì)應(yīng)的間位芳綸用量為1-1.5千克。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局及環(huán)球網(wǎng)顯示的各行業(yè)人數(shù),我們按照40%的配備比例及年均數(shù)量3套的標(biāo)準(zhǔn),測(cè)算間位芳綸年需求約1.2萬噸。
考慮到存量替換及各企業(yè)配備的進(jìn)度可能不及預(yù)期,我們保守預(yù)計(jì)2023-2025防護(hù)服每年對(duì)間位芳綸的需求增速為15%。間位芳綸可用于火電、水泥、鋼鐵等領(lǐng)域排放的高溫?zé)煔獾沫h(huán)保過濾。工業(yè)生產(chǎn)中火電廠、水泥廠、鋼鐵廠排放的高溫?zé)煔庵泻写罅康牡趸?、硫氧化物和?xì)小顆粒粉塵,對(duì)大氣環(huán)境造成極大污染。過濾布和過濾袋是工業(yè)除塵或液體過濾設(shè)備的關(guān)鍵部件,直接決定過濾設(shè)備性能的發(fā)揮和過濾效果的好壞,被稱為過濾設(shè)備的“心臟”,甚至關(guān)系到企業(yè)是否能夠達(dá)標(biāo)生產(chǎn),是企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營不可或缺的配件。同時(shí)過濾布和袋又屬于耗材,需要定期更換以保證過濾效果的穩(wěn)定性,其需求具有持續(xù)性。
間位芳綸阻燃性、耐高溫性、絕緣性、耐腐蝕性好,可以在高溫?zé)煔獾沫h(huán)境中起到過濾作用。環(huán)保要求日趨嚴(yán)苛,間位芳綸需求旺盛。
當(dāng)前我國工業(yè)快速發(fā)展的同時(shí),也給空氣質(zhì)量造成了很大壓力,其中工業(yè)煙粉塵中大量微細(xì)粒子是導(dǎo)致我國大氣質(zhì)量惡化的重要因素之一。根據(jù)全國環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào),鋼鐵冶金、燃煤電廠、水泥建材、石油化工等重工業(yè)均是煙氣粉塵的主要排放源。2013年9月10日,國務(wù)院頒布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》,提出經(jīng)過五年努力,全國空氣質(zhì)量總體改善,新建火電、鋼鐵、石化、水泥、有色、化工等企業(yè)以及燃煤鍋爐項(xiàng)目需要執(zhí)行大氣污染物特別排放限值。隨著國家對(duì)環(huán)境污染問題重視程度的提高,各地區(qū)、各行業(yè)排放控制標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格,特殊排放和超低排放已趨于常態(tài)化。
近年來,我國制造業(yè)企業(yè)固定資產(chǎn)投資總體呈持續(xù)增長趨勢(shì),在當(dāng)前我國節(jié)約環(huán)保政策趨嚴(yán)的大背景下,鋼鐵、化工、火電、冶金、礦山和食品等眾多用水量和煙塵排放量均相對(duì)較大的行業(yè)將面臨嚴(yán)格監(jiān)管。存量更換及增量需求將帶動(dòng)過濾材料市場(chǎng)增長。間位芳綸作為環(huán)保過濾袋的主要材料之一,有較為廣闊的增長空間。
全球及國內(nèi)間位芳綸消費(fèi)量有望持續(xù)增長。目前,國外間位芳綸產(chǎn)業(yè)發(fā)展更為成熟,產(chǎn)品系列化和差別化程度高,應(yīng)用技術(shù)研究深入,高端市場(chǎng)份額占比高,總產(chǎn)能3.25萬噸/年左右,其中杜邦是全球生產(chǎn)規(guī)模最大的間位芳綸生產(chǎn)企業(yè),也是最早開始大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的公司,產(chǎn)能占全球總產(chǎn)能的53.1%;泰和新材目前是國內(nèi)市場(chǎng)占比第一的企業(yè),市場(chǎng)占有率達(dá)到近50%。
全球間位芳綸整體呈現(xiàn)供過于求狀態(tài),其中杜邦、帝人等外企產(chǎn)品質(zhì)量較高,在國際市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位,下游主要應(yīng)用于安全防護(hù)、芳綸紙等高端消費(fèi)領(lǐng)域;2027年全球間位芳綸供需預(yù)計(jì)分別達(dá)8.5萬噸、7萬噸。
從終端消費(fèi)領(lǐng)域來看,全球間位芳綸需求主要集中在安全防護(hù)、芳綸紙等高端消費(fèi)領(lǐng)域,其中安全防護(hù)和芳綸紙需求合計(jì)占比約66%。芳綸紙是芳綸下游主要產(chǎn)品之一,應(yīng)用以電氣絕緣和蜂窩芯材(結(jié)構(gòu)減重材料)為主。芳綸紙是以芳綸短切、沉析或者漿粕纖維通過濕法造紙工藝制備而成的片狀、輕質(zhì)復(fù)合材料。
長期以來芳綸紙市場(chǎng)主要由杜邦公司占據(jù)。全球的芳綸紙主要用于電氣絕緣和蜂窩芯材領(lǐng)域,分別占64%和34%。相比于國際市場(chǎng),國內(nèi)芳綸紙中91%應(yīng)用于電氣絕緣領(lǐng)域,技術(shù)相對(duì)復(fù)雜的蜂窩芯材的應(yīng)用仍然有待提高。
芳綸紙蜂窩芯材可作為夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料用芯材。芳綸紙蜂窩芯材是芳綸紙經(jīng)涂膠、疊合、熱壓、切邊、拉伸、定型、浸膠、固化等一系列復(fù)雜工藝而制作成特殊結(jié)構(gòu)的。具有天然蜂巢的六邊形結(jié)構(gòu)的特殊材料,輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng),且具有隔音、隔熱、阻燃等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通等領(lǐng)域。已成為飛機(jī)復(fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的首選芯材,可降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)功能部件透波、降噪、隔熱性能。芳綸紙蜂窩夾層芯材已在高鐵車輛的車廂側(cè)板、頂板、座椅、隔板、行李架以及天窗板等部位上得到應(yīng)用,可以減輕車輛質(zhì)量,提高列車的速度。
芳綸紙蜂窩芯材也可用于鋰電池隔膜、風(fēng)機(jī)葉片、船舶游艇、賽艇、滑雪板、房車等產(chǎn)品的制造。目前芳綸紙?jiān)趪鴥?nèi)的高鐵、波音飛機(jī)等領(lǐng)域中已經(jīng)有全面且成熟的應(yīng)用。芳綸紙是高性能紙基絕緣材料,可應(yīng)用于高端和復(fù)雜工況的絕緣系統(tǒng)。
間位芳綸紙具有優(yōu)異的電絕緣性能、良好的熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性、阻燃性和耐腐蝕性,是具有高附加價(jià)值的特種絕緣紙。相較于傳統(tǒng)的紙基(植物纖維素基)絕緣材料,間位芳綸紙的耐溫性、耐候性更好,更能保障電力設(shè)備穩(wěn)定、安全運(yùn)行,更能滿足大功率、高電壓設(shè)備的極端要求,從而推動(dòng)現(xiàn)代電器電工行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。
國家高度重視芳綸紙技術(shù)突破,為行業(yè)發(fā)展提供了良好的政策和市場(chǎng)環(huán)境。芳綸紙最初由美國杜邦公司在20世紀(jì)60年代成功研發(fā)并率先產(chǎn)業(yè)化,經(jīng)過60年的發(fā)展,杜邦芳綸紙無論是研發(fā)水平還是規(guī)?;a(chǎn)都日趨成熟,占據(jù)技術(shù)和市場(chǎng)上的壟斷地位。我國對(duì)芳綸纖維及芳綸紙相關(guān)行業(yè)的發(fā)展高度重視,但由于國外在技術(shù)上的封鎖,直到二十世紀(jì)末也沒有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。
進(jìn)入二十一世紀(jì),民士達(dá)成功研制出間位芳綸紙,打破了美國杜邦公司的全球獨(dú)家壟斷,使我國成為世界上第二個(gè)能夠生產(chǎn)芳綸紙的國家,民士達(dá)也因此奠定了我國芳綸紙行業(yè)的龍頭地位。2021年,芳綸紙被列入重點(diǎn)關(guān)鍵新材料發(fā)展名單。近年來,國務(wù)院、發(fā)改委、工信部等政府機(jī)關(guān)或部門多次出臺(tái)相關(guān)政策和措施繼續(xù)支持芳綸紙行業(yè)的發(fā)展,為做大做強(qiáng)芳綸紙行業(yè)提供了良好的政策和市場(chǎng)環(huán)境。
近幾年我國高速列車、國產(chǎn)飛機(jī)制造及航空母艦等裝備制造業(yè)的快速發(fā)展更是帶動(dòng)了芳綸絕緣紙和芳綸紙蜂窩芯材的發(fā)展。
根據(jù)數(shù)據(jù),由于下游行業(yè)的強(qiáng)勁需求,中國芳綸紙消費(fèi)量預(yù)計(jì)到2028年,我國將消耗12290噸芳綸紙,2023-2028年CAGR為16.27%;預(yù)計(jì)2028年中國芳綸紙市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到4.39億美元,2023-2028年復(fù)合年均增長率為14.92%。全球芳綸紙制造商主要有五家,分別是美國杜邦公司、民士達(dá)、超美斯、贛州龍邦、時(shí)代華先。美國杜邦公司于二十世紀(jì)六十年代率先完成芳綸纖維及其下游芳綸紙的研發(fā)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,引領(lǐng)了芳綸紙基材料的發(fā)展方向。長期以來,美國杜邦公司憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì)在全球市場(chǎng)處于壟斷地位,其芳綸紙產(chǎn)品性能指標(biāo)高、品種豐富,占據(jù)全球芳綸紙市場(chǎng)的主要市場(chǎng)份額。民士達(dá)突破了纖維分散、濕法成形、高溫整飾等芳綸紙制備過程中的“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù),打破國外技術(shù)壟斷,成為國內(nèi)第一家芳綸紙制造商,實(shí)現(xiàn)了芳綸紙的國產(chǎn)規(guī)?;苽洌行浹a(bǔ)了我國芳綸紙產(chǎn)業(yè)鏈的短板。
對(duì)位芳綸是軍民兩用產(chǎn)品,應(yīng)用潛力巨大,主要有防彈防護(hù)、電子通信、汽車工業(yè)、工業(yè)增強(qiáng)四大領(lǐng)域。
除了具有耐高溫、阻燃和絕緣等性能,對(duì)位芳綸還具有高強(qiáng)度、高模量的特性,耐磨性和耐切割性能也十分優(yōu)異,在許多特殊的應(yīng)用場(chǎng)景大有用武之地。
全球范圍內(nèi)來看,對(duì)位芳綸主要用于防彈防護(hù)和車用摩擦材料(如膠管、剎車片、離合器片等),各占總需求的30%。國內(nèi)對(duì)位芳綸50%應(yīng)用于光纜。對(duì)位芳綸還可用于制造高檔汽車的輪胎簾線,用于子午線輪胎的帶束層,在全球需求中占比10%左右。
對(duì)位芳綸簾線具有強(qiáng)度高、變形小、熱收縮低、耐熱和蠕變性小等優(yōu)點(diǎn),能夠減小輪胎質(zhì)量和降低滾動(dòng)阻力,并有利于提高輪胎的抗刺扎和抗切割性能。芳綸應(yīng)用范圍逐步拓展,下游需求逐年增長。
隨著我國交通運(yùn)輸、光纖通信、高速鐵路、航空補(bǔ)強(qiáng)、輕量汽車子午胎用簾子布及剎車片等領(lǐng)域和防彈防護(hù)等領(lǐng)域應(yīng)用的快速發(fā)展。對(duì)位芳綸的需求將呈現(xiàn)更加旺盛的局面。目前,國產(chǎn)芳綸Ⅱ已實(shí)現(xiàn)了基本型號(hào)以及部分高端產(chǎn)品的規(guī)?;?yīng),總年產(chǎn)能約1.50萬噸。但與國外相比,我國芳綸II產(chǎn)業(yè)化總體水平仍然較低,生產(chǎn)廠家多但產(chǎn)能偏小,集成化程度低,呈現(xiàn)明顯的“散而小”特點(diǎn),目前仍處于向規(guī)?;D(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵階段。
隨著國產(chǎn)芳綸實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代,芳綸應(yīng)用技術(shù)穩(wěn)步提升,對(duì)位芳綸需求增長高于預(yù)估值,下游需求百花齊放,新能源催生更大市場(chǎng)。到2027年,中國需求將達(dá)3萬噸/年。信息通信快速發(fā)展帶動(dòng)光纜鋪設(shè),對(duì)位芳綸是優(yōu)異的光纖增強(qiáng)材料。自2019年我國正式發(fā)放5G商用牌照以來,國內(nèi)5G建設(shè)快速推進(jìn),5G基站密集部署。傳輸數(shù)據(jù)量的迅速增長,對(duì)信息傳播介質(zhì)信息容量的要求不斷增大,將使光纖需求量較4G時(shí)代大幅增長。光纜是光纖和包覆護(hù)套組成的通信線纜。
截至2024年6月末,全國光纜線路總長度達(dá)到6712萬公里,比上年末凈增279.9萬公里。2023年我國光纖光纜產(chǎn)量達(dá)到3.5億芯公里,占全球產(chǎn)量的62.5%。對(duì)位芳綸具有高模量等優(yōu)異特性,可作為光纜中的張力構(gòu)件,使細(xì)小且脆弱的光纖在受到拉力時(shí)得到保護(hù)而不致伸長,從而不損害光的傳輸性能。
中國是最大光纖光纜生產(chǎn)國,在5G建設(shè)推動(dòng)的信息通信快速發(fā)展的背景下,光纖增強(qiáng)用芳綸需求空間將十分可觀。在國防軍工領(lǐng)域,芳綸與超高分子量聚乙烯(UHMWPE)存在部分替代關(guān)系。UHMWPE的密度較小,滿足防彈衣輕量化的需求,目前防彈衣市場(chǎng)已基本以高強(qiáng)PE為主,輔以PE/芳綸復(fù)合材料。
由于芳綸的阻燃和耐高溫性能突出,仍有不可替代性及市場(chǎng)空間。防彈頭盔方面,UHMWPE抗蠕變差、易變形,目前市場(chǎng)仍以芳綸為主。高溫場(chǎng)景(工業(yè)防護(hù)、工業(yè)過濾等),對(duì)材料厚度極為敏感的場(chǎng)景(絕緣紙,對(duì)耐火性有較高要求的場(chǎng)景(消防)等對(duì)芳綸需求較大。UHMWPE主要應(yīng)用于海洋漁業(yè)、紡織用品、安全防護(hù)、軍事裝備等領(lǐng)域。
隔膜涂覆提升電池性能,濕法涂覆是目前主流的技術(shù)。
隨著新能源汽車、3C電池技術(shù)的不斷提升,對(duì)隔膜的性能要求也越來越高。原有的干法和濕法基膜受限于PE的低熔點(diǎn),熱穩(wěn)定性較差,逐漸滿足不了現(xiàn)有的安全保障等要求,涂覆隔膜逐漸成為隔膜發(fā)展主流。
通過在表面涂覆無機(jī)材料、耐熱高分子材料或兩者混合物的方法,形成涂覆隔膜,能極大地優(yōu)化隔膜性能。但不同涂覆隔膜成本、性能和技術(shù)要求差別較大,市場(chǎng)上隔膜產(chǎn)品逐漸分化,產(chǎn)品種類不斷增加。
常見的涂覆材料包括氧化鋁、勃姆石等無機(jī)涂覆材料;PVDF、芳綸等有機(jī)涂覆材料;以及各類復(fù)合涂覆材料。芳綸涂覆優(yōu)勢(shì)顯著,有望逐步替代傳統(tǒng)無機(jī)涂覆方式。芳綸耐溫性強(qiáng),400°C以下不發(fā)生熔融,溫度超過400°C才碳化分解;限氧指數(shù)LOI為29-32%,在空氣中不會(huì)發(fā)生自燃。具有良好的阻燃性,離開火焰會(huì)自動(dòng)熄滅,介電常數(shù)低,能保持優(yōu)良的電絕緣性,化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng),耐酸耐堿,只能在部分有機(jī)溶劑中溶脹但不溶解,機(jī)械強(qiáng)度高。
基于間位芳綸優(yōu)異的安全特性,芳綸涂覆隔膜逐漸在鋰電池領(lǐng)域應(yīng)用。國內(nèi)外多項(xiàng)研究表明,芳綸涂覆的隔膜耐溫性、韌性、抗穿刺性、抗氧化性、綜合壽命和性能都得到了大幅提升,是實(shí)現(xiàn)未來高能量密度電池的重要條件。
國外芳綸涂覆技術(shù)成熟,國內(nèi)處于起步階段。芳綸涂覆的技術(shù)及專利長期被國外企業(yè)壟斷。帝人2019年開發(fā)芳綸涂覆隔膜,提高了電池的容量、耐熱性與放電效率。日本住友化學(xué)于2015年擴(kuò)大了芳綸涂覆隔膜的生產(chǎn),該耐高溫電池隔膜已應(yīng)用于特斯拉ModelS電動(dòng)車。
國內(nèi)恩捷等企業(yè)也嘗試生產(chǎn)芳綸涂覆隔膜,但由于專利限制、成本高昂、技術(shù)不達(dá)標(biāo)等問題目前仍未實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。成本高昂限制了芳綸涂覆隔膜在國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,芳綸企業(yè)布局隔膜涂覆有望改變行業(yè)發(fā)展格局。
目前傳統(tǒng)的PVDF、勃姆石涂覆的成本大約為0.5元/平,涂覆基膜的售價(jià)約為2.5元/平,而芳綸涂覆隔膜由于長期被國外壟斷,售價(jià)遠(yuǎn)高于此。泰和新材近期公告了芳綸涂覆隔膜的布局,中試產(chǎn)品在2023年得到驗(yàn)證,已經(jīng)完成產(chǎn)業(yè)化。泰和新材作為芳綸生產(chǎn)企業(yè),原料端成本具備優(yōu)勢(shì),廢液回收無需再添成本。
芳綸涂覆隔膜有望實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)的PVDF或陶瓷涂覆成本相差無多的整體成本,進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)涂覆行業(yè)進(jìn)步。我們預(yù)計(jì)2025年芳綸涂覆隔膜將拉動(dòng)芳綸需求2.5萬噸,迎來374億元的市場(chǎng)空間及125億元的利潤空間。
我們預(yù)測(cè)2025-2028年鋰電隔膜出貨量分別為228、342、462億平,按照70%、80%、90%的濕法涂覆滲透率和10%、20%、30%的芳綸涂覆滲透率計(jì)算,2023-2025年分別對(duì)應(yīng)16、55、125億平的芳綸涂覆隔膜產(chǎn)能。按照單面涂覆2g/平,預(yù)計(jì)未來三年分別有3192、10944、24948噸芳綸增量。按照芳綸隔膜涂覆單價(jià)3元/平的售價(jià)及1元/平的利潤,2025-2028年對(duì)應(yīng)48、164、374億元的市場(chǎng)空間及16、55、125億元的利潤空間。
供應(yīng)端全球主導(dǎo),國產(chǎn)化替代加速。間位芳綸供給集中于美中日韓,杜邦占據(jù)全球半壁江山。全球間位芳綸產(chǎn)能主要集中于美國、中國、日本、韓國四國手中。
目前,全球間位芳綸年產(chǎn)能為55500噸,主要生產(chǎn)企業(yè)包括美國杜邦、泰和新材、日本帝人等。國內(nèi)間位芳綸的產(chǎn)能主要由泰和新材和超美斯兩大供應(yīng)商提供,泰和新材的產(chǎn)能全球排名第二。
到2023年底,泰和新材的間位芳綸產(chǎn)能已達(dá)16000噸,全球市場(chǎng)份額超過30%,僅次于美國杜邦。國產(chǎn)化進(jìn)展較快,但仍有較大的增長空間,2023年我國間位芳綸產(chǎn)量約為13000噸,同比增長18.2%。美日占據(jù)全球?qū)ξ?a title="芳綸" href="http://www.ds12min.com/index.php?s=news&c=search&keyword=%E8%8A%B3%E7%BA%B6" target="_blank">芳綸供給絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。
目前國內(nèi)對(duì)位芳綸裝置名義產(chǎn)能超過2萬噸,但由于大部分企業(yè)仍處于小規(guī)模生產(chǎn)或者中試階段,實(shí)際有效產(chǎn)能和產(chǎn)量遠(yuǎn)小于名義產(chǎn)能。我國實(shí)際對(duì)位芳綸產(chǎn)量約為18000噸,同比增長約50%;對(duì)位芳綸需求量約為21500噸,同比增長約20.8%。
全球?qū)ξ环季]年產(chǎn)能為11萬噸,主要生產(chǎn)企業(yè)包括日本帝人、美國杜邦、泰和新材、韓國科隆等。其中泰和新材6000噸產(chǎn)能是國內(nèi)最大的生產(chǎn)商。部分供應(yīng)仍來自杜邦、帝人等公司進(jìn)口產(chǎn)品。杜邦公司壟斷芳綸紙主要產(chǎn)能,國內(nèi)公司發(fā)力打破技術(shù)壁壘。2023年全球芳綸紙產(chǎn)能約8.9萬噸/年,美國杜邦公司產(chǎn)能最高。
國內(nèi)廠商通過技術(shù)攻關(guān),實(shí)現(xiàn)了間位芳綸紙國產(chǎn)化,目前中國產(chǎn)量居全球第二位。數(shù)據(jù)顯示,中國的芳綸紙年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到3.46萬噸,占全球總產(chǎn)量的39%,成為世界第一大生產(chǎn)國,占據(jù)全球80%的市場(chǎng)份額,芳綸紙中低端領(lǐng)域產(chǎn)品已全面鋪開,高端領(lǐng)域正逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品。
芳綸行業(yè)格局較好,關(guān)鍵是生產(chǎn)工藝和工程集成導(dǎo)致的高壁壘。芳綸加工過程中,主要有聚合、紡絲、回收三個(gè)環(huán)節(jié)。
苯二胺和苯二甲酰氯首先通過縮聚反應(yīng)生成芳綸聚合物,聚合物的性能決定了整個(gè)芳綸纖維的穩(wěn)定性。隨后聚合物溶解在有機(jī)溶劑中,再經(jīng)紡絲過程制得芳綸纖維。紡絲過程決定了芳綸的性能,也是成本端的關(guān)鍵所在。
芳綸加工過程中使用的有機(jī)溶劑等廢液回收也是整個(gè)工藝流程中的關(guān)鍵所在,可以節(jié)約成本實(shí)現(xiàn)零排放。芳綸的聚合工藝主要有低溫溶液縮聚法和界面縮聚法。
其中低溫溶液縮聚法由于生產(chǎn)效率高、工藝相對(duì)簡單、溶劑消耗少、成本更低而成為國內(nèi)外間位芳綸和對(duì)位芳綸最主要的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝。
由于技術(shù)難度大、工藝復(fù)雜、投資成本高,只有少數(shù)國外企業(yè)如杜邦采取界面縮聚法生產(chǎn)間位芳綸Nomex。間位芳綸的紡絲工藝可分為干法紡絲、濕法紡絲和干噴濕法紡絲等方法。間位芳綸的主要生產(chǎn)廠商三種方法都有涉及,其中國內(nèi)廠家多以濕法紡絲為主。
對(duì)位芳綸具有溶致性向列型液晶結(jié)構(gòu)。芳綸因其剛性棒狀的分子結(jié)構(gòu)以及分子間較強(qiáng)的氫鍵作用在溶液中能夠完全伸展開來。當(dāng)對(duì)位芳綸紡絲液通過紡絲孔時(shí),大分子會(huì)在高剪切應(yīng)力作用下取向。若選用合適的凝固浴條件,可以很好地對(duì)位芳綸溶液中的取向和結(jié)晶結(jié)構(gòu)保存下來,再經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗屠?,進(jìn)一步增大結(jié)晶度和取向度,從而使得到的纖維具有極高的強(qiáng)度和模量,成為高性能纖維。
對(duì)位芳綸紡絲工藝以干噴濕紡法為主,技術(shù)是制約對(duì)位芳綸產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)難點(diǎn)。由于對(duì)位芳綸只能溶解于濃硫酸中,而硫酸的揮發(fā)性低,采用干法紡絲不能除去溶劑,因此對(duì)位芳綸紡絲不能采用干法紡絲。濕法紡絲不能實(shí)現(xiàn)纖維的高倍拉伸,影響芳綸的力學(xué)性能,因此對(duì)位芳綸也不適合采用濕法紡絲工藝。
以杜邦公司的Kevlar纖維為例,其生產(chǎn)步驟包括:將聚合物混合于冷凍濃硫酸并溶解;將紡絲溶液加熱到85℃形成液晶溶液;紡絲液經(jīng)過濾后用齒輪泵從噴絲口擠出;擠出液在約為8mm氣隙的空氣層中進(jìn)行約6倍的拉伸;液態(tài)絲條在溫度為5~20℃,含5%~20%的硫酸的凝固浴中凝固成形;絲條從凝固浴出來后水洗,在160~210℃加熱干燥經(jīng)卷繞得到成品。芳綸紡絲過程復(fù)雜,且由于濃硫酸有腐蝕性,對(duì)設(shè)備的要求很高,加之工藝控制較為復(fù)雜,生產(chǎn)成本較高,使得對(duì)位芳綸產(chǎn)業(yè)化相對(duì)較慢,杜邦、帝人等國外先發(fā)企業(yè)構(gòu)筑了極高的技術(shù)壁壘。
芳綸在國防軍工、航天航空等重要領(lǐng)域的應(yīng)用決定了其戰(zhàn)略意義和價(jià)值。芳綸作為應(yīng)用最廣的高性能纖維之一,是國家安全不可或缺的戰(zhàn)略物資,在軍事防護(hù)裝備、航空航天領(lǐng)域等國防領(lǐng)域具有不可替代的作用。為了適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要,美、英等發(fā)達(dá)國家的防彈衣均為芳綸材質(zhì),芳綸防彈衣、頭盔的輕量化,有效提高了軍隊(duì)的快速反應(yīng)能力和殺傷力。在航空、航天方面,芳綸由于質(zhì)量輕而強(qiáng)度高,節(jié)省了大量的動(dòng)力燃料。
由于芳綸投資成本高,技術(shù)難度大,長期以來只有美日等極少數(shù)發(fā)達(dá)國家能夠商業(yè)化生產(chǎn)。西方國家把中國視為競(jìng)爭對(duì)手并對(duì)我國實(shí)施技術(shù)封鎖和有限禁運(yùn)。
國內(nèi)芳綸起步較晚,產(chǎn)業(yè)化一度十分艱難。國家高度重視芳綸自主產(chǎn)業(yè)化,出臺(tái)系列政策促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。未來高性能纖維是低碳化、輕量化、抗腐蝕等領(lǐng)域的共性核心技術(shù),是國家制造業(yè)和低碳經(jīng)濟(jì)核心競(jìng)爭力的關(guān)鍵。輕質(zhì)高強(qiáng)材料是“中國制造2025”的需要突破的十大重點(diǎn)領(lǐng)域,芳綸及相關(guān)復(fù)合材料產(chǎn)品是其中關(guān)鍵材料之一。
我國一直對(duì)芳綸有較高的重視程度,國務(wù)院、地方政府、行業(yè)協(xié)會(huì)等紛紛制定相關(guān)政策,積極鼓勵(lì)和支持國產(chǎn)對(duì)位芳綸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。未來,以芳綸為代表的高性能纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)將重點(diǎn)推動(dòng)協(xié)同創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)建設(shè),重點(diǎn)產(chǎn)品系列化、產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)需對(duì)接,開拓應(yīng)用領(lǐng)域和引導(dǎo)集聚發(fā)展。國內(nèi)企業(yè)自主研發(fā),多年進(jìn)步力克高壁壘實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代。
國內(nèi)企業(yè)以龍頭泰和新材為例,公司建立支撐創(chuàng)新、引領(lǐng)創(chuàng)新、激勵(lì)創(chuàng)新的制度體系,屢屢突破“卡脖子”技術(shù),榮獲3次國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)。
過去十年,國內(nèi)企業(yè)持續(xù)投入大量研發(fā)經(jīng)費(fèi),在設(shè)備制造、原料聚合、紡絲工藝等過程不斷取得進(jìn)步,成功突破間位、對(duì)位生產(chǎn)技術(shù)及芳綸紙壁壘。2019年中化國際投資12.5億生產(chǎn)5000噸/年對(duì)位芳綸,投資額仍較高,為25萬/噸。投資密度的降低體現(xiàn)了芳綸加工的工藝進(jìn)步,盈利空間進(jìn)一步加大,行業(yè)壁壘進(jìn)一步提高。
根據(jù)對(duì)需求及供應(yīng)的分析,我們預(yù)測(cè)了2025-2028年芳綸行業(yè)的供需格局:
國內(nèi)間位芳綸:防護(hù)服:按照上文中測(cè)算,預(yù)計(jì)防護(hù)服未來3年成為間位芳綸下游第一大需求領(lǐng)域。我們按照40%的配備比例及年均數(shù)量3套的標(biāo)準(zhǔn),測(cè)算間位芳綸每年的需求約1.2萬噸;考慮到存量替換及各企業(yè)配備的進(jìn)度可能不及預(yù)期,我們保守預(yù)計(jì)2025-2028防護(hù)服每年對(duì)間位芳綸的需求增速為15%。
工業(yè)過濾:根據(jù)數(shù)據(jù),我國高溫濾料行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模2020-2023年的需求增速為8%,考慮到國內(nèi)經(jīng)濟(jì)逐步修復(fù),我們保守估計(jì)工業(yè)過濾領(lǐng)域用的間位芳綸增速為3%。
芳綸紙:根據(jù)數(shù)據(jù),2020-2023芳綸紙市場(chǎng)規(guī)模增速為10%,預(yù)計(jì)未來三年芳綸紙價(jià)格增速約5%,剔除價(jià)格增長,我們保守預(yù)計(jì)2025-2028年芳綸紙需求增速為5%。
鋰電隔膜涂覆:根據(jù)上文測(cè)算,我們預(yù)計(jì)2025-2028年隔膜涂覆新增芳綸需求分別為0.5/1.3/2.6萬噸。預(yù)計(jì)2025-2028其他領(lǐng)域?yàn)?%的需求增速。
國內(nèi)對(duì)位芳綸:國防軍工:需求隨國際政治等形勢(shì)變化,偶然性較大,可能會(huì)帶來短期內(nèi)的新增需求。根據(jù)財(cái)政部數(shù)據(jù),2020年至2023年我國國防支出平均增速為8%,考慮到對(duì)位芳綸的國產(chǎn)化替代空間及新增需求,我們預(yù)計(jì)2025-2028年國防軍工領(lǐng)域?qū)ξ?a title="芳綸" href="http://www.ds12min.com/index.php?s=news&c=search&keyword=%E8%8A%B3%E7%BA%B6" target="_blank">芳綸需求增速為10%。
光纖光纜:根據(jù)工信部數(shù)據(jù),2020-2023年我國光纜線路長度增速為11%,考慮到光纖光纜行業(yè)逐步成熟,我們預(yù)計(jì)2025-2028年需求增速為10%。
增強(qiáng)材料:對(duì)位芳綸作為增強(qiáng)材料,在高速鐵路、航空補(bǔ)強(qiáng)、輕量汽車子午胎用簾子布及剎車片等領(lǐng)域的應(yīng)用快速發(fā)展,預(yù)計(jì)2025-2028年增速為10%??紤]到國產(chǎn)化替代空間及需求增長,預(yù)計(jì)其他領(lǐng)域需求增速為10%全球(除中國外)需求:由于海外的需求處于較為平穩(wěn)發(fā)展的階段,我們保守預(yù)計(jì)全球(除中國外)的防護(hù)服、工業(yè)過濾、芳綸紙等行業(yè)對(duì)間位芳綸的需求增速為5%;保守預(yù)計(jì)全球(除中國外)的軍工、光纖光纜、增強(qiáng)材料等行業(yè)對(duì)間位芳綸的需求增速為6%。
間位芳綸和對(duì)位芳綸短期內(nèi)供需仍偏緊。長期來看,新增防護(hù)服、隔膜涂覆等需求或?qū)⒗瓌?dòng)行業(yè)整體規(guī)模,間位芳綸呈供不應(yīng)求局面,對(duì)位芳綸供需緊平衡。我國芳綸產(chǎn)量消費(fèi)量均呈上升趨勢(shì),2023年對(duì)外依存度為23%,預(yù)計(jì)傳統(tǒng)需求未來三年仍有2000-3000噸左右的進(jìn)口替代空間。
全球?qū)ξ环季]應(yīng)用預(yù)測(cè),對(duì)位芳綸在防彈防護(hù)、復(fù)合材料及電子通信等領(lǐng)域應(yīng)用占比接近80%。到2024年,全球預(yù)計(jì)需求達(dá)10.17萬噸/年。國內(nèi)對(duì)位芳綸主要在電子通信和復(fù)合材料領(lǐng)域應(yīng)用需求較大,約為67%的份額。
全球間位芳綸應(yīng)用預(yù)測(cè),從終端消費(fèi)領(lǐng)域來看,全球間位芳綸需求主要集中在安全防護(hù)、芳綸紙等高端消費(fèi)領(lǐng)域,其中安全防護(hù)和芳綸紙需求合計(jì)占比約66%。國內(nèi)間位芳綸應(yīng)用預(yù)測(cè)主要集中在過濾材料和安全防護(hù)領(lǐng)域,其中過濾材料需求約占63%,安全防護(hù)需求約占26%,合計(jì)占比接近90%。
來源:石化聯(lián)合會(huì)化工新材料專委會(huì),邁愛德,上海聯(lián)凈整理
申明:
如本站文章或轉(zhuǎn)稿涉及版權(quán)等問題,請(qǐng)您及時(shí)聯(lián)系本站,我們會(huì)盡快處理!*