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含氟聚合物的产业流程看这里!

一、含氟聚合物生产整体概况

含氟聚合物是指高分子聚合物中与C-C键相连接的氢原子全部或部分被氟原子所取代的一类聚合物,由于氟原子具有较低的极化率、最强的负电性,较小的范德华半径,因而与其他常规聚合物相比,含C-F基团的氟聚物常具有多方面的优异性,如优异的耐热性、耐化学腐蚀性、耐候性、耐溶剂性、低可燃性、高透光性、低磨擦性、低折射率、低表面能、低吸湿性和超强的耐氧化性等。

含氟聚合物行业最早由杜邦在1938年合成PTFE开始,杜邦在含氟聚合物行业的影响非常大,其产品线涉及PTFE、FEP、PFA、PVDF等,只有PCTFE、ECTFE等极少数含氟聚合物不是杜邦首先发明的。含氟聚合物大多都在2000年以前被发明并商业化,2000年以后很少有新的含氟聚合物被发明,主要针对细分领域的市场需求做一些改进,比如高纯领域半导体行业中有很多不同等级的PFA产品出现,一些新兴行业比如针对光伏、锂电新能源等有一些细分产品的改进方向。

含氟聚合物产能变化

年份

2019

2020

2021

2022

2023

2024年E

2025年E

PTFE

129000

152000

169000

195000

207000

230000

250000

PVDF

72000

80000

95000

115000

135000

158000

180000

FEP

21000

26000

30000

36900

48000

70000

85000

FKM

21000

22000

23000

24500

27000

28000

29000

ETFE、PFA等

20000

23000

25000

28000

30000

35000

50000

合计

263000

303000

342000

399400

447000

521000

594000

增速

14.30%

15.2%

12.9%

13.9%

14.8%

16.6%

14.0%


含氟聚合物产品对比:氟塑料中,PTFE是应用最早、应用范围最广的一种,PTFE有很好的耐高温性、耐化学试剂腐蚀、介电性能良好,唯一的缺点是加工性能不好,效率较低,类似陶瓷的模压、烧结的加工方式。FEP、PFA、ETFE等氟塑料都是为了解决PTFE加工困难而发明的,比如PFA称为可熔性聚四氟乙烯,可以通过传统塑料熔融加工工艺进行加工。PTFE强度不高,一般在25兆帕左右,对于一些机械性能要求很高的领域,比如强度要求40兆帕以上、模量要上升的领域,需要使用一些偏氟聚合物,比如PVDF、PCTFE、ECTFE等,这些偏氟聚合物的强度普遍在40兆帕以上,模量接近2000兆帕。

含氟聚合物产品需求概况:含氟聚合物应用广泛,基本在每个行业都有应用,但在每个行业的绝对应用量并不是特别大,所以一些新兴行业如果有比较大量的需求时,会很容易拉动含氟聚合物需求增量,比如光伏装机容量大幅提升就拉动了PVDF光伏背板的需求量,锂电粘结剂用PVDF是最近PVDF新增产能的最大驱动因素;在半导体领域,受中美贸易摩擦的影响,中国、台湾、北美的半导体新增产能很大,拉动了PFA需求。

整体看,5G、锂电、半导体、光伏等新兴行业的增长带来了比较多的需求,进出口量都有较大幅度的增加,进口产品偏高端为主,主要应用在半导体、锂电、医疗器械等领域;出口则以低端产品如PTFE、氟橡胶、部分FEP、PVDF为主,而国内PFA产量还比较小。受需求拉动,国内的几家企业也在进行产能扩张,主要是FEP、PVDF以及FKM等产品。

二、PTFE产品概况

PTFE性能:耐温极限非常高,低温可用到-190℃,高温到260℃。在很低温度下使用时不能受到机械作用力,可以在液氮下使用;化学惰性,几乎可以耐受所有的化学品,除了钠、锂等几个活泼金属的氨溶液;介电常数很低,在很多通讯厂可以用;天然的很好的阻燃性能,阻燃等级可达A0。

PTFE壁垒:PTFE的行业门槛相对较高,如果没有氟化工经验很难进入,主要在于单体TFE易燃、易爆,安全风险很高,而且TFE活性很高,国内不允许进行大规模运输,只能通过管道直供,如果要使用TFE只能走新建审批流程。

PTFE分类及加工方式:PTFE可以分为悬浮料、分散料、乳液,其中悬浮料一般用于生产管材、电线电缆、大型管件等。PTFE不能进行熔融加工,没有注塑级和熔融挤出级,PTFE悬浮料加工方式跟陶瓷非常类似,只能进行磨压、冷压挤出,然后进行烧结。PTFE分散料可以用作涂料,比如不粘锅涂层就是做完配方之后进行涂覆干燥,再进行烧结形成涂层。

PTFE需求概况(1)PTFE下游应用领域主要集中在一些低端领域,比如不粘锅、自来水管、工厂管件等,一年使用量大约在5万吨左右。一些化工管件、模压件也用到PTFE,电子与通讯领域主要是用PTFE来做同轴电缆控制线,高纯化学品需要使用改性PTFE板材制作的储罐、内衬等。(2)半导体行业也需要超高分子量的PTFE,需要使用分散料进行纤维化,要求分散料的分子量比较高、金属含量要达到PPT等级、对氟离子的析出较低,这对国内的厂家是一个比较大的挑战,目前国内厂家的分散料产品在新能源材料、半导体这两个领域还没有应用。(3)5G通信和高频通讯领域,之前在军工领域就有应用,比如在高频涂覆铜板这块,对机械性能、耐电、耐高温性能有要求,5G通信对覆铜板的需求不断增加。(4)同轴电缆领域,是PTFE的需求热点,但不是新的应用领域。

PTFE供应:(1)进出口,PTFE是中国现在进出口量最大的含氟聚合物,每年进口量大概6000-8000吨,出口量超过3万吨。(2)国内外产能:国内PTFE产能合计达20万吨/年左右,主要厂商有三爱富、昊华科技晨光院、东岳化工、巨化股份等几家氟化工产业链比较全的企业,这些企业一般悬浮料、分散料都有覆盖,新兴扩能产业有鲁西化工,永和股份。

国内PTFE厂商面临的问题:国内企业在分散料,特别是高分子量的分散料技术水平有待提升。分散料主要用在一些高端需求,比如特斯拉新技术纯碳电极对分散料的纯度、分子量要求很高。现在国内做分散料的厂家也在布局做干法电极、新能源材料等。

总结:整体看国内PTFE低端产能是相对过剩,技术、产品质量有待优化,而高端产能不足,需要依赖进口,在超高分子量PTFE、改性PTFE以及超纯化学品需求领域依旧有较大空间。

三、PVDF产品概况

PVDF需求概况:在锂电需求拉动之前,整体的需求量比较少,目前使用量在所有含氟聚合物中占比约30%,在锂电需求放量前,PVDF在2017年时只占所有含氟聚合物8%,当时的供应商主要有阿珂玛、苏威和吴羽。目前锂电已经成为PVDF下游最大的需求领域,涂料占比在今年已经跌破30%。

PVDF性能:PVDF主要用量在涂料、膜材这块,PVDF是偏二氟,而PTFE是全氟,所以PVDF在几个性能上与PTFE 有区别,耐温性能方面,耐PVDF最高使用温度只有150℃,化学惰性,可以耐受大部分的化学品,但是对于强酸、强碱在长期使用后也会受到腐蚀,所以在半导体行业对于CDs化学品分配系统依然会用到PFA或PTFE,很少用PVDF,PVDF主要是用在超纯水这块。

PVDF新增产能情况:PVDF新增产能较多,外企在国内外均有新建产能,国内新增产能也比较大,目前国内产能已经达到14万吨/年,还有20多万吨的在建产能,新建产能预计将于2023-2025年间集中释放。PVDF新增产能投放使得之前国内PVDF供应偏紧的格局得到大幅改善,阶段性供给过剩现象明显,上半年PVDF价格拦腰回落,目前行业内库存水平较高,锂电级PVDF因单一客户采购用量较大,导致真实采购价格低位,整体的盈利状况较差。

PVDF工艺路线:国内新建PVDF产能基本的工艺路线比较简单,乙炔→氯乙烯→R152a→R142b→VDF→PVDF,国内以乳液法为主,悬浮法相对较少。锂电粘结剂用PVDF对产品的分子量要求、洁净纯度要求较高,一般要求用悬浮法去做。国内在建产能中能够做到锂电级PVDF的厂商很少。而半导体级别产品价格依旧较高,仍在20万以上,主要以索尔维产品为主。

PVDF未来发展机会:2023年到2025年,随着新增产能的不断投放,低端PVDF产能将出现过剩,而高端锂电级PVDF有望实现国产替代,享受行业高景气需求方面,随着PVDF价格的下降,光伏领域原本因为高价被PEVE暂时替代的需求会恢复使用PVDF,高端应用中的半导体、超纯化学品储罐、高端管材等目前还100%依赖进口,未来随着国产PVDF质量的提升会存在一些机会。

四、FEP产品概况

FEP性能:耐温等级在200℃左右,加工比PTFE容易,需求增速较快的领域是电缆、管材。但也存在抗硬力开裂性能不佳、端烯处理较为困难等问题。

FEP的生产技术难点:虽然单体六氟丙烯是低毒性产品,但是在制备过程中有副产剧毒物质全氟异丁烯PFIB,PPM级就可以致死,所以存在一定的安全生产风险。

FEP需求:(1)电线电缆:最大的应用就是在电缆这块,国内、国外厂家需要解决在电缆应用中存在的问题,比如北美所有商用建筑都需要使用FEP网线,北美每年有1-2万吨FEP应用在网线,需要要达到CMT、CMR等级,国内在建筑这块的燃烧等级对电缆有要求,但目前只是针对高层建筑和重要的公共建筑,所以国内建筑领域FEP和无毒阻燃材料并存,PVC是普通的电缆材料,电缆需求需要去做项目推进FEP渗透。(2)FEP高端应用膜材,膜材对FEP要求比较高,国产膜材主要采用国外FEP产品,比如科慕、大金。同轴线缆现在也以进口FEP为主。

FEP供应:2023年国内FEP产能持续性大幅增长,达到4.8万吨/年,后续还将持续增加,但开工率低于50%,也说明低端产能过剩,中高端产能供应不足。

五、PFA产品概况

PFA性能:PFA又名可熔性PTFE,PFA性能非常接近PTFE,只是加工性能比PTFE好很多,可采用传统的熔融加工工艺加工。

PFA生产技术难点在于上游单体PPVE、PAVE、PMVE成本很高,而且生产过程中的洁净等级很难达到、热稳定性难处理。

PFA供应:目前全球PFA供应商主要有科慕、大金等海外厂商,苏威已经官宣明年停产PFA。国内厂商比较关注半导体、同轴电缆领域PFA的应用,如果实现国产替代,市场空间有望打开。

PFA需求:(1)PFA最大的应用是在半导体领域,占比超40%,目前科慕在日本的PFA工厂只供应半导体领域的需求,大金也几乎把所有的PFA产能往半导体倾斜,在常熟新建的工厂也有针对半导体做布局。其他需求领域主要是在化工、电线电缆。(2)半导体对PFA的性能要求是低析出率、低金属含量,这对于国内厂家来说是一个极高的门槛,因为要从ppm到ppb,再提高到ppt等级。高端需求领域还有高频通讯和医疗器械,这两个领域对国内的厂家来说是进入的机会。PFA中低端需求模压料领域市场竞争较为激烈。

六、其他含氟聚合物概况

中高端需求领域,除了PFA、高端PTFE,还有FFKM(全氟聚醚的氟橡胶做的O型圈),FFKM在国内的使用量非常小,以杜邦的产品为主。中端还有一些PCTFE、ECTFE需求,以苏威、杜邦的产品为主。

在新能源领域,除了PVDF,还有用于锂电密封的过氧氟橡胶,目前没有国内厂商可以做过氧氟橡胶。

在氢能领域,全氟磺酸树脂质子交换膜以科慕、戈尔产品为主,以及用于做干法电极的PTFE,前景空间较为广阔。

在光伏领域,ETFE可用作轻质光伏的面板材料,这部分ETFE 100%依赖进口。

在5G通讯领域,PTFE、FEP、PFA 都有比较大量的应用,这部分需求对产品品质的要求是目前国产材料比较容易达到。

总结:

含氟聚合物非常特殊,在每个行业都有应用,但往往都存在单体及中间体易燃易爆、高毒和聚合工艺复杂等技术难点,但含氟聚合物下游加工要求比较高,而且下游加工延伸之后附加值非常高,所以在很多新兴行业中得到应用,比如苹果、华为、小米手表表带都有用到氟橡胶产品。随着有消费电子、通信、光伏、汽车等新兴领域的不断发展,对含氟聚合物的需求也将不断提升。需要关注的是,在国内含氟聚合物产能快速扩张中,往往扩的都是一些终端产品产能,针对半导体、新能源、医疗器械、穿戴、航空等高端产品材料还是以进口为主,如果国内厂商攻克相关技术,提升产品质量,在国产替代中有较为可观的前景。

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