1.芳醚酮最大的品类是聚醚醚酮:

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)、聚醚酮酮(PEKK)等几个品种。

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

性能上,聚芳醚酮分子结构中含有刚性的苯环,因此具有优良的高温性能、力学性能、电绝缘性、耐辐射和耐化学品性等特点。聚芳醚酮分子结构中的醚键又使其具有柔性,因此可以用热塑性工程塑料的加工方法进行成型加工。

聚芳醚酮产品普遍耐磨、尺寸稳定性好、具备自润滑,同时具备较低的介电常数,因此适合作为严酷工况下的零部件使用。另外,其氧指数较高,不易燃烧,属于自熄材料,阻燃性好。由于聚芳醚酮中只含有C、H、O三种元素,因此燃烧后的气体无毒,是较好的阻燃材料。

从结构上看,商业化聚芳醚酮主要分为三个品类的产品:聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)以及聚醚酮(PEK)

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

摄于山东君昊展台

其中,PEEK采用亲核取代的聚合方式,而PEKK以及PEK都涉及到亲电取代反应。

虽然亲电取代不涉及氟化工艺,单体成本更低,但是由于其副反应较多,聚合结构难以控制,且残留端基在高温加工过程中会继续反应,导致加工困难,因此PEKK和PEK的商业推广程度不如PEEK成熟

目前全球PAEK的市场份额,80%以上为PEEK所占据。    

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

摄于威格斯展台    

2.聚醚醚酮主要的需求在高端制造业,未来需求将持续增长

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

聚醚醚酮PEEK的主要应用场景,目前主要集中于高端制造领域以及一些特殊应用场景方面:

(1)航空航天领域:

PEEK树脂一问世就被作为一种重要的航空航天材料,以PEEK为基体的先进热塑性复合材料已成为航空航天领域最具实用价值的复合材料之一。

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

图源君华股份

PEEK可以替代铝和其他金属材料制造各种飞机零部件,由于密度小,加工性能好,可以直接加工成精细度要求高的大型部件。由于其良好的耐水解性和耐腐蚀性,可用于制造飞机外部零件。

PEEK本身具有优异的阻燃性,燃烧时的发烟量和有毒气体的释放量少,因此常被用来制造飞机内部零件。此外,还可以制作火箭用电池槽、螺栓、螺母及火箭发动机的零部件等。   

目前,PEEK聚合物已获得Airbus、Boieing和欧盟航空标准化委员会(ECSS)的材料认证。

新型波音777延伸航程型飞机上装备了PEEK材料的轮毂罩。PEEK管道现已被指定用于空客A350XWB的货舱排水系统。空中客车A350-A900飞机舱门配件采用了一种高模量碳纤维增强的PEEK材料。

纤维增强型PEEK树脂材料已用于Airbus的A350-900型干线客机制造支架和嵌合件,以及787型干线客机制造金属夹具替代品等。

利用PEEK材料的轻质、耐化学腐蚀性和耐油性的特点,空客A380飞机研制了燃料箱盖板等非结构性外部零部件。B787的系统附件中采用了PEEK材料的卡箍与支座,不仅实现了符合人体工程学的设计,也实现了减重20%,安装速度快30%的效益,同时对材料表面也无需防蚀处理。

目前,部分PEEK树脂材料及其合成材料已获得中国商用飞机有限公司的质量认证,已用于ARJ21型支线客机结构件的制造。PEEK管材已应用于中国商用飞机有限公司的C919型干线客机,用于高压电缆导管以替代金属导管。

此外,PEEK材料已用于替代多种航空设备中的金属螺旋桨和叶轮,这些航空装备包括燃油冷却系统及直升机中用于传送低压空气的通风系统风扇等。

在航天领域,玻纤增强的PEEK材料已经成功用于卫星锂电池零件、高温绝缘圈等,解决了普通工程塑料气体释放量、耐温和绝缘等级不能满足使用要求的技术难题。欧洲航天局(ESA)已经推出了一项新的3D打印立体小卫星项目,材质为PEEK材料。

(2)医疗器械

聚醚醚酮具有优良的理化性质、力学和热学性能,相比于传统金属植入物,聚醚醚酮植入物在植入后可有效减小“应力屏蔽效应”,并且具有放射线透过性及磁共振扫描不产生伪影等优点,优异的性能使其成为备受关注的一类人体植入材料。

国内外已成功将PEEK医用材料应用于整形外科、硬组织损伤、脊椎植入及心脏瓣膜等医疗领域,取得了良好的临床效果。

随着对该类材料的不断研究,各种PEEK复合材料已被成功地研制并加以应用于口腔种植、修复、正畸以及口腔颌面外科等领域

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

摄于中研股份展台

目前聚醚醚酮在骨缺损修复与重建中的应用领域主要有聚醚醚酮椎间融合器、聚醚醚酮人造骨关节(人工髋关节、人工膝关节等)、颅骨缺损修复、颌骨缺损修复、脊柱/腰椎修复、口腔修复和其他骨缺损修复等。   

英国威格斯公司的PEEK-OPTIMA系列是最早出现的植入级PEEK树脂专用料,与弹性模量为120GPa的钛合金相比,该树脂专用料与弹性模量为15GPa的骨骼的刚性更为接近,由其形成的骨植入制品具有更好的尺寸稳定性。

目前,PEEK-OPTIMA系列树脂专用料已获得中国国家食品药品监督管理局(SFDA)、美国食品药品管理局(FDA)的生物相容性认证,已有包括人造脊柱植入物、人造关节、骨修复制品等在内的成功应用案例。

此外,聚醚醚酮可在134℃下经受3000次循环高压灭菌,这一特性能满足灭菌要求高、需反覆使用的手术和牙科设备的制造,加上它的抗蠕变和耐水解性,可制造需高温蒸汽消毒的各种医疗器械。

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

摄于中研股份展台

(3)汽车制造

在国际市场上,汽车工业是PEEK树脂最主要的应用领域之一,利用PEEK良好的耐摩擦性能和机械性能,可替代金属作为制造发动机内罩的材料、汽车轴承、垫片、密封件、离合器齿环等各种零部件

在汽车的传动、刹车和空调系统、无极变速器、真空泵叶片、ABS制动阀、方向转向系统、尾气排放系统、轴套、电动座椅齿轮等方面亦有应用。   

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

摄于雷孚斯展台

(4)电子电气

电子电气领域亦是聚醚醚酮树脂重要的应用领域。聚醚醚酮具有优异的尺寸稳定性、高纯度、高机械性能、加工过程无废气产生,优良的电气性能,在高温、高湿等恶劣条件下,聚醚醚酮的绝缘性能仍能保持。

特别是在超纯水的输送方面,应用聚醚醚酮树脂制作的管道、阀门、泵,能使超纯水不致受到污染,国外已广为采用。

PEEK不仅电绝缘性能优异,且加工和化学性能良好,用其制作的零部件可经受热焊处理的高温环境,可以采用多种方式进行二次加工。因此PEEK树脂可用于制造晶片承载片绝缘膜、连接器、印刷电路板、高温接插件等。

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

摄于中研股份展台

(5)能源领域

PEEK能够满足核工业零部件高性能要求。耐辐射性是核电行业应用材料的关键性能之一,普通热塑性材料受到电磁或粒子型电离辐射可能会变脆。

由于PEEK具有能量稳定的化学结构,使用PEEK材料制造的部件在受到高剂量电离辐射后依然可以正常工作,耐辐射性、高温情况下优异的电性能、出众的机械强度、良好的耐化学腐蚀性、很低的吸湿率和优异的耐水解性,使其成为核电行业高性能零部件材料的理想选择。

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

摄于威格斯展台

石油和天然气开采的工况条件通常较为恶劣,在高热和高腐蚀性条件下,PEEK材料能发挥很好的作用,在-196℃(-321F)至260℃(500F)的温度范围内,具有承受207MPa(30,000psi)压力的能力,可承受极端压力和磨损,在220℃(428F)和4.5MPa(650Psi)下,在海水中保持100%的抗拉强度不变,在芳香烃流体中保持100%的抗拉强度不变,在100%H2S气体中可以保持超过75%的拉伸强度。   

PEEK聚合物及复合材料高性能塑料零件已广泛应用于井下测量、石油开采、石化装置生产及运输等各个环节。

(6)3D打印

随着以3D打印为代表的智能制造业的迅速崛起,3D打印用树脂专用料的开发也日益受到业界重视。

早在2015年,产业界就已经使用PEEK树脂和碳纤维为原料,通过增强纤维熔合技术成功3D打印出车用燃料进气流道,其耐燃油性能优异,在240℃下长期使用时表现出良好的机械可靠性,是同类铝制品的理想替代方案。

该案例的成功验证了PEEK树脂专用料在3D打印领域应用的可行性,鉴于以3D打印为代表的智能制造业未来市场潜力巨大,相关PEEK树脂专用料的应用前景非常广阔。

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

摄于长春吉大展台

(7)其他领域

目前,PEEK新材料已经在饮料罐装机械领域得到了成功的应用,典型用途包括:无菌罐装生产线上用到的高寿命要求的PEEK耐磨拨叉、轴套及板机等;

食品饮料加工机械的部件如烤箱、冰库、炸炉、超滤膜、罐装机等;注塑成食品饮料机械上的耐磨轴套、轴承座、轴承和密封垫;啤酒线上的验瓶机导轨滚轮以及PEEK涂料做成的用于输送系统高温耐磨编织带。

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

摄于威格斯展台

PEEK树脂亦可以用于制造专用涂料,将PEEK的精细粉末涂料覆盖在金属表面,可以得到绝缘性好,耐腐蚀性强、耐热、耐水的金属PEEK涂覆制品,广泛应用于化工防腐、家用电器、电子、机械等领域。

除了可以采用乳液喷涂,还可采用粉末静电喷涂工艺和火焰喷涂工艺。

PEEK材料在家电领域亦有所应用。早在2005年即有文献记载,戴森吸尘器(Dyson)上采用了英国威格斯公司的PEEK材料。

目前,戴森吸尘器V10(DysonV10)的马达叶轮亦为采用PEEK与碳纤维材料制成,新材料的应用不但减轻了叶轮的重量,叶轮的动平衡性能亦得到了较大的提高,使吸尘器在工作时更安静平稳。   

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

摄于君华特塑展台

全球PEEK消费量一直呈现稳步上升的态势。根据相关报道及行业访谈统计,2015年全球PEEK的消费量为3590吨,到了2021年全球PEEK消费量已经突破7000吨,年复合增长率CAGR达到12%,市场规模超过25亿人民币。

而中国的PEEK消费量则是从2015年的250吨,增长到2021年的1980吨。PEEK消费量的增长,主要源于各个终端领域对材料性能需求的不断提升,在PEEK替代传统材料的同时,开发出新的使用场景。

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

从全球PEEK龙头企业威格斯(Victrex)的数据来看,工业加工、电子电器、高端制造等对于高性能材料的需求是比较强劲的: 

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

综上来看,未来全球对于PEEK的需求量仍将继续保持较高的增速。保守估计,以CAGR 10%的增速计算,到2025年,全球PEEK的需求量将突破1万吨大关。       

3. 聚醚醚酮行业集中度高,高端产品依然是国外企业主导

聚醚醚酮PEEK的合成难度极大,目前全球只有少数企业掌握其合成技术。

目前,全球PEEK产业是英国威格斯Victrex主导,其市占率已经超过60%。并且除了储备最成熟的PEEK树脂生产能力之外,还具备PEEK复合材料、PEEK膜材料等材料应用技术开发能力,是全球仅有的两家具备规模化PEEK膜材料生产能力的企业(另外一家为日本信越)。

目前全球具备PEEK规模化生产能力的企业一共有七家,除了威格斯外,国际企业有苏威、赢创,国内企业有中研股份、吉大特塑、山东浩然。并且有一些新的竞争者也意图进入PEEK行业,如金发股份、沃特股份等。

聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

摄于中研股份展台

参考资料:梧桐树资本PTCG

原文始发于微信公众号(艾邦高分子):聚醚醚酮(PEEK)市场应用及行业情况

作者 808, ab