多个高景气赛道带动PEEK需求高增

　　国信证券博士后工作站 董丙旭 邓晨

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　　工程塑料是指能长期作为结构材料承受机械应力，并在较宽的温度范围内和较为苛刻的化学物理环境中使用的塑料材料。与PP等普通塑料相比，工程塑料拥有更加优异的机械性能、电性能、耐化学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳定性等优点。而特种工程塑料则是根据特殊用途需求而研制的，与通用工程塑料相比性能更优异、更耐高温和腐蚀，能够应对各种严苛和复杂工况的要求。目前真正有应用价值并实现产业化的特种工程塑料不足10个，而PEEK在综合性能和产品附加值上均处于特种工程塑料的顶端。

　　一、PEEK材料性能优异

　　PEEK，中文名称为聚醚醚酮，一种半结晶的特种工程塑料，综合性能非常全面。(1)在耐热性能方面，PEEK熔点为343℃，玻璃化转变温度为143℃，长期使用温度高达260℃，短期工作温度可达到300℃，远高于普通塑料和工程塑料。与其他耐高温塑料如PI、PPS、PTFE、PP等相比，使用温度上限高出近50℃。此外，PEEK还具有突出的耐热老化性能，250℃下保温3000小时后，弯曲强度几乎不变；(2)在机械性能方面，PEEK具有强度高和模量大的特性，同时具备出色的韧性、耐冲击、耐蠕变、耐疲劳等性能，其综合机械性能高于其他热塑性树脂。(3)在耐磨性能方面，PEEK树脂摩擦学特性突出，具有一定的自润滑性能，磨损率极低，耐滑动磨损和微动磨损性能优异。(4)在耐腐蚀性能方面，PEEK化学稳定性良好，除了浓硫酸外，几乎不溶于其他酸碱和有机溶剂。(5)在耐水解性能方面，PEEK具有很好的耐水解性，在很宽的温度范围内保持了非常低的饱和吸水率。

　　PEEK性能全面，在刚性方面优于绝大多数特种工程塑料的同时也兼具一定韧性，展现了全面的机械性能，此外在耐热、耐磨、耐腐蚀等方面均表现优异。PEEK综合性能优于部分普通金属及合金，工业领域“以塑代钢”空间广阔。PEEK 可通过与碳纤维、玻纤等材料复合来提高材料的综合性能，极大扩展了PEEK材料的应用场景。借助于碳纤维很高的拉伸强度和弹性模量，碳纤维复合PEEK材料可以展现出更高的韧性、抗冲击性、比强度、热稳定性，综合性能往往比PEEK纯树脂更优异。

　　二、PEEK材料主要应用场景

　　(1)汽车零部件领域

　　PEEK凭借优秀的综合性能有望在部分零部件中替代金属、其他工程塑料。PEEK良好的耐摩擦性能、综合力学性能、自润滑性以及更长的使用寿命，且对汽车的轻量化也有积极作用，使其能在关键零部件方面替代金属材料。PEEK材料目前在传统燃料汽车领域的应用主要集中在轴承及密封件，在新能源汽车领域的应用除轴承、密封件外还主要包括转动系统的齿轮、电磁阀等。随着PEEK材料应用场景的逐步开发，PEEK在汽车领域的应用不断得到拓展，PEEK材料在齿轮、垫片、悬挂系统关节、真空泵叶片ABS阀芯、座椅蜗杆等各类零部件的应用都将得到拓展，使用量逐渐上升。

　　(2)高压电机漆包线

　　PEEK是电机漆包线的理想材料，800V电机渗透率提升打开PEEK需求增量。新能源汽车的续航里程较短是影响其发展的主要难点，而800V高压快充具有充电效率高、快充区间更大等优势，是目前发展的主流路线。电机电压从400V升级到800V过程中，对电机扁线的绝缘性能提出了更高要求，表现为线材的耐压要求提升，且需要使用耐局部放电的材料，当前的解决方案主要包括PEEK扁线方案和厚漆膜方案。漆包线的传统材料为缩醛和聚酯，这些材料在400V电机阶段已经被 PI、PEEK等材料替代，而PEEK可弯折、耐水解，在安全性和材料的全面性方面也优于PI，且更加轻薄，是电机漆包线的理想材料。

　　(3)医疗级PEEK材料

　　PEEK相比钛合金更适合用作医用植入式材料，市场需求增速较快。随着我国老龄化程度的加深、老年群体的增加提升了对骨科医疗耗材的需求，同时人均收入的不断提高也将加速 PEEK产品对合金及其他材料产品的替代。由于PEEK材料模量与人体骨骼接近，在关节中不容易磨损人骨，在颅骨修补时PEEK导热与人骨近似，体感较为舒服，且由于X射线可以穿透PEEK，方便患者后续检查，所以即使目前医疗级PEEK材料是钛合金价格十倍，医疗级PEEK材料市场需求量的年复合增长率仍在20%-30%，远超钛合金2%-4%的增长率。

　　(4)半导体生产耗材

　　在半导体产业中，使用PEEK制成的化学机械抛光(CMP)保持环因具备更强的耐磨性、耐化学性，使用寿命较其他材料可延长一倍，从而减少因更换CMP保持环导致的产线停产。同时PEEK能够耐受高达260℃的高温和各类化学品的腐蚀，从而减少晶圆冷却时间，提高生产效率。PEEK颗粒产生率低、纯度高，使得晶圆脱气量和可萃取物减少，降低静电击穿晶圆的概率，也能显著提升晶圆良品率。因此，采用PEEK及其复合增强树脂加工的晶片夹、自润滑耐磨轴套、滚轮、CMP保持环等高性能塑料零件，能够实现对铜合金、不锈钢、PTFE、PPS 和其他工程塑料等传统材料的替代。

　　(5)航空航天零部件

　　PEEK在航空航天领域部可实现对铝合金、钛合金等金属材料的部分替代。PEEK具有耐受恶劣环境、轻质、化学惰性、阻燃特点，是航空航天飞行器轻量化的理想材料，PEEK密度仅为铝合金的一半，且可加工性能远好于铝合金、钛合金等金属材料，因此可在部分零部件中实现对铝合金、钛合金的替代。未来航空航天领域大的PEEK需求增量来自PEEK主结构件，在飞机主结构件中，连续碳纤维复合增强PEEK(CF/PEEK)材料具有超高的力学强度和优异的疲劳性能，以CF/PEEK作为飞机机身主结构件可以减重10%-40%，而其结构设计成本也可以降低15%-30%，需求有望逐步放量。此外，从全生命周期成本角度看，在航空航天等领域，PEEK虽然价格高于铝合金、钛合金等其他材料，但是由于可以有效延长零部件寿命、降低能耗和维护成本，因此在全生命周期的成本核算下PEEK综合优势逐步体现。目前，PEEK 已获得空客公司、波音公司和欧盟航空标准化委员会(ECSS)的材料认证。新型波音 777 装备了 PEEK 轮毂罩，空客 A350 机身结构中的夹板、托架、钩板等零部件也采用PEEK 材料。PEEK也已应用于中国商用飞机有限公司的C919型干线客机，目前主要用于高压电缆导管以替代金属导管。此外PEEK还应用于F22 主起落架舱门，直升机旋翼桨毂中央件等关键部位。

　　(6)人形机器人骨架材料

　　轻量化是当下人形机器人提高负载能力的最优选择，连续碳纤维增强PEEK材料有望替代铝合金用作人形机器人的骨架材料。2023年10月，国家工业和信息化部关于印发《人形机器人创新发展指导意见》，《意见》指出，人形机器人集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术，有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品。目前人形机器人有提高负载和续航能力的两大迫切需求，在电池能量密度短期内难以大提升的背景下，通过减重来提高人形机器人负载和续航能力成为当下的最优选择。2023 年12月，特斯拉发布其第二代人形机器人，重量较上一代减轻10公斤，可见轻量化是当前人形机器人的发展趋势。碳纤维增强PEEK(CF/PEEK)拥有比铝合金更高的拉伸轻度和弯曲强度，且密度更低、可加工性更好，因此有望替代铝合金用作人形机器人的骨架材料，助力人形机器人的轻量化。

　　PEEK材料具有良好的自润滑性，是理想的关节、轴承材料。由于PEEK 有很好的自润滑属性，在不添加润滑油的情况下也有比较低的摩擦系数，而且PEEK材料在相互接触时会产生一定形变，属于弹性接触，相互接触时磨损较少，使用寿命大大延长，以上特点使得 PEEK 非常适合用作齿轮及轴承滚珠。机器人通常拥有众多旋转关节，如特斯拉发布的第二代 Optimus 拥有40个关节，包括12 个手指关节执行器和 28 个关节执行器，运动部件远超现有常见机器人，PEEK用量较大。

　　三、PEEK材料在我国的发展情况

　　PEEK合成主要原料原材料包括氟酮、对苯二酚。对苯二酚为大宗化学品，合成工艺简单、供应商众多，价格较为低廉。氟酮价格高昂，在PEEK原料成本中占比过半，是合成PEEK最关键的原材料，其纯度、品质将直接影响PEEK的产品质量。按照一般化学反应原理及行业生产经验计算，每生产1吨 PEEK 需要消耗约0.7-0.8吨氟酮单体。由于氟酮属于相对小众的化学品，其生产所需的原材料成本较高，且生产工艺中环保成本较高，氟酮生产成本较高。氟酮单价变动5%会使得 PEEK 纯树脂单位成本变动 2%-3%，因此氟酮价格较高是PEEK 产品生产成本居高不下的一个主要原因。全球氟酮供给主要集中在国内，新增产能陆续投放，供给相对充足。除威格斯配套的部分氟酮自产产能外，全球规模化生产氟酮厂商基本集中于国内，近些年行业总产能保持增长。

　　PEEK树脂生产涉及复杂的化学合成过程，工业化稳定生产是技术难点。PEEK的生产以氟酮(DFBP)和对苯二酚为聚合单体，二苯砜为溶剂，加热280℃-340℃进行聚合反应，首先生成 PEEK 粗粉和碱金属盐的混合物；混合物经冷却、粉碎、提纯、萃取、干燥等工序分离出 PEEK 粗粉；根据下游的具体应用，粗粉经过细粉加工、颗粒加工、复合增强等工序后即可生产出满足要求的相应产品。PEEK生产过程需要相同且精准的控制，才能保证材料的一致性，因此研发所积累的大量工艺参数及工业化生产的连续性、自动化水平是衡量厂商技术先进性的关键指标，目前国内已经有企业能够使用5000L反应釜(全球最大)进行PEEK聚合连续稳产，体现出较高的技术水平和较强的工业化生产能力。

　　PEEK于1978年被首次成功开发，并于1990年代正式商业化，是发明和商业化时间最晚的特种工程塑料之一，目前正处于商业化程度不断提高，下游应用领域不断拓展、深化，加工方式不断成熟的阶段。在PEEK制品下游应用与产业推广方面，国内企业与国际巨头相比仍有一定差距。

(责任编辑：王晨曦)

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