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尼龙行业专题报告:尼龙复材迎千亿市场生物基乘势而上

来源:环球app下载 作者:环球app下载安装

2024-02-24 12:54:44

  聚酰胺(Polyamide,简称 PA)又被称为尼龙(Nylon),是分子链重复单元中 具有酰胺基团(-NHCO-)的聚合物统称。尼龙是五大工程塑料之首,其按照主链结 构中是否含有苯环可大致分为脂肪族尼龙、半芳香族尼龙以及全芳香族尼龙,其中脂 肪族尼龙较为代表的有 PA6、PA66,PA6 和 PA66 是最早开发并实现产业化的尼龙 品种,也是目前产量和消耗量最大分尼龙品种,约占尼龙总产量的 90%,除此之外 还有 PA11、PA12、PA610 等。

  目前玻璃纤维是最常见的尼龙增强材料。脂肪族尼龙具备优秀能力的力学性能、耐 腐蚀、较强的润滑性以及耐磨性,但也由于酰胺键的存在吸水性较高,尺寸稳定性 较差,因此在用作工程材料时需要对其进行改性,目前工业生产里普遍采用填充改 性的工艺,填充改性是指采用各种高性能纤维,同时添加增韧剂、润滑剂、热稳定剂 对尼龙进行改性以获得强度高、尺寸稳定性和加工性能好的复合材料,即尼龙复合 材料。现尼龙增强纤维有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维等,碳纤维具有 质量轻、高强度、高模量、导电、导热等多种优良性能,但其成本比较高、透明性较差, 一般应用于航空航天等高端领域;芳纶纤维属于有机高性能纤维,由于芳纶本身也 属于聚酰胺品种,它和尼龙的相容性很好,在制作尼龙复合材料时不需要添加偶联 剂,但芳纶价格很高,用于一般民用工业品不具备价格上的优势,目前主要用做航空、军 工装备的结构材料;玄武岩纤维具有较好的稳定性、电绝缘性、抗腐蚀性等优异的 性能,但是目前国内工艺尚不成熟,生产设备经常会出现断头飞丝或料液漫流的情 况,且纤维原料使用粗放,产品质量不高,生产效率也较低;玻璃纤维也具有绝缘性 好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度大等优点,同时玻璃纤维价格低,易于调色, 工业工艺成熟,是目前运用最广泛的尼龙增强材料。

  半芳香族尼龙兼具脂肪族和全芳香族尼龙优点,目前商业化的高温尼龙多属于 半芳香族尼龙。脂肪族尼龙分子链属于亚甲基组成的柔性分子链,所以 PA6 和 PA66 的耐热性能较差,玻璃化转变温度和熔点较低。PA46 由丁二胺和己二酸缩聚而成, 也属于脂肪族尼龙,但其酰胺键密度更高,可形成更多的氢键,能快速使聚合物 结晶,其结晶速度为 PA66 的 5 倍,PA6 的 10 倍,熔点能到达 295℃,因此也被 称为高温尼龙,目前脂肪族只有 PA46 属于高温尼龙;全芳香族尼龙由于高密度的 苯环结构和链间强的氢键相互作用使其具备优秀能力的机械性能和耐热性能,但也因为苯环含量过高使其刚性过强,其熔点过高导致不能进行熔融加工,限制了其在工程 塑料方面的应用和推广;半芳香族尼龙兼具脂肪族和全芳香族尼龙的优点,相比全 芳香族尼龙分子链更柔顺,结晶度更高,相比脂肪族尼龙又具有更高的熔点,综合 性能优异,目前商业化的高温尼龙大多为半芳香族尼龙,如 PA4T、PA6T、PA9T、 PA10T、PAMXD6 等。

  在普通的尼龙复合材料中,主要的汽车和工业领域,玻纤增强 PA6 和 PA66 是 最常见的尼龙复合材料,拥有优异的力学性能。纯 PA6 和 PA66 材料吸水性大,尺 寸稳定性相对较差,经玻纤改性后力学性能得到大幅度的提高,玻纤增强 PA6 和 PA66 拥有优异的机械强度、耐磨性、抗蠕变性、高冲击强度和机械减震性,因而目前广泛 应用于汽车发动机周边部件如进气歧管、发动机盖罩等,电子电气的线圈骨架以及 工业领域的齿轮轴承等部件。 在电线电缆及油管等领域,PA11 和 PA12 复合材料吸湿率低,拥有良好的自润 滑性和电气绝缘性,被大范围的应用。PA11 和 P12 中都存在着数量较多的非极性亚甲 基基团,这使得 PA11 和 PA12 分子链的柔顺性较大,拥有优异自润滑性,同时 PA11 和 PA12 均属于自熄性材料,拥有较好的电气绝缘性,但 PA11 和 PA12 的生产成本 较高,目前玻纤增强 PA11 和 PA12 主要应用于汽车油管和电线电缆保护套。 在齿轮轴承及电子电气罩壳中,PA610 复合材料耐冲击性等综合性能突出被广 泛应用。PA610 具有良好的耐冲击性、抗疲劳性和耐磨性,其力学强度虽低于 PA6、 PA66,但高于 PA11、PA12,PA610 吸水率低于 PA6 和 PA66,耐热性高于 PA11 和 PA12,且也属于自熄性材料,目前玻纤增强 PA610 主要应用于汽车工业领域的 齿轮、轴承以及电子电气领域的各种罩壳。

  高温尼龙复合材料的综合性能更优,尤其在耐高温等方面表现优异,被广泛应 用于各类耐高温的应用场景中。 在需耐热性的汽车部件领域,由于 PA46 耐磨性能优异,被用于制造各类汽车 部件。PA46 结构对称,结晶速度较快且结晶度高,其耐磨性和耐热性在现有高温尼 龙中较为优异,目前主要用于汽车中的电气节气门控制、废气再循环系统、涡轮、可 变进气系统以及其他机械中的齿轮、轴承等,但 PA46 的酰胺基密度高,而酰胺基属 于亲水基团,所以 PA46 吸水性在现有高温尼龙中相对较高,吸水后的 PA46 的结构 稳定性和耐化学性都会受到影响。 在连接器、断路器、开关等电子电气领域,常使用 PA4T 和 PA6T,其熔点和变 形温度较高,适合 SMT 工艺且机械强度较高。 PA4T 和 PA6T 的链段中重复单元 较短,熔点和热变形温度都非常高,两者的熔点(PA6T 的熔点为 370℃)均超过自 身分解温度(PA6T 的分解温度为 350℃),因此纯 PA4T 和 PA6T 不易加工,目前 商业化的 PA4T 和 PA6T 的产品都是引入了共聚物(一般是 PA6 或者 PA66)以降 低自身熔点,目前 PA6T 和 PA4T 的共聚物熔点一般在 320℃左右。由于 PA4T 和 PA6T 的熔点和热变形温度较高,能够承受 SMT(Surface Mount Technology,表面 组装技术)工艺中的回流焊接高温(一般回流焊的峰值温度在 260℃左右),同时机 械强度也较好,因此大范围的应用于电子电气和工业建筑领域,如各种连接器、开关、插 座、继电器、断路器、手机笔记本电脑外壳、SMD 元件、电缆保护套等。

  在 LED 领域,由于 PA9T 和 PA10T 吸水率较低且抗黄化较好而被广泛应用。 PA9T 和 PA10T 具有较长的碳链,酰胺基浓度较低,所以吸水率也较低,PA9T 的吸 水率约为 0.17%,是 PA46 的 1/10,PA6T 的 1/3,PA9T 和 PA10T 的熔点没有 PA4T 和 PA6T 高,因此不需要共聚也可以进行工业化生产,目前 PA9T 和 PA10T 被广泛 应用于 LED 领域,如 LED 反射器、LED 支架、LED 照明、LED 光源反射板、液晶 电视等,由于酰胺键容易被热氧化断裂分解生成带色的过氧化物,普通尼龙在长期 的高温环境下容易变黄,会影响反射架的反射率,而 PA9T 和 PA10T 的酰胺键浓度 低,抗黄化较好,且经过多次回流焊后仍能保持较高的白度和反射率,此外,PA9T 和 PA10T 也可以用于 SMT 贴片、水龙头的混水阀和增压管等。 在气体阻隔材料领域,PAMXD6 具有优异的二氧化碳等气体阻隔性而被大量使 用。PAMXD6是由间苯二甲胺和己二酸聚合而成,其耐热性和力学性能稍差于PA6T, 但其具有良好的加工性能和优异的气体阻隔性能,目前可用于塑料包装、保鲜膜、 密封罐头等气体阻隔材料领域。

  2.1 尼龙复合材料兼具高强度和轻量化的性能,广泛用于汽 车、电子电气、消费等领域

  尼龙复合材料下游应用领域广泛,2025 年尼龙复合材料市场将超过 2300 亿元。 尼龙复合材料拥有优异的尺寸稳定性、自润滑性、耐老化性等性能,其中高温尼龙 具有优异的耐高温、高强度和耐化学品性,尼龙复合材料被广泛应用于汽车、电子 电气、消费、工业建筑等领域。

  尼龙材料在汽车、电子电气领域的应用占比较大,约占 80%。根据新思界产业 研究中心数据,目前电子电气和汽车是最大的应用领域,两者合计应用占比约 80%, 除此之外,应用领域还包括家庭厨卫、航空航天等领域。

  2022 年全球连接器市场规模为 841 亿美元,同比增长 7.82%。连接器的主要 作用是使电路内被阻断处或孤立不通的电路之间的电流流通,使电路实现预定的功 能,目前尼龙复合材料广泛应用于连接器端子,尼龙材质接线端子使用寿命长,连 接性好,2022 年全球连接器市场规模为 841 亿美元,同比增长 7.82%。 2022 年全球 LED 照明市场规模为 11078 亿元,预计 23 年达到近 11439 亿元。 在 LED 照明领域,由于产品在封装制造的过程中会发生局部高热,对于塑料的耐温 性提出了一定要求,是高温尼龙的主要应用场景,其主要应用于 LED 支架,主要方 式是采用注塑工艺结合到铜支架上,成型后内部为一反射碗型,用于加强聚光及亮 度并保护芯片及内部电路,截至 2022 年,全球 LED 照明市场规模为 11078 亿元, 同比增长 4.32%。电气领域市场规模的不断增长将带动尼龙复合材料需求同步提升。

  2022 年全球智能手机、平板出货量近 300 万台,2021 年可穿戴设备市场规模超 550 亿美元,同比增长 13.55%。尼龙复合材料可应用于手机天线、手机结构件、 手机 USB 连接器、电脑外壳、电脑风扇等,疫情影响下大部分高校以及企业均开展 线上办公模式,大规模的线上办公带动全球智能手机、平板出货量增长,截至 2022 年,全球智能手机出货量为 12.03 亿部,全球平板电脑出货量为 16280 万台,智能 手机及平板需求增长将带动尼龙复合材料及高温尼龙需求基本维持平衡。此外,尼 龙复合材料还可以用于智能手表 LDS 立体电路激光镭雕天线以及表壳、内部支架以 及后壳等部件,随着移动通信、图像技术、人工智能等技术的不断发展及创新融合, 在全球应用和体验式消费的驱动下,可穿戴设备迅速发展,已成为全球增长最快的 高科技市场之一。

  汽车领域,2022 年全球新能源汽车销量超 1007 万辆,同比增长 63.2%,尼龙 复合材料用量也将提升近 20%。在汽车领域,尼龙复合材料主要应用于汽车的发动 机系统、排期控制元件(例如各种传感器、连接器、开关等)、油过滤器外壳等。就 新能源汽车而言,冷却液管路是车上的重要零部件,需要满足耐水解、耐油、耐高温 等多种要求,而尼龙复合材料重量轻,加工工艺简单,已逐渐成为冷却润滑管路的 主要使用材料。截至 2022 年,全球新能源汽车累计销量达 1007 万辆,同比增长 63.20%,新能源汽车的飞速发展将带动尼龙复合材料需求同步增长。就传统汽车而 言,一方面,“双碳”背景下,对汽车碳排放的削减和油耗量的减少需要提高发动机 的燃烧温度,使其充分燃烧;另一方面,汽车轻量化、“以塑代钢”趋势使得发动机 附近的燃料系统、排气系统、冷却系统等金属部件塑料化,传统的通用工程耐热性、 耐久性、耐药品性已达不到要求,双方面因素使得尼龙复合材料在汽车领域的用量 也将逐步从 82kg/辆提升至 96kg/辆。

  可进入领域来看,风电叶片大型化、轻量化趋势显著。全球风电市场规模稳步 增长,2022 年全球风电装机容量为 906.22GW,同比增长 9.27%。风电叶片是风机 中成本最高的部件,占风电成本的 20%甚至以上,随着风电进入平价上网时代,风 电招标价格降低,降本最优先的途径就是不断扩大风电机组的单机容量,根据 CWEA 数据,目前陆上风电平均单机功率已由2016年的1.9MW增长至2021年的3.1MW, 海上风电平均单机功率由 2016 年的 3.8MW 增长至 2021 年的 5.6MW,长度的增加 也带来风电机组自身重量的增加和成本的推升,因此叶片材料的轻量化也成为了目 前产业发展的趋势。目前实现轻量化的主要材料是碳纤/玻纤复合环氧树脂基体,相 比于玻纤增强环氧树脂,玻纤增强尼龙能够做到在保证具有相同机械强度的情况下, 密度更小(约为 1.58g/cm3),更加满足轻量化的要求,同时还利于回收,也更加适 合海上风电更长叶片、更高风速和更高防腐性能的要求。

  尼龙复合材料有望替代环氧树脂复合材料成为主流的轻量化风电叶片材料。根 据中国能源信息平台数据,碳纤单 MW 用量约为 3 吨,玻纤单 MW 用量约为 10 吨, 根据吉林省商务信息中心数据,环氧树脂单 MW 用量约为 4.25 吨,尼龙单 MW 用 量约为 3.33 吨,以 2021 年陆上风电平均单机功率 3.1MW 为例,参考百川盈孚价 格数据,根据我们的测算,采用尼龙为基体的风电叶片在售价与环氧树脂为基体的 风电叶片相差不大的情况下,前者基体用量比后者轻 20%左右。此外,环氧树脂属 于热固性材料,目前环氧树脂基体的风电叶片都是一次成型,风电叶片的大型化趋 势也会带来其运输成本的增加,而尼龙复合材料属于热塑性材料,利用该性能可实 现标准化加工直接拼装从而降低运输成本。在目前尼龙复合材料“以塑代塑”趋势 下,尼龙复合材料有望替代环氧树脂复合材料成为主流的轻量化风电叶片材料,预 计未来尼龙复合材料市场空间广阔。

  集装箱市场规模稳步增长,“以塑代钢、以塑代铝”趋势下有望打开尼龙复合材 料市场空间。集装箱作为一种标准化的运输工具,在物流行业中的应用越来越广泛, 2022 年全球港口集装箱港口总吞吐量达 8.62 亿 TEU,同比增长 0.47%;中国规模 以上港口集装箱吞吐量为 2.96 亿 TEU,同比增长 4.65%,其中,上海港集装箱吞吐量连续 12 年位居全球第一。目前集装箱的材质多以钢、铝合金为主,减轻集装箱的 自重,不仅可以节省材料,而且能够提高集装箱的载重量,尤其在当前海运费用较 高的情况下,可以大幅减少运输成本,尼龙复合材料质量轻且力学强度大,碳纤增 强尼龙密度为 1.39g/cm3,仅为钢材密度的 1/7,比强度可以和改性金属相匹配,在 相同力学强度下替代钢制或铝合金制集装箱等能够保证更薄的厚度,同时也能够降 低生产所带来的成本,是较为理想的替代材料,随着全球航运事业的发展,集装箱市场需求 的增加,以及“以塑代钢、以塑代铝”的大趋势下有望打开尼龙复合材料市场空间。

  目前全球尼龙复合材料市场规模约为 115 亿美元,其中玻纤增强尼龙占比超 80%。根据 Markets and Markets 数据,目前全球尼龙复合材料市场规模约为 115 亿 美元。其中,玻纤增强尼龙市场规模占比最大,2022 年全球玻纤增强尼龙市场约为 92.7 亿美元,同比增长 3%,根据其预测,2025 年全球尼龙复合材料市场规模将达 到 153 亿美元,其中玻纤增强尼龙市场规模将达到约 115 亿元。

  目前全球高温尼龙产量超 16 万吨,市场规模超 15 亿美元。根据 Valuates Reports 数据,截至 2022 年,全球高温尼龙市场规模为 15.57 亿美元,同比增长 0.97%,根据华经产业研究院数据,2020 年全球高温尼龙产量为 16 万吨,预计 2027 年全球高温尼龙市场规模达到 19.45 亿美元。

  中国高温尼龙目前消费量超 20 亿元,自给率约为 24%。根据《中国耐高温尼 龙行业现状分析与发展前景展望报告》数据,截至 2021Q1,中国高温尼龙市场规模 为 6.14 亿元,2020 年我国高温尼龙行业资产规模为 375.59 亿元,同比增长 13.01%, 工业总产值为 8.78 亿元,同比增长 10.08%,目前国内高温尼龙市场仍较依赖进口, 2020 年高温尼龙自给率约为 24%。随着电子和汽车业务不断向中国转移,中国高温 尼需求量也逐年增长,国内高温尼龙企业也逐步增加,根据化信咨询数据,预计到 2025 年中国高温尼龙总消费将达到 5.6 吨,对应市场规模 30 亿元,自给率有望达 到 40%-50%。

  尼龙复合材料方面,2025 年尼龙复合材料市场规模将超过 2300 亿元。存量市 场来看,汽车领域,根据中研普华研究院数据,单车改性塑料用量为 150kg/辆,其 中尼龙复合材料用量约占 52%,根据腾飞工程塑料改性塑料工程技术研究中心数据, 尼龙复合材料主要应用于进气歧管(17%)、发动机盖(10%)、风扇护套(11%)等, 根据我们的测算,预计 2025 年全球汽车领域尼龙复合材料市场总需求量将超过 300 万吨;电子电气领域,根据爱采购平台数据,连接器端子平均价格为 4 元/个,断路 器平均单价为 8000 元/台,开关平均单价为 8 元/个,预计 2025 年全球电子电气领 域尼龙复合材料市场需求量将超过 230 万吨。增量市场来看,风电领域,根据 GWEC 数据,2022 年全球陆上风电装机量为 848.80GW,海上风电装机量为 65.80GW, 目前风电叶片主梁一般采用碳纤维进行复合,根据全国能源信息平台数据,单个叶 片主梁碳纤维用量在 3 吨左右,环氧树脂基体和碳纤维的占比在 3:7 左右,在风电 叶片大型化、轻量化的趋势下,预计尼龙复合材料的渗透率会逐步提升,预计 2025 年风电叶片领域尼龙复合材料的需求量将超过 20 万吨;集装箱领域,根据 SeaIntelligence 的数据,2022 年全球集装箱量为 5450 万 TEU,一个 20 英尺的国际标 准的集装箱大约重 2.3 吨,钢的密度为 7.85g/cm3,尼龙复合材料的密度约为 1.15g/cm3,因此制作相同规格的集装箱,尼龙复合材料比钢轻 7 倍,但是要达到相 同的力学强度,尼龙复合材料的板材需约比钢板厚 2 倍,因此单个尼龙复合材料集 装箱的自重约为 0.92 吨,“以塑代钢、以塑代铝”趋势下,尼龙复合材料集装箱渗透 率将逐步提升,预计到 2025 年集装箱领域尼龙复合材料市场需求量达到 226.91 万 吨。此外尼龙复合材料还拥有优异的气体阻隔性,可用于氢气罐等对气体阻隔性要 求较高的领域,根据贝哲斯咨询报告数据,2022 年全球 CNG、RNG 和氢气罐市场 规模为 154.52 亿元,预计 2025 年该领域尼龙复合材料市场规模将达到 7.81 亿元,按照尼龙复合材料平均价格为 3 万元/吨计算,根据我们的预测,预计 2025 年全球 尼龙复合材料市场规模将达到 2384 亿元。

  高温尼龙方面,2025 年全球高温尼龙市场规模将超过 200 亿元。高温尼龙最主 要的应用领域是汽车及电子电气领域,汽车方面,根据宏达丹特官网,目前发达国 家平均每辆车的塑料用量约为 140-160kg,其中 20%左右是尼龙材料,中国平均每 辆汽车尼龙用量为 8kg,尼龙材料中 PA6 和 PA66 约占整体用量的 90%,此外汽车 用尼龙材料除了高温尼龙外还包括 PA11 和 PA12,据此计算,国外每辆汽车高温尼 龙用量约为1.5kg/辆,中国汽车高温尼龙用量约为0.45kg/辆,随着未来汽车高端化、 轻量化发展,预计高温尼龙在汽车领域上的使用量会逐步增加,预计 2025 年汽车领 域高温尼龙需求量为 12.14 万吨;电子电气领域,高温尼龙主要应用于连接器端子、 继电气内部元件、开关、LED 反射支架等领域,根据爱采购平台数据,LED 照明设 备平均单价为 500 元/套,根据接插数据网计算,平均每个连接器端子高温尼龙用量 约为 0.6g/个,单个断路器高温尼龙用量约为 9.5g/台,单个开关高温尼龙用量约为 0.8g/个,单个 LED 设备高温尼龙用量约为 9g/套,随着电子电气设备产品要求逐步 提高,高温尼龙的用量也将逐渐增加,预计 2025 年电子电气领域高温尼龙需求将达 到 18.81 万吨,假设汽车领域和电子电气领域高温尼龙应用占比保持约 80%,预计 2025 年全球高温尼龙需求总量将达到 37.71 万吨,按照高温尼龙 5.5 万元/吨的价格 计算,预计 2025 年全球高温尼龙市场规模将达到 207.56 亿元。

  尼龙复合材料目前主要的产业化工艺包括注塑成型、模压成型和挤出成型。注 塑成型工艺能成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件,是目 前最主要的尼龙复合材料生产工艺,适用于短纤(3mm 以下)和 12mm 的长纤, 25mm 的长纤则适用于模压成型,可以显著提高制品的冲击强度、尺寸稳定性,减 少曲翘,但制作成本相对较高。目前工业化生产中以 30%玻纤含量的增强尼龙材料 最为常见,在 30%玻纤含量时尼龙材料的拉伸强度和断裂拉伸率最大,玻纤含量太 低起不到增强的作用,含量太高也会导致尼龙复合材料流动性差,使制成品出现严 重浮纤、粗糙、光泽度差等质量问题,同时由于流动性差,需要将注塑设备的注射压 力和注射速度都适当提高,料温和模温也要适度的升高,这也会对注塑机塑化元件 如螺杆的磨损加大。挤出成型工艺可以通过改变机头口模可成型各种断面形状的产 品或半成品,但挤出成型无法生产形状复杂的制品,主要是用于管材、板材、片材、 薄膜等的成型。

  目前 PA66 产能仍由国外企业垄断。目前最常见的尼龙复合材料产品是玻纤增 强 PA6 和玻纤增强 PA66,就基体而言,PA6 方面,我国是全球 PA6 产能和消费量 最大的国家,产能占全球 50%以上,消费量占全球 60%以上,根据百川盈孚数据, 2021 年我国 PA6 产能约为 569.6 万吨,产量约为 407.83 万吨,表观消费量约为407.57 万吨,但 PA6 主要用于纤维(70%),工程塑料领域用量占比约为 23%,剩 余 7%用于生产薄膜;PA66 方面,作为高端尼龙品种,PA66 比 PA6 有着更加优越 的性能,拥有更加优良的耐热性能和更低的吸水率,广泛应用于工业领域,但目前 PA66 的产能仍集中在国外企业如英威达、奥升德、巴斯夫杜邦等手中,行业集中度 较高,在全球主要厂商中,英威达生产规模最大,占全球 35%左右,全球前三公司 英威达、奥升德、巴斯夫产能占比超 70%,全球前五家 PA66 生产企业中国内只有 神马股份占有一席之地,PA66 的重要原材料己二胺虽然目前国内部分企业已经能够 实现生产并正在逐步进行国产替代,但由于整体产品质量与国外成熟产品仍有差距, 整体替代进程较为缓慢。

  现有玻纤增强尼龙工艺较为成熟,产品整体性能差异不大。选取主要生产厂商 30%左右玻纤含量 PA6 和 PA66 复合材料进行比较,整体来看,产品性能差异不大, 就物理性质而言,30%玻纤增强 PA6 吸水率均在 6%-8%左右,断裂拉伸强度均在 155MPa-190MPa 左右,熔点均在 220℃左右;30%玻纤增强 PA66 整体拥有更低 的吸水率、更高的机械强度和更优的热性能,其吸水率在 2%-6%左右,断裂拉伸强 度在 270MPa-300MPa 左右,熔点在 260℃左右。

  高温高压溶液缩聚法是目前工业生产高温尼龙主要采取的方法。传统高温尼龙 的工艺有 5 种:高温高压溶液缩聚法、低温溶液缩聚法、聚酯缩聚法、界面聚合法 和直接熔融缩聚法,由于高温高压溶液缩聚法生产成本低,操作简单,是目前工业 生产中主要采用的方法,而其他四种方法因为各种各样的问题均不适合工业化生产: 低温溶液缩聚法溶剂成本比较高且副产物会对反应容器造成腐蚀,胺酯交换法中所用 原料回收聚酯属于高分子聚合物,其作为反应物会导致目标产物分子量无法控制且 反应后期产物分子量增长困难,界面聚合法也同样存在溶剂消耗量大的问题且易造成环境污染,直接熔融缩聚法出料时存在粘釜的问题且在空气中易被氧化。

  国际巨头占据全球超 80%份额,国内高温尼龙企业加速国产替代。目前主要产 能和技术仍集中在国际企业手中,国外巨头如帝斯曼、杜邦、三菱瓦斯、艾曼斯等, 占据全球超过 80%的高温尼龙市场份额,荷兰帝斯曼公司独家拥有 PA46 产品专利 权,同时生产 PA4T 的重要原料之一丁二胺由帝斯曼控制,因而 PA4T 也由帝斯曼 独家生产,日本可乐丽最先拥有壬二胺的生产技术且在一段时间内一直垄断,是首 家开发成功 PA9T 并实现产业化生产的企业,专利到期后巴斯夫也开始生产 PA9T 产品。除了 PA46、PA6T、PA9T、PA10T 外,目前实现产业化生产的高温尼龙品种 还包括 PA11T、PA12T、PAMXD6 等,例如日本三菱瓦斯化学以己二酸和间苯二甲 胺为原料制备 PAMXD6,主要使用在于高阻隔材料领域。目前国内生产高温尼龙的企 业较少且产品较为单一,主要以 PA6T 和 PA10T 为主,代表企业有金发科技、新和 成等,其中,金发科技是全球率先实现 PA10T 产业化的企业,对于国内企业具有一 定带头作用,目前国内企业正在加速研发投产,预计未来将形成 18.5 万吨的新增产 能,高温尼龙国产替代加速进行。

  目前针对不用应用领域,国际巨头开发出不同种类的高温尼龙产品。国际企业 的高温尼龙产品均可用于汽车、电子电气、照明、家电、建筑等多个领域,选取国际 企业 30%-40%玻纤增强的复合高温尼龙产品进行比较,吸水性方面,三菱瓦斯的 PAMXD6 产品和可乐丽的 PA9T 产品具有较为优异的低吸湿率,该可乐丽 PA9T 产 品大多数都用在汽车重点齿轮轴承保持架和中冷器水箱和涡轮导管;断裂拉伸强度方面, 杜邦的 PA6T 产品抗外力作用性能较为优异,其断裂拉伸强度可达 210MPa-230MPa; 断裂伸长率方面,索尔维的 PA6T 产品和帝斯曼的 PA46 产品较为柔软,断裂伸长 率分别为 5.5%和 8.5%(175℃情况下);帝斯曼的 PA4T 产品和艾斯曼的 PA6T 产 品均具有较高的熔点,熔点均可达 325℃;帝斯曼的 PA4T 产品和三井化学的 PA6T 产品在耐高温方面的性能更为优异,在 1.8MPa 情况下,变性温度分别为 305℃和 300℃。

  生物基材料是能源结构调整大背景下的重要转型方向之一,生物基尼龙市场有 望突破 200 亿元。传统尼龙的工艺主要是石化法,以石油为原料进行生产,而当今 气候变化能源危机正在引起世界范围内产业格局的重大变革,石油存量日益减少且 对石油的过度开采造成了诸多的环境问题,而生物制造因其具有更高效、更绿色环 保的特点正在成为能源结构调整的重要方向之一,生物基尼龙复合材料及高温尼龙 利用可再生的生物质资源,如葡萄糖、纤维素、植物油(包括蓖麻油、油酸与亚油酸 等),通过生物工程方法得到,目前生物基材料及产品受到全球范围内的关注。主要 国家及地区纷纷将生物产业作为战略性新兴产业进行部署,根据《中国生物制造产 业与科技现状及对策建议》,目前已有超过 20 个国家制定了关于生物制造的国家战 略规划,比如英国、美国、欧盟等,很多组织及报告也对生物制造产业进行预测,世 界经合组织预测至 2023 年,生物制造在生物经济中的贡献率将达到 39%,美国农 业部研究报告预测到 2025 年,生物基产品将占全球总市场 22%。随着尼龙材料需 求的逐步提升,在能源结构调整大背景下,生物基尼龙的市场空间广阔,就中国而 言,PA66 的重要原材料己二胺,目前国内部分企业已经能够实现生产并正在逐步进 行国产替代,但由于整体产品质量与国外成熟产品仍有差距,整体替代进程较为缓 慢,生物基戊二胺能够替代己二胺制备生物基尼龙材料,一方面能够有效加速尼龙 国产化进程,另一方面也将打开国内生物基尼龙市场空间。

  全球主要国家纷纷提前布局生物制造产业,生物基尼龙市场渗透率有望提升。 早在 2002 年美国就在《生物质技术路线 年美国生物基材料替 代 25%有机化学品和 20%石油燃料;欧盟在 2014 年的《工程生物技术远景规划》 中制定目标,到 2025 年欧洲实现生物基产品替代化石能源和化学品分别为 20%和10%-20%;中国《“十四五”生物经济发展规划》也重点强调要推动中国生物技术和 生物产业的发展,天津市人大常委会副主任、中科院天津工业所所长马延和对其解 读,认为预计未来十年,石油化工、煤化工产品的 35%可被生物制造产品替代,全 球主要国家纷纷提前布局生物制造产业,有望带动生物基尼龙市场渗透率进一步提 升。

  国内外尼龙企业均布局生物基尼龙产品,主要是蓖麻油路线。Rennovia 于 2013 年 10 月以纤维素作为原料生产出世界上第一款 100%生物基尼龙 66。阿科玛是第 一家提供生物基透明尼龙的厂商,公司主要是以蓖麻油为原料,其 Rilsan® Clear 产 品生物基含量为 45%和 62%,有优异的柔韧性、耐化学性、抗疲劳性且比重轻,可 应用于光学眼镜;Rilsan® HT 高温尼龙产品比传统耐高温尼龙 更优的耐氧化性和 耐化学老化性,且吸湿率更低,尺寸稳定性和抗蠕变性更好,可应用于汽车、电子电 气等领域。赢创在 2009 年就开始布局生物基聚酰胺领域,最新发布的透明尼龙 TROGAMID®myCX eCO 含 40%生物基原料,能够适用于滑雪和滑雪板护目镜的高级 镜片。帝斯曼的 Stanyl ® B-MB 系列产品生物基含量可达 100%,可用于汽车、电 子电气、工业齿轮等领域。今年 5 月,巴斯夫推出源自蓖麻油的 Ultrasint PA11 系列 产品,而用于做 3D 打印粉末。杜邦的 Zytel® RS 系列产品也是蓖麻油路线%不等,产品具有卓越的耐化学性和耐水解性,可用于汽车零 部件。凯赛生物以玉米为原料,公司的 ECOPENT 系列产品具有高强度、高耐热性、 尺寸稳定性等优异性能,可应用于汽车、电子电气结构件、工程等领域。

  4.2 生物基尼龙性能优势显著,渗透率有望提升,2025 年市场 规模预计超过 210 亿

  生物基高温尼龙耐热性不输石油基高温尼龙,且具备更优的可回收性,具有显 著的应用价值。目前国内上市公司凯赛生物首创生物基戊二胺生物制造技术,生物 基戊二胺主要以玉米等作为原材料,其可用于制备多种生物基尼龙,相较于石油基 材料具有显著的成本优势。目前生物基高温尼龙仍未实现产业化生产,《半生物基耐 高温尼龙 5T/56 制备及性能》采用凯赛生物的工业级生物基戊二胺制备的高温尼龙 5T/56(共聚尼龙,主要成分为 5T),与相同步骤制备出的 PA6T/66 进行对比,其实 验结果显示,PA5T/56 的起始热分解(失重 5%)温度为 408℃,最终热分解温度为 521℃,热分解残余量为 9.2%;PA6T/66 的起始分解温度为 410℃,最终分解温度 为 523℃,热分解残余量为 4.4%,生物基高温尼龙材料的可回收性是传统石油基高 温尼龙材料的 2 倍多。此外,从吸热曲线℃,从放热曲线可以看出二者结晶温度分别为 264℃和 272℃,两种 材料有相近的熔点和结晶温度,PA5T/56 在电子电气领域可替代 PA6T/66 在 SMT 技术的应用。同时其更优的可回收性使其能够被二次利用,减少环境污染,叠加自 身成本优势,未来生物基高温尼龙将具有广阔应用空间。

  生物基高温尼龙复合材料性能优势显著。目前除了纯高温尼龙外,多个企业或 高校还在研究生物基高温尼龙复合材料,但大多处于实验室阶段,由于高温尼龙的 应用环境具有高温、高湿等特点,因此研究性能多为阻燃性、耐热性、抗氧性、结构 强度等。从实验室结果来看,生物基高温尼龙复合材料与普通高温尼龙复合材料相 比具有更好的阻燃性、耐高温水解性以及优异的综合力学性能,其中,《一种 MXD6、 生物基尼龙、聚苯醚合金复合材料及其制备方法》中生物基材料采用凯赛生物生产 的 PA56 进行实验,用其所制备的复合材料拉伸强度达 180MPa,断裂伸长率为 1%, 弯曲模量为 8000MPa,相比于普通高温尼龙复合材料具有更优异的结构强度,此外, 生物基尼龙基体相比于传统石油基尼龙基体可以填充更高含量的玻纤材料。

  生物基尼龙渗透率逐步提升,2025 年市场规模有望超过 210 亿元。生物基尼龙 相较于传统石油基尼龙材料性能更加优异,未来有望逐步渗透汽车、工程、电子电气等大应用场景,工程领域和汽车领域技术设备要求相对较低,预计在该领域生物 基尼龙材料的渗透率较高且渗透增速较快,而电子电气等领域技术设备要求比较高, 渗透率相对较低且渗透速度相对较慢,在本报告尼龙复合材料市场空间测算结果的 基础上,我们预计 2025 年生物基尼龙市场空间有望达到 215.91 亿元。

  (本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)


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