炼化界的焦点领域,EVA与POE树脂的产业链及优缺点对比

工程师kk 2023-10-17
2875 字丨阅读本文需 7 分钟

近年来,随着光伏产业飞速发展,光伏胶膜粒子(EVA/POE)原料需求快速增加。据统计,全球胶膜产能几乎全部集中在中国,而EVA与POE作为核心封装材料,我国仍高度依赖进口,2021年我国EVA进口依存度仍超过50%,POE更是被海外厂商垄断,基本依赖进口,下游需求的高速扩张与国产率低都为EVA与POE材料的发展带来广阔的市场空间。

EVA及POE树脂作为封装胶膜的核心原料,两者均由乙烯和特殊单体通过共聚反应制备。其中,EVA树脂为乙烯和醋酸乙烯(VA)的共聚物(VA质量分数一般小于40%),POE树脂则是由乙烯和高碳α-烯烃(通常为1-辛烯,质量分数大于20%)利用配位聚合形成的无规共聚物弹性体。相比于传统的通用型聚乙烯,EVA及POE树脂的合成难度更大、应用性能更高、专用性更强,属于国内目前亟待发展的高端聚烯烃材料。

近年来随着沿海大型炼化一体化项目的陆续投产,通用型聚乙烯面临产能过剩的风险。为应对日益激烈的同质化竞争、提升产品附加值,EVA及POE树脂已成为炼化企业延伸发展的热点新材料领域,国产化进程不断加速。

虽然EVA及POE树脂可应用于包装薄膜、发泡鞋材、汽车及塑料改性等领域,但光伏胶膜是当前需求增长最快、市场关注度最高的应用领域。根据《中国化工新材料产业发展报告(2022)》,光伏胶膜已成为全球EVA树脂的第一大下游需求,占比约为25%,在国内市场的需求占比更是达到47%。POE方面,目前全球约一半的POE树脂应用于汽车领域(通常作为增韧改性剂用以提高内外部组件如仪表盘、保险杠的抗冲击强度),其余主要用于发泡鞋材、电线电缆等。随着N型组件出货量的快速增长,未来两年光伏胶膜将成为POE需求增长的主要动力。

1、EVA树脂短期仍需进口,光伏料产能爬坡及验证周期影响放量节奏

EVA树脂的工业化生产大多采用高压法连续本体聚合工艺,其聚合机理和生产流程与LDPE(低密度聚乙烯,主要制成薄膜产品)基本相同。VA含量越低,EVA的性质越接近LDPE,具备相对良好的耐磨性和电绝缘性,可用于生产农用薄膜、发泡鞋材、包装材料等中低端产品。VA含量越高,EVA的性质越接近橡胶,具备相对良好的弹性和透明性,可用于光伏胶膜、涂覆料等高端产品。其中用于光伏胶膜的EVA树脂VA含量需控制在28%~33%之间,生产难度大,市场价值高。

2017~2020年,国内EVA树脂总产能稳定在97.2万吨,但仅有斯尔邦石化、联泓新科和宁波台塑3家企业具备光伏料生产能力,合计产能仅为30万吨左右,进口依赖度一直维持60%以上。近年来,受下游光伏产业跨越式发展的影响,炼化企业陆续引入技术工艺包(以利安德巴塞尔管式法为主),期望通过转产EVA避开通用型聚乙烯的红海竞争。2021年下半年,浙江石化、延长榆林能化等企业均已顺利产出光伏料。

截至2022年底,国内EVA树脂总产能已增至215万吨,能稳定生产光伏料的企业增至9家,合计光伏料产能98万吨。据卓创资讯统计,2022年EVA树脂产量共167.6万吨,其中光伏料累计产量达83.7万吨,全年光伏料排产比例达到50%。进口依赖度已降至26%左右,国产光伏料供应能力显著提升。

展望2023年,虽然EVA新增产能有望达到55万吨,但光伏料的新增供给较为有限,增量需求只能通过海外供给满足,预计2023年进口依赖度将再度上扬。这是由于EVA树脂的产能爬坡周期长,而且光伏料实际产能也具有极大的不确定性。

从行业经验来看,新装置从开车成功到批量稳定供应光伏料需至少一年时间。首先,装置需先稳定生产LDPE半年以上才能转产EVA。其次,生产EVA也需从低VA含量的发泡材料开始做起,积累足够的装置运行经验后才能逐步转为工艺难度更高的光伏料。最后,产品交付胶膜厂商验证并导入使用也需要4个月左右的时间。

因此,即便是去年三季度实现投料开车的天利高新,其光伏料在2023年实现稳定出货的难度也很大。考虑到产能爬坡及验证周期,预计大部分新增产能要在2025年才能实现有效供给。而由于装置光伏料产能上限的存在(管式法一般在80%左右,因为光伏料VA含量高、粘性强,需对设备进行定期维护清洗),即便乐观假设所有厂家都能顺利完成验证并实现光伏料产量最大化,未来两年也很难满足组件出货量快速增长造成的供给缺口,因此预计到2025年大概率将维持供不应求的状态。

2、POE 树脂工业化存在三大技术壁垒,国产替代初见曙光

POE(聚烯烃弹性体)是陶氏化学于1993年率先开发的新型热塑性弹性体材料。POE的结构特点决定了其优异的综合性能。首先,分子结构中同时存在聚乙烯主链结晶区和因引入α-烯烃而形成的无定型区,使其兼具良好的热塑性和高弹性。其次,分子链中不存在极性基团和不饱和键,赋予了POE优良的耐候性和水汽阻隔性。最后,茂金属催化剂的加持也使得POE的相对分子量分布窄,从而具有良好的拉伸强度和抗冲击性能。

目前全球POE树脂的生产技术和工业化装置集中在陶氏化学、LG化学、三井化学、SSNC(SABIC和SK的合资公司)、埃克森美孚、北欧化工6家海外化工巨头。各家企业的生产装置均基于专有的聚合技术和茂金属催化剂搭建,现有产能合计160.5万吨。

考虑到实际生产过程中可灵活切换为POP(聚烯烃塑性体)、OBC(烯烃嵌段共聚物)或其他弹性体材料,POE真实产能低于公开资料数据。根据ChemAnalyst的统计,2022年全球POE需求量约150万吨,预计实际产量与该数据基本一致。

陶氏化学是全球生产规模最大、技术最先进的POE生厂商,其装置主要位于美国、泰国、沙特三地,合计产能达76万吨,占全球市场份额的50%左右。LG化学、SSNC和三井化学紧随其后,产能规模均超过20万吨。由于光伏领域可预见的需求增长,上述三家企业均已宣布扩产计划,预计两年内海外POE产能可提升至192.5万吨。

胶膜厂商需要拿到一半左右的订单份额才能满足N型组件的封装需求。不过在汽车轻量化趋势下,传统下游汽车塑料改性需求仍有增长空间,其他领域同样需求起量(据中国化信咨询统计,2021年我国POE净进口量约为59万吨,近3年CAGR达28%),因此未来几年全球POE树脂供给将持续紧张,订单争夺也将左右光伏胶膜的升级进程,树脂国产化破局非常关键。

3、EVA与POE性能对比

在光伏领域,EVA与POE性能各有优缺点,EVA价格较低、易加工、耐存储、交联速度快、与玻璃&背板粘结性能好;POE优势主要在于材料性能好,抗PID性能优异、电阻率高、水汽阻隔率大、耐低温耐黄变。

EVA的劣势主要在于:醋酸乙烯在在光、氧气、湿热环境下容易发生水解,产生醋酸,对电池片表面、焊带等腐蚀,同时还会与玻璃中的Na反应,可以生成大量的自由移动的Na离子,造成功率衰减;同时EVA容易在光热环境下发生黄变,影响透光性,造成组件整体的功率损失。

POE的劣势在于:

POE极性较低,胶膜加工过程中极性助剂溶剂析出至膜表面,造成表面光滑容易移位;加工难度偏大,膜唇容易挂料;POE粒子价格整体较EVA贵。

总体认为在未来几年,POE粒子在胶膜粒子中的应用占比有扩大趋势,主要是受以下几点因素的影响:

1)电池N型化:

当前P型电池光电转化效率已接近24.5%的上限,而N型电池转化效率上限更高;

P型电池在硅片中的掺杂的硼氧复合体会引起电势衰减加快,N型电池掺入鱗,抗衰减性能较好。

N型电池的PID效应在受光面更敏感,对PID衰减大的N型组件,在光照恢复后,也会造成不可逆损伤,同时N型电池使用单玻封装时,背板水汽阻隔性较差,因此选择POE胶膜进行封装,能降低组件的整体水汽透过率,延长组件的使用时间,因此,N型电池的推广可以增加POE用量。

2)电池功率大型化:

近年来,不同类型的电池组件功率均有明显的提高,发热量增大,温度会对电池的峰值功率、开路电压等电性能产生较大影响,因此对封装材料的电性能要求要来越高。

3)盖板玻璃减薄化及双玻组件增多

根据CPIA数据,当前玻璃厚度主要有<2.5mm、2.8mm、3.2mm三个等级;其中厚度<2.5mm的玻璃盖板市场占有率32%,预计到2025年比例将提高到50%左右,玻璃变薄会对封装材料性能要求越来越高,POE具有良好的机械强度及韧性。

EPE胶膜可以兼具EVA和POE的优点,是未来胶膜的重要发展方向。

此外,POE优异的材料性能在汽车、电线电缆、机械、鞋底料、热熔胶等领域都有着巨大的应用潜力,随着国产化进程的加快,POE将培育出更大的市场空间。

文章来源: 聚烯烃人,中国化工信息周刊

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