EVOH合金是什么材料?塑料改性已经发展到合金领域了?

材料那些事 2023-12-21
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近年来,技术的进步使得塑料包装薄膜的功能化发展趋势日渐明显,高要求、高技术含量的塑料包装薄膜正成为许多企业的支柱产业和研发目标。包装功能是多样的,如抗静电、抗粘连、贴体、透气、可剥、防锈、抗菌、阻隔等,其中阻隔性塑料包装薄膜是目前发展最快的功能薄膜之一。但常见大多数塑料氧气透过率过高,也影响到其在包装领域普遍应用,仅有少数塑料的氧气透过率是比较低的,国际上把氧气透过率小于3.8cm3·mm/24h·m2·MPa的聚合物称为阻隔性聚合物。

EVOH(乙烯/乙烯醇共聚物)就是一种典型的阻隔性树脂,EVOH的阻隔性能取决于乙烯的含量,一般来说当乙烯含量增加时候,气体阻隔性下降,但易于加工。EVOH显著特点是对气体具有极好的阻隔性和极好加工性,另外透明性、光泽性、机械强度、伸缩性、耐磨性、耐寒性和表面强度都非常优异,一直是应用最多的高阻隔性材料。

EVOH的缺点也比较明显,大分子上带有大量羟基,注定了其具有较强的吸湿能力,吸湿后的EVOH,其最为宝贵的阻隔性能和力学性能随之劣化,因此,EVOH必须置于夹层中应用;EVOH与常用PO包装材料相不容,因此,置于夹层中的EVOH必须借助于粘胶剂的粘合力,以实现其与常见PO包装材料层合应用的目的;也因此采用EVOH做阻隔层的塑料包装材料的边角废料等无法进行热熔回收,加大了环保压力。

曼瑞德公司是国内生产五层结构阻氧PEXa管和五层结构阻氧PERT管的专业企业,阻隔材料即为EVOH,针对EVOH的上述弊端,开展了EVOH/PO合金阻隔材料(下称合金阻隔材料)及其在阻氧塑料管材制造中应用的研究,目的在于制造一种疏水性好,不用粘胶剂,废料可直接热熔再制,结构筒单的阻氧塑料管。

1、塑料改性大势所趋

新材料是国家工业发展的基础,近年来,在我国发展高端制造业、战略性新兴产业、构建“国内大循环”战略和实现经济转型的背景下,改性塑料作为重要的新材料种类,是我国实现目前规划的重要产业,发展国产高端改性塑料是我国实现进口替代重要的步骤。

改性塑料与普通塑料相比,其增强增韧性能、阻燃性能、耐高温性能、耐老化性能、耐划痕性能等对电子电器产品的安全性和稳定性起着至关重要的作用。凭借上述性能,改性塑料大量取代了传统金属和无机非金属材料,成为了电子电器产品的主要材料之一。随着人们对安全、健康的重视程度越来越高,国内外对塑料材料的防火安全性提出了严格的要求,未来对高端改性塑料需求仍将保持增长。当前电子电器产品也正向智能化、小型化、模块化为特征的新一代产品发展过渡,对改性塑料相关产品需求将持续增加。

国家统计局数据显示,我国电子电器行业经过快速成长期后,到2015年之后进入平稳发展阶段,年零售总额在1,000亿美元左右。从细分行业看,各品类业绩增速有不同程度放缓。Statista预测,到2024年,我国电子电器行业市场零售额将达到1,014亿美元。

我国改性塑料行业经过多年的快速发展,产量和市场规模都呈现上升趋势。2016年至2020年,我国改性塑料产量由1563万吨提升至2250万吨,年复合增长率9.54%。中商产业研究院预测,2022年改性塑料产量达到2884万吨。尽管国内塑料产业发展速度较快,我国塑料应用规模仍然偏小。我国塑料改性化率(即改性塑料产量占塑料总产量的比例)稳步增长。全球塑料改性化率近50%,我国塑改性化率已由2011年的16.3%提升至2020年的21.7%,相比全球水平仍有较大提升空间。

我国有上千家企业从事改性塑料生产,但规模企业(产能超过3,000吨)数量不多。目前中国改性塑料行业市场集中度低,前四企业仅占整体市场的11.5%。按改性塑料产量来看,金发科技市场份额占比最多,达7.1%;会通股份市场份额达1.6%;普利特市场份额达1.4%;国恩股份市场份额达1.4%。

当前我国新增电子电器消费大多数来自更新换代需求,呈现个性化、高端化、智能化和健康化的特点。为呈现时尚、色彩丰富的个性化外观,越来越多的电子电器生产线引入了免喷涂改性塑料,通过注塑成型可直接达到金属质感、自然质感、黑亮、闪烁、消光等效果。新兴的智能家居、智能手机等不仅具有更为轻薄和时尚的外观,其内部线路的排列也更为紧密和有序,这也要求外壳材料满足高灼热丝、高漏电起痕等条件,以适应长期在高温环境下安全运行。

2、竞争格局

国内改性塑料行业竞争格局可分为三个梯队,即大型外资企业、规模内资企业、小型内资企业,大型外资企业在改性塑料高端市场仍占据主要地位。目前国内改性塑料企业总数超过3000家,但产能超过3000吨的企业仅70余家,产能超万吨的规模内资企业较少。

具体来看,中国改性塑料行业市场集中度低,前五企业市场规模仅占整体市场的14.13%。金发科技市场份额占比最多,达8.33%。会通股份、普利特、国恩股份、道恩股份市场占比分别为1.61%、1.57%、1.57%、1.05%。

目前,中国改性塑料主要应用于家电领域,占比达37%。其次分别为汽车、电子电器、办公设备、电动工具,占比分别为15%、8%、7%、3%。

车用塑料:

产量回升+新能源车渗透,车用塑料需求向好

改性塑料在汽车零部件中应用广泛,其中改性聚丙烯为最主要品类。1)传统汽车主要采用钢铁来构筑车身和动力系统,占整车比重约55%-60%,而塑料零部件相对轻盈,可以帮助车辆减重,从而提高燃油效率和续航里程。此外,塑料件可塑性强,可以通过复杂加工进行精细化设计,从而增强汽车外观和内部功能性。2)车用改性塑料中改性PP使用最多,占比达46%。改性PP制造的汽车零部件超过60余种,包括保险杠、仪表板、车门内板、空调器件等。

从单车用量情况来看,目前德国是单车改性塑料用量最多的国家,乘用车单车用量达340-410千克,使用率超25%,欧美国家平均单车改性塑料使用率为19%。我国乘用车2014年改性塑料用量为123千克/辆,2022年增长至175千克/辆,与国外相比仍有较大提升空间。预计随着新能源汽车的推广和汽车轻量化的发展,到2027年我国汽车改性塑料使用量将增长至213千克/辆。

从汽车产业来看,我国汽车产量回暖+新能源车渗透率提升,拉动车用改性塑料需求增长。

结构方面:近年来我国新能源汽车产量快速增长,2020年/2021年/2022年分别达137万辆/368万辆/706万辆,近3年CAGR为127%,渗透率从2020年的5.41%,大幅提升至2022年的25.97%。随着汽车总量回暖+结构优化,车用改性塑料需求持续向好。

随着新能源汽车行业的不断发展,中国已经成为世界上新能源电池及新能源汽车最主要的供应基地,而新能源汽车专用材料尤其是动力电池用材料对改性塑料提出了更高的要求。新能源动力电池结构常用的改性塑料有阻燃PPE、PPS、PC/ABS合金及阻燃增强PA;箱体材料目前大部分采用高强度的钢、轻金属,很多厂商正在尝试用SMC复合材料取代金属,该类改性塑料材料具有良好的设计性和工艺性,且强度高、尺寸精确、耐腐蚀、稳定性好。改性PPO(聚苯醚)材料对钴酸锂、锰酸锂等锂电池电极材料具有良好的耐腐蚀性,且具有极好的阻燃性、耐低温及抗冲击性能,是制作锂电池防护壳非常理想的材料之一。

根据工信部相关数据,2021年我国新能源汽车销售完成352.1万辆,同比增长157.57%。另外,参照《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》中2025年新能源汽车销量占比达到20%左右的发展愿景,结合绿色经济预期目标、技术成熟度提高、成本进一步下降以及消费者需求驱动力上升等利好条件,预计2025年我国新能源汽车销量突破700万辆大关。相应地,随着新能源汽车结构与质量的持续改善,以及新车型的推出,新能源汽车动力电池需求将加速提升。

家电塑料:

后周期回暖,家电塑料基本盘稳固

家电塑料几乎全部需要改性,已广泛应用于全品类。改性塑料拥有安全、无毒、节能环保、抗菌等性能,满足家电轻量化和安全性的要求。按照类别不同,家电用改性塑料可分为矿物填充改性塑料、耐候改性塑料、阻燃改性塑料和玻纤增强改性塑料,分别在机械性能与韧性、户外或暴露在恶劣条件中抵抗能力、自灭火性能、刚性和耐冲击性能等方面进行提升,广泛应用至家电领域。

地产后周期边际企稳,家电用塑料需求有望改善。家电下游为房地产行业,近两年地产周期加速下行,对家电需求形成拖累。

由于改性技术发展,一些通用塑料可以通过改性技术改善原有性质,耐热性和机械强度等指标有了显著提升,从而具有了一定工程塑料的性质,应用领域得以大大拓宽。对于工程塑料,由于国内汽车、电子电器等行业对原材料性能要求不断提高,原本的工程塑料已经不能完全适应下游市场的要求,工程塑料经过改性,各类物性指标更加优异,以更加严苛的性能适应市场需求。高性能特种工程塑料由于可以耐高温,并且具有性能好、尺寸稳定等特性,可以被应用于电子电器、汽车、以及宇航等尖端科技领域,但是尖端产品市场容量小。为了进一步扩大改性特种工程塑料的应用领域,需要采用低成本路线,用较低的成本扩大市场。

改性塑料目前广泛应用于汽车、通讯、电子电器、新能源电池、家电、医疗、轨道交通、精密仪器、家居建材、安防、航天航空、军工等诸多国家支柱性产业和新兴行业,其中家电和汽车是目前改性塑料最重要的下游应用行业。

随着近年来行业内规模内资企业不断加大研发投入,与大型国际企业的技术差距逐渐缩小,部分企业以研究开发功能化、高性能化产品为抓手,逐步向高端市场渗透。

另一方面,近年来随着我国上游石油化工企业不断加强产品的自主研发,也带动国内改性塑料行业整体创新速度加快。随着我国近年来持续推动经济转型和产业升级,在中高端改性塑料的进口替代需求愈发迫切,为国内具有较强技术实力的行业龙头企业提供了良好的发展机会。

国内改性塑料企业大都是从90年代后国内家电和汽车行业发展起来之后才开始兴起,虽然近年来发展速度较快,但综合竞争力与国际大型化工企业仍有一定差距,目前国内高端改性塑料市场仍以进口为主,进口替代需求较大。

文章来源: 微塑网, 聚烯烃人,塑库网

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