來源:中國合成樹脂網 2022-04-19 10:10:19
01高溫尼龍性能優異 市場發展前景廣闊
塑料通常分為通用塑料、工程塑料和高性能工程塑料三大類,其中高性能工程塑料的產量雖然在塑料總產量中所占比例很少,但是其產品技術含量高、附加值高,其萬元產值的能源及原材料消耗量大大低于通用塑料和通用工程塑料。特種工程塑料在熱管理領域表現優異,耐熱性能突出,長期使用溫度高于150℃,加上耐化學腐蝕性比其他高分子要穩定,所以在高溫應用、金屬取代方面具有特殊優勢。伴隨著近年來的汽車、消費類電子的蓬勃發展,特種工程塑料也發揮著越來越重要的作用。
尼龍(聚酰胺,PA)是大分子主鏈重復單元中含有酰胺基團(-CONH-)的高聚物的總稱。尼龍材料由于具有高強度、高韌性、耐磨耐沖擊性以及耐化學試劑等各項優異性能,因此在工程塑料等領域具有非常廣泛的應用,并且在五大工程塑料(尼龍、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚對苯二甲酸丁二醇酯)中的用量排名穩居首位。但是,傳統尼龍高分子材料具有很強的親水性、不耐高溫、依賴石化資源等缺點。隨著汽車輕量化的發展和高端電子信息產業的快速發展,人們對聚合物材料的耐熱性能提出了更高的要求。
耐高溫尼龍是指長期使用溫度在150℃以上的PA工程塑料,除了擁有傳統PA的優點,其具有更高的耐熱性能,通常也具有更低的吸水率、更佳的尺寸穩定性及更優異的力學性能,屬于特種工程塑料,依據主鏈結構的不同,主要分為半芳香尼龍和全芳香尼龍。將均含有苯環的二元胺和二元酸共聚后得到的全芳香尼龍熔點太高,不利于加工,常被用于一些特殊場合。只有二元胺或二元酸含有芳環,共聚后得到的半芳香尼龍兼顧良好的耐熱性能和加工性能。但短鏈的半芳香尼龍(如 PA4T、PA6T 等)的熔點超過了其分解溫度,不能熔融加工,且其吸水率較高。而脂肪鏈的增長可以有效降低尼龍的熔點和吸水率,如PA9T、PA10T 等。
半芳香族高溫尼龍由脂肪族二胺(二酸)和芳香族二酸(二胺)經縮聚而成,不僅保留了傳統尼龍優異的力學性能、耐摩擦性和耐有機溶劑性能,而且隨著苯環的引入,其耐熱性能大大提高、吸水率明顯降低,在航空航天、汽車、電子電氣、LED 和軍工等領域具有廣闊的應用前景。
02商業化中綜合性能最好的耐溫尼龍—PA10T
PA10T(聚對苯二甲酰癸二胺)是由對苯二甲酸和癸二胺經縮聚而成,具有優異的耐熱性能(Tm=316℃),耐化學腐蝕性能,吸水率低,尺寸穩定性好,玻纖增強改性后耐無鉛焊錫溫度超過280℃,適合SMT制程,綜合性能優異。
目前成熟的工業化高溫尼龍品種有PA46、PA6T、PA9T、PA10T等。其中,PA46和PA6T的吸水率較大,導致制品尺寸穩定性差,存在吸水后SMT起泡風險,因此在一些要求高的領域,應用受到了挑戰;PA9T的吸水率低,但韌性差,脆性大;PA10T是目前商業化中綜合性能最好的耐溫尼龍。
與其他短鏈高溫尼龍如PA46、PA4T、PA6T、PA6I、MXD6等相比,PA10T具有較長的二胺柔性長鏈,使得大分子具有一定的柔順性,從而具有較高的結晶速率和結晶度,適用于快速成型,制作一些小型的電子元器件,比如LED反射支架、連接器等。又由于其分子主鏈中的苯環結構所帶來的剛性和耐腐蝕性等優異性能,PA10T的改性產品也可以應用到一些化學試劑和/或耐熱的環境中,比如水處理、納米注塑NMT、發動機周邊等。
另外,PA10T 的原料癸二胺來源于蓖麻油,屬于綠色可再生資源,因此 PA10T 還具有很高的環保價值,也是目前合成的唯一的生物基半芳香族尼龍,具有十分廣闊的市場前景。
PA10綜合性能優越,可廣泛應用于汽車、電子電器、航空航天、LED、和化工、水暖等領域。
nPA10T具有高反射率、良好的尺寸穩定性以及與與引線框架、封裝樹脂(硅樹脂和環氧樹脂)之間有良好的粘結性,可用于戶外顯示用LED反射支架;
nPA10T突出的耐熱性、超低吸水率、尺寸穩定性、高流動性、適用于薄壁快速成型以及良好的SMT適用性,可用于SMT連接器、USB Type C連接器等電子電氣部件;
nPA10T 可用作手機支架天線LDS材料、手機揚聲器支架,智能手表內部支架、LDS天線材料等;
nPA10T可用于引擎罩下耐熱部件,軸承保持架,點火線圈骨架,冷卻液泵,節溫器,進氣歧管等;
03市場前景廣闊,國產替代逐步推進
據Ofweek數據,2020年全球高溫尼龍產量約為16萬噸,5年復合增速7.78%。據《中國石油和化工產業觀察》數據,國外半芳香族尼龍產能超過15萬噸/年,國內產能約為1.6萬噸/年。我國2016-2020年對半芳香族尼龍需求增速超過10%,2020年需求量達3.3萬噸,其中,電子和汽車消費市占占比高達85%以上,電子行業快速發展和汽車領域高溫尼龍滲透率的提高是帶動其需求增長的主要動力。據《中國石油和化工產業觀察》預測,未來5年我國對半芳香族尼龍的需求將保持8%以上的增速,至2025年將達5萬噸,包括PA10T在內的各類半芳香族高溫尼龍產品有較好的發展前景。
目前,高溫尼龍產品的消費主要集中在電子、汽車、消費品以及航空航天和軍工等領域,其中,電子和汽車用高溫尼龍的最主要消費市場,二者合計占總消費量的85%以上。
在電子電氣領域,高溫尼龍是最有前途的材料之一。印刷電路板(PCB)表面貼裝技術(SMT)的小型化和應用領域持續拓展的趨勢要求有更薄的表面貼裝器件,這需要材料能夠承受 SMT 回流焊工藝的高峰值溫度,還要具有高溫下能長期使用、低蠕變性、高硬度等特性,高溫尼龍可以滿足上述要求。
在汽車領域,耐熱塑料正在取代傳統的工程塑料和一些金屬。汽車領域的這一替代需求主要由以下幾點原因推動:1)更高的安全性和舒適性要求;2)更長的使用壽命要求;3)發動機零件溫度升高;4)汽車電動化趨勢下電路布局更加復雜。高溫尼龍具有良好的機械、抗蠕變和耐高溫疲勞等性能,是一種理想的替代材料,適用于發動機、傳動系統、空氣系統和進氣裝臵等部位,例如使用高溫尼龍制成的鏈條拉緊器其磨損程度遠小于 PA66。隨著汽車電氣化的快速推進,高溫尼龍在汽車領域的需求有望迎來高速增長。
據統計,2020年全球高溫尼龍產能約15.8萬噸,海外產能占比高達94%,產能主要集中于帝斯曼、杜邦、索爾維、EMS、可樂麗等企業。其中,帝斯曼獨家生產PA4T等相關產品,可樂麗憑在很長一段時間是PA9T的唯一生產商,隨著專利到期,巴斯夫也逐步推出PA9T相關產品,而其他國外企業均以PA6T產品為主。
我國高溫尼龍進口依賴度高達95%,國內能穩定批量生產且獲得知名客戶測試認證主要包括金發科技和華盈新材等,未來隨著國內廠家的產能規劃逐步落地,有望在電子領域率先實現進口替代,而下游汽車領域驗證周期較長,替代進度預計稍微慢一些。