氟塑料全球消费量持续上涨:一文带你全面了解氟塑料PTFE/PVDF/FEP
来源 : 公开网络
作者 : 公开网络
时间 : 2021-07-01

随着消费行业和化学、汽车、电气/电子和半导体行业的应用迅速发展,氟塑料的全球消费量在近几年持续上涨。

数码化、电能出行和可再生能源是当前和未来的大势所在,氟塑料在这些领域中占据着非常核心的地位!

氟塑料特性

在含氟聚合物中,主碳链商的氢原子部分或全部被氟原子取代。所有含氟聚合物最重要的共同特征是它们具有耐化学性、高度紫外线抗性、抗候性和良好的介电性能。它们的摩擦系数和附着力都比较低。其摩擦学性能也很好,耐磨性较高。另
外,含氟聚合物不可燃,能够适应非常低或者非常高的操作温度。



氟塑料应用

自1938年发现聚四氟乙烯(PTFE)以来,氟塑料就已经在许多工序和日常应用中表现出了非凡的能力。应用范围包括燃料、滑动元件、机器传感器、飞行器制造、衬里、通用软管、电缆包线和涂料,从化学、制药、医疗科技到半导体制造。氟塑

料不仅为电气工程和电子工业服务,也为日常消费品服务,比如厨具中的不沾涂料。在纺织工业中也有它的身影,例如功能性服装材料的透气膜、防污涂料和屋顶构造的薄膜。

全球氟消费持续上升

2018年全球氟塑料的消费量为320.3千吨,而2015年时,该数字仅为270千吨,上涨了18.6%。2018年,中国消费了120千吨氟塑料,成为最大的氟消费国,其次是美国、西欧和日本。鉴于当前数码化、电能出行和可再生能源的大趋势,研究猜测直到2023年,氟塑料消费量的年增长率会保持在4-4.5%。

氟塑料重要的代表成员还是聚四氟乙烯(PTFE),占总消费量的53%(171.2千吨)。可熔可加工的聚偏二氟乙烯(PVDF)和氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)的消费量分别排第二、第三,占16%(50.6千吨)和10%(30.7千吨)。从消费量上看,乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)排名第四,2018年的消费量达6.5千吨。之后分别是可熔性聚四氟乙烯 (PFA)和聚氟乙烯(PVF)。

(2018年各类氟塑料全球消费量)


(2018年PTFE最大的消费地区)

(来源: Fluoropolymers, IHS Markit)

中国是PTFE和PVDF消费大国

2018年,中国的PTFE消费量居全球首位,消费了69.3千吨,占总消费量的40.5%。西欧、美国和日本位列第二、第三和第四。西欧国家中,汽车和化学工业发达的德国以及家电和复合材料工业发达的意大利是最大的PTFE消费者(分别占总
消费量37%和28%)。按工业分类,西欧对于氟塑料需求最大的工业是化学加工工业(41%),其次是机械和设备工程(19%)、电气/电子工业(16%)和汽车工业(9%)

美国、西欧和日本中,PTFE在一般加工业、为消费品和工业品提供涂料和内衬服务的产业、电气和电子工业、电缆包皮产业中的市场都几乎饱和。在这些领域里,增长率预计只介于1.3%(西欧)和2.1%(美国)之间,而预计在2023之
前,中国年增长率会保持在6.5%。总体来讲,对PTFE的全球需求量在这个时期中预计会上升4.1%。这也就意味着,PTFE在未来也会继续保持着氟塑料最重要代表成员的地位。

中国也是2018年最大的PVDF消费国(24.3 千吨),超过美国(12.4 千吨)和西欧(10.8千吨)。推动市场进一步发展的最重要因素是建筑涂料(尤其是在中国)和如锂离子电池、光伏组件、水过滤系统和建筑和汽车玻璃专用薄膜等新的
应用。因此,PVDF的需求预计将在未来五年内显著增加。例如,到2023年可熔加工氟(除聚四氟乙烯外)的年增长率预计为4.8%。

氟塑料生产力提高

2018年,全球氟塑料产量是316千吨。从市场份额、生产一体化程度、地理位置和产品种类来说,美国的科慕(Chemours)公司是当前公认的最大的制造商。其他领在全球有两个或以上的生产地的领先公司有日本的旭硝子(AGC)、法国的阿科玛(Arkema)、日本的大金工业株式会社(DAIKIN)、德国的泰良(3M/Dyneon)以及比利时的索维尔(Solvay)等。除此之外,中国的山东东岳集团实力也很强劲,拥有世界最大的PTFE最大生产工厂。

2018年,全球有60%氟塑料生产于这七家公司。面对氟塑料稳定上升的需求,近年来这些公司已经采取了许多措施。世界上最大的ETFE生产公司旭硝子预计在未来几年继续扩大产能。2019年,预计大幅扩大特殊级Fluon+ EA-2000的产能,此类氟塑料主要用于半导体产业。2018年,阿科玛将PVDF在美国的产能扩大了20%,而在此之前,它已经于2014年将中国产能翻了一倍,达到1.2万吨,并且计划在2022年进一步扩大。截至2018年年末,科慕把PFA在帕克斯堡的产能扩大了25%。这个公司甚至计划在2021年把PFA的产能再翻一倍。

2014年9月,大金工业株式会社在中国常熟新建了产能为6千吨/年的FEP生产厂。未来,该公司打算把更多的注意力放在为半导体产业发展氟塑料上,并且计划在2022年之前在鹿岛和摄津扩大产能。2015年初,泰良在德国根多夫建立了一个回收利用PTFE的试验工厂,产能达500吨/年,是当前该类型最大的工厂。索维尔计划在2019年底之前将其Solef® PVDF的产能提高35%。山东东岳集团当前经营着一家世界最大的PTFE生产厂,产能达45千吨/年(截至2018年)。该集团计划在未来五年里增加对氟塑料的投资,包括突破PTFE、FEP、PVDF和PFA的瓶颈。

(全球六大氟塑料生产商以及中国山东东业集团的产能)

(来源: Fluoropolymers, IHS Markit)

新的产品和市场

电能出行、新生态学、数码化当前这种的大趋势给氟塑料来了新的挑战和机遇。汽车行业近几年最大的特点就是它面临的尾气排放标准日益严苛,发动机的尺寸不断缩小,同时性能持续提高、汽车越来越轻、生产成本越来越低。氟塑料能够耐机器间里的高温和低温、腐蚀性液体和燃料、耐湿气、耐震动和耐高压,因此也常用来生产燃料、劈胴线、滑动元件、电缆护套和传感器。

由于电能出行和自动驾驶的大势所趋以及电子元件所占的比例越来越大,汽车系统变得越来越复杂。氟塑料可以进一步提高产品和电子元件的可靠性和安全性。例如,一个新的PVDF应用领域的就是电动汽车里的充电电池。它能作阴极和阳极粘结剂或隔膜涂层,从而延长可充电电池的使用寿命。比如说,索维尔新上市的PVDF,Solef 5140,因有更高的粘合性,适合用来做电池两极的粘结剂。

为了降低混合动力汽车或纯电力汽车的重量以及增加行驶里程,需要薄而耐高温的电缆护套。旭硝子新的ETFE,Fluon C88AXMP-HT比标准等级ETFE有好得多的耐应力开裂性和弯曲疲劳强度。另外,它的耐磨性、机械强度也很好。而且又
由于熔体的高流动性,加工起来很容易,在高速挤压下也是如此。它适用于电缆截面在0.3mm²-0.2mm²之间的电缆。旭硝子新的Fluon+AR系列也是基于ETFE材料。这些热塑性弹性体(TPE)混合了ETFE和一种特殊了氟橡胶,既具有氟
塑料的耐高温性、耐化性等优势特性,也具有很强的灵活性。经过恰当的热塑挤压和注塑工序,他们适用于生产包皮电缆和包皮电线。

广义上来讲,发电领域是氟塑料的另一个发展领域。它们已经在传统燃煤电厂和废物能源电厂的大量烟气脱硫应用中发挥作用了。它们有出色的抗腐蚀性,在化石燃料或者其他各种各种垃圾成分燃烧时对强酸和其他物质有抗性。因此,它们可
以保障工厂长期处于无故障状态。另外,它们也有高抗热震性和还不错的传热性能。

太阳能产业中,ETFE的薄膜可以取代传统光伏模块的防护釉。比无铁玻璃低的折射率使它们能够提高太阳能组件的效率、可靠性和经济性,因为它们抗紫外线性、防潮性和耐寒性很好,而且减轻了组件的重量。另外,它们的灵活性使它们可
以用于柔性模块或曲面模块。在燃料电池技术中,氟塑料是离子交换膜、电极涂料和气体扩散层的材料。

电气工程/电子以及无线电通讯领域中的新发展大大扩大了氟塑料的应用领域,比如应用于包皮电缆、包皮电线和半导体生产领域。仅仅这一部分在2018年的增长率就大概在5.2%,达到历史新高。现代交通和通讯系统,例如自动驾驶、电能
出行和5G蜂窝数据技术都对数据传输的稳定性和安全性提出了更高的要求。Chemours特氟隆氟塑料泡沫(FFR)是基于一种专利的发泡工艺,结合了低电磁衰减、高介电强度、非常高的耐化学性和自有的阻燃性。用于数据电缆的护套,满足数
据实时处理的要求。由于低密度和较小的绝缘厚度,它们还可以用来制作更小更轻的组件。

AGC提供新型氟离子+ EA-2000,这是一种功能性含氟聚合物,特别适用于具有高数据传输速率的印刷电路板或覆铜层压板(CCC)。该产品的粘合性能使其能够在铜或其他金属上生产极薄的介电涂层,并且保证极低的表面粗糙度。这使得未
来的技术如物联网(IOT)需要非常高的数据传输速率。

趋势和挑战

在复合材料领域,功能性含氟聚合物具有化学反应性,并且更够与其它材料更好的相容,有助于新发展的进展。例如旭硝子中的改性含氟聚合物Fluon+ ETFE。这些反应性高性能聚合物都是新的材料组合、聚合物共混物或复合材料和夹层结构的材料。例如,可以生产出具有特定含氟聚合物性能的热塑性复合材料,这种复合材料还具有优良的纤维基体附着力,从而具有良好的力学性能。

加工领域,3M公司开发了一项新技术,首次实现以3D打印的方式加工PTFE等全氟化聚合物。该工艺已经申请了专利,它可以用来生产零部件,并将多种功能集成到一个模压部件中,而这一切只需要点一点鼠标,完全无需工具。

氟塑料最重要的起始材料是全世界都有的氟石(萤石),但只有少数几个国家大规模开采这种矿物。然而,其他产品也利用了这一资源,如能够缓解全球变暖的新制冷剂、灭火剂和建筑用聚氨酯(PU)喷雾绝缘材料。全球对空调和制冷的需求不断增加带来了制冷剂和氟石需求的稳步上升。与此同时,氟塑料持续增长,这就导致了2018年出现了供应短缺,进而带来一些情况下出现的原材料价格和配额上涨。这使得报废产品的升级改造在未来变得更加重要。2015年,泰良在德国布格豪森(burgkirchen)工厂开设了世界上第一家专门翻新特殊氟塑料的工厂。每年可在新工厂重新处理多达500吨含氟聚合物废物,并回收其起始材料。这样可以节省大量的原料氟石,也可以大大减少二氧化碳的排放。


AGC的溶剂可溶型氟树脂,作为防腐蚀、建筑用等各种涂料及涂层剂的原料,以氟的“耐候性”保护各种基础材料,维持涂装物的长期美观。

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