基础化工行业专题：PEEK和PEKK的分析和发展：PEEK和PEKK特性、应用、国外经验对比

材料特性：结构不同导致细节各异，成本仍有下降空间：尽管PAEK都是由醚键和酮建构成，但分子结构和生产原料仍有所不同。分子结构：PEEK是由主链结构中含有两个醚键和一个酮键的重复单元构成的均聚物，而PEKK是由主链结构中含有一个醚键和两个酮键的重复单元构成的共聚物。二者在结构上的差异导致其在材料特性上有所不同，包括材料熔点、玻璃化转变温度、结晶度等，这主要是作为共聚物的PEKK可通过调节T/I值来调节其性能参数。生产原料：PEEK是由氟酮和对苯二酚合成，PEKK则是由对/间苯二甲酰氯和二苯醚合成。其中由于氟酮和对苯二酚的价格相对较高，导致PEEK的原料成本较高，随着国内企业扩建产能，未来氟酮供给格局有望更加宽松，成本仍有一定下降空间。 应用领域：主要应用大体相似，部分领域略有不同：相似应用：由于PEEK和PEKK属于聚芳醚酮类材料，均具备优异的机械性、耐磨性、耐腐蚀性、阻燃性、耐水解、耐剥离性、生物相容性以及较高的使用温度，因此理论上二者在很多领域均可以应用，包括型材类领域、新能源汽车、医疗领域、航空航天材料等领域。差异对比：由于二者熔点和结晶度有所不同，其中PEKK可以通过调节对/间苯二甲酰氯调节产品的熔点和结晶速率等，在3D打印等领域具备一定优势。 国外经验：PEEK应用较早且广，PEKK逐步放量：由于PAEK技术壁垒比较高，所以国外企业具备一定的先发优势。根据国外的发展经验，PEEK由于起步较早，具备先发优势，且存在专营PEEK的国际龙头Victrex、持续开拓市场空间，因此当前PEEK是同类型聚芳醚酮类材料中用量最大的单品。 国外PEKK已经能够实现规模化生产，随着各企业持续拓展应用领域，其市场需求将逐步增长。 投资建议：受益于PAEK优异的性能，其有望在新能源汽车、医疗行业、航空航天等诸多领域导入应用，提供新增量；同时国产PEKK有望实现规模化量产，因此我们推荐关注：（1）国内氯化亚砜和芳纶单体龙头，有望率先实现PEKK国产化的凯盛新材；（2）国内PEEK细分领域龙头企业，拥有5000L反应釜聚合能力+国内最大PEEK产能的中研股份；（3）国内LCP、PPA等特种高分子材料的领先企业，规划了1000吨/年PAEK产能的沃特股份。 风险提示：新建产能投产不及预期风险；部分新兴应用领域放量不及预期风险；医疗、新能源汽车领域产品验证进展不及预期风险 表1：重点公司投资评级: 1聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK） 聚芳醚酮简称PAEK，是一种由亚苯基环通过氧桥和羰基（酮）连接而生成的结晶型聚合物。根据分子链中醚键/酮键与苯环连接顺序及比例不同，PAEK可分为聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚醚酮（PEK）、聚醚醚酮酮（PEEKK）以及聚醚酮醚酮酮（PEKEKK）等产品，其中以PEEK起步最早、发展最快，是PAEK中占比最大的单品，其次是PEKK。 表1.聚芳醚酮主要产品情况 PAEK国产替代进行中。PEEK和PEKK是PAEK中应用最广的两种材料，由于二者结构的相似性较高，导致其在性能、应用等诸多方面也有一定的相似之处。 PAEK属于特种高分子材料之一，生产难度高于常见的工程塑料和通用塑料，因此在较长的一段时间内，国内需求主要通过进口满足。在PAEK实现国产化替代之前，高昂的进口价格严重抑制了国内相应需求的增长，消费量低于发达地区。 而目前，包括中研股份和鹏孚隆等企业已经实现了PEEK稳定的规模化生产，实现国产替代；而凯盛新材通过自主研发，建设国内首套千吨级别的PEKK产线，放量在即。 表2.国内PAEK主要公司及产能（单位：吨/年） 基于PEEK和PEKK之间相似的结构和性能，二者在应用领域中也有所重叠，之间存在一定的“竞争”关系。因此是否其中一款材料会被另外一款“完全替代”，针对这个问题，我们通过二者的材料特性、应用领域以及国外的发展经验等三方面进行分析。 2材料特性：结构不同导致细节各异，成本仍有下降空间 2.1PEEK和PEKK性质大体相似，细节各异 PEEK和PEKK性质相同点：诸多优异性能，指标参数大体相似。 PAEK具有诸多优异的性能指标，包括良好的耐温性：可在250℃下长期使用，瞬间使用温度可达300℃，在400℃下短时间几乎不分解；力学性能：具有高强度、高模量和高断裂韧性及优良的尺寸稳定性；自润滑性：具有出众的滑动特性，适合于在对摩擦系数和耐磨耗等要求严格的领域使用，具有突出的摩擦学特性，耐磨性优良；耐化学品性：能溶解或破坏它的只有浓硫酸、氢氟酸、氯磺酸等强质子酸，耐腐蚀性与镍钢相近；耐剥离性：可制成很薄的包覆电线或者电磁线，并可在苛刻条件下使用；耐疲劳性：具有长期耐负荷性；绝缘稳定性：在很宽的温度范围具有良好的电绝缘性能，其介电损耗在高频情况下也很小；耐水解性：不受水和高压水蒸气的影响，可在高温高压的水中连续使用并保持优异特性；耐辐射性：可以做成γ辐照剂量达 1100M rad时仍能保持良好绝缘能力的高性能电线。 表3.PEEK和PEKK性能参数 PEEK和PEKK性质不同点：合成单体不同，性能指标略有不同。 PEEK：重复单元相同，属于一种均聚物。PEEK的传统合成方法是以二苯砜为溶剂，4,4′-二氟二苯甲酮（简称氟酮）和对苯二酚为聚合单体，碳酸钠/碳酸钾为催化剂，氟酮作为封端剂封端，形成PEEK聚合单元4,4′-二(4-氟-氧二苯甲酮基)苯； 之后聚合单元继续与对苯二酚及氟酮反应，最终合成高分子材料。PEEK是在主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的高聚物，因此其属于一种均聚物。而其分子量主要是取决于氟酮和对苯二酚的摩尔比，一般来说两者为等摩尔比，若前者稍过量，则聚合物含有氟端基，反之则会含有酚端基，氟端基比酚端基的热稳定性更好。 图1.PEEK的合成路径 PEKK：由间苯二甲酰氯和对苯二甲酰氯、与二苯醚聚合而成，属于一种共聚物。 PEKK目前有两种常见的合成路径，其中杜邦的两步法是先用二苯醚和对苯二甲酰氯制备成三聚体，然后采用精制后的三聚体为单体，用来合成聚醚酮酮产品。 这种工艺优点是副反应少且已经成功进行工业化，但缺点是生产成本较高，市场推广难度较大。另一种工艺是一步法，直接以二苯醚和间/对苯二甲酰氯为单体进行生产。由于反应过程间/对苯二甲酰氯均可以与二苯醚发生反应，通过调节比例可以得到不同结构的产品，因此PEKK属于一种共聚物。 图2.PEKK的合成路径 根据聚合单体比例不同，各系列的PEKK性质存在一定差异。PEKK作为由对苯二甲酰氯（Terephthaloyl，TPC）、间苯二甲酰氯（Isophthaloyl，IPC）和二苯醚通过链聚合而形成的高分子，其性能也会根据对/间苯二甲酰的比例变动。根据Arkema官网产品信息显示，其主要生产销售3个系列的PEKK产品，分别为8000系、7000系和6000系。随着间苯二甲酰的比例增加，PEKK的熔点显著下降、玻璃化转变温度略有下降，同时结晶速度发生显著变化、即速度逐渐变慢且由半结晶变为非结晶。 表4.Arkema生产的不同系列PEKK指标 对/间苯二甲酰结构不同是各系列PEKK性能差异的主要原因。根据专利《聚醚酮酮的生产工艺》中数据可进一步得知，随着PEKK合成过程中间苯二甲酰氯的含量增加，PEKK的拉伸强度、弹性模量、缺口冲击强度降低，但特性粘度小幅增加、断裂伸长率显著变大（即柔软性能和弹性增强）。在此专利中，PEKK的玻璃化转变温度和熔融温度也随着间苯二甲酰含量的增加而减小，变化趋势与上述Arkema官网数据相同。从分子结构上分析这一变化：PEKK由对苯二甲酰和间苯二甲酰聚合而成，其中对苯二酰基部分为线形的结构，呈坚固的硬度；而间苯二甲酰基部分为弯曲的结构，可以赋予材料结构多样性，因此间苯二甲酰影响高分子链的柔韧性、流动性和结晶性能，这可以解释性质参数的变化趋势。 表5.不同比例的PEKK性能指标 综合以上数据，由于PEEK属于均聚物，性能参数相对固定，是目前PAEK类型产品中产量最大、应用最广的种类之一，已在全球范围内推广，经过数十年的发展应用，现已拥有较为明确的工艺参数；Victrex是国际PEEK龙头企业，国内诸如中研股份和鹏孚隆等领先企业也已实现量产供货。而PEKK属于共聚物，根据对/间苯二甲酰的比例不同而各异，因此性能参数在一定范围内可调节，产品有望能够适配多个应用场景，但其生产难度相对较大（相比于PAEK同类型产品）；目前仅有Arkema、Solvay两家国外企业能够规模化量产，国内凯盛新材掌握核心生产技术，新建产能有望率先放量投产，实现材料国产化。 2.2PEEK和PEKK生产原料不同，二者成本均有下降空间 PEEK：原料成本是主要生产成本，未来存在一定降本空间。PEEK的原料主要包括氟酮和对苯二酚，根据盘锦伟英兴环评数据，两种原料单耗分别约为0.79和0.39，较高的单价导致原料成本较大。但PEEK仍存在降本空间：一方面，从理论单耗角度考虑，目前的实际单耗仍有一定的下降空间。另一方面，包括中欣氟材、新瀚新材、营口兴福在内的企业陆续建设氟酮装置，可有效改善国内供需格局，宽松的供给有望进一步降低氟酮价格；同时PEEK厂商也可通过自建氟酮产能的方式降低自身生产成本，如中研股份与长春工业大学合作开发符合工业化产品纯度的氟酮，拥有一定的降本空间。 图3.PEEK原料单耗及单位投资额（单位：万元） 图4.2025年国内氟酮供给格局预测 PEKK：主要原料供给宽松使得原料成本较低。PEKK原料主要是间/对苯二甲酰氯和二苯醚，均是国内供给相对宽松的精细化工品，根据凯盛新材招股书和生意社数据，上述原料价格均在2万元/吨左右，因此原料成本整体较低。另外，由于公司生产PEKK采用的是非高温法，因此反应过程所需能源相对较少，年消耗量低；叠加拥有自建间/对苯二甲酰氯产能，生产成本可得到有效控制。 图5.PEKK原料单耗及单位投资额（单位：万元） 图6.2022年间/对苯二甲酰氯国内供给格局 3应用领域：主要应用大体相似，部分领域略有不同 3.1PEEK和PEKK相似的应用领域 由于PEEK和PEKK均属于聚芳醚酮类材料，是由酮键和醚键形成的聚合高分子材料，具备优异的机械性、耐磨性、耐腐蚀性、阻燃性、耐水解、耐剥离性、耐化学性、生物相容性、可加工性以及较高的使用温度，因此理论上两种材料在很多领域均可以应用，主要包括型材类领域、新能源汽车、医疗领域、航空航天材料等领域。 型材类领域：目前PEEK材料应用最多的领域之一。以国内外领先企业为例，中研股份的型材类客户占比约65-70%；Victrex的VAR类客户占比约40%，二者占比均较高。型材产品下游主要集中在半导体等电子信息类、即对精密度要求较高的应用领域，通过型材CNC加工相关部件。PEKK性能也可以满足大部分要求，我们预计这将是未来其优先规模化应用的领域之一。 新能源汽车：轻量化及快充带来新增量。轻量化：PEEK可生产成轴承、齿轮等器件用于新能源汽车中代替金属材料，以实现汽车减重的目的。新能源快充：800V快充汽车目前处于起步阶段，受益于PEEK材料优异的耐电晕性能，其可用于800V快充电机漆包线中，新需求有望带来新增量。汽车的轻量化需求PEKK也可满足，但快充目前仍处于验证阶段，放量节奏难下定论。 医疗领域：优异的生物相容性推动其在非脊柱类和脊柱类产品中的应用推广。 其中非脊柱类：主要包括颅骨修复及固定产品（颅骨板、颅骨锁、链接片等），中研股份招股书中预测到2027年此类型需求量将达到近50吨，市场空间有望持续增长。脊柱类：主要包括脊柱接骨板、脊柱内固定器、椎间融合器、钉棒等产品。Victrex的脊柱类产品占比略有下降（由2022年的50%下降至2023H1的48%），主要系在美国部分脊柱用支架由钛生产，但PEEK在亚洲和欧洲表现仍比较好。随着国内发展双涂层技术，解决PEEK和羟基磷灰石涂层粘结强度问题，未来PEEK在脊柱类中的应用占比有望提高。 航空航天材料：一