聚醚醚酮（PEEK）行业专题：性能优异的特种工程塑料，高景气度应用场景不断扩充

PEEK是综合性能和产品附加值最高的特种工程塑料，应用场景广泛。PEEK可长时间在高温条件（260℃）下使用，耐老化性能好，同时具备出色的韧性、耐冲击性、耐蠕变性、耐疲劳性，综合机械能高于其他热塑性树脂，被公认为性能最好的热塑性塑料之一。此外，PEEK及复合增强类PEEK综合性能也优于部分普通金属及合金，可在部分应用场景中实现对金属材料的替代。目前PEEK已在汽车、电子、工业及能源、医疗、航空航天等领域的关键部件、特殊工况应用场景中得到了广泛应用和认可。 供应端：打破国外技术垄断，我国已形成完整PEEK产业链。PEEK生产技术曾长期被英国威格斯垄断，2005年以来，吉林大学、中研股份等单位先后自主研发出PEEK合成技术，并在2010年前后进行商业化推广，2021年国内PEEK年产能已突破2000吨，规划产能超6000吨，全球的PEEK产能正加速向中国转移。但需要注意的是，通常PEEK材料项目从前期准备到项目正式投产运行再到通过下游客户验证至少需要3-5年以上的时间，而规模较小的企业也缺少持续进行工艺参数优化的产量基础，规划产能完全投放可能需要更长时间，因此我们预计未来3-5年国内PEEK材料存在产能过剩的风险较低。此外，在上游原料方面，氟酮是合成PEEK最关键的原材料，全球氟酮产能主要集中在我国，新增产能不断投放，国内产能相对充足；而氟酮原料氟苯今年以来价格已大幅下降，PEEK行业成本压力较去年有所缓解。 需求端:下游高景气度应用场景不断扩充，PEEK需求快速增长。展望未来，我们认为PEEK材质漆包线在新能源汽车800V高压电机中的渗透率有望不断提升，人形机器人的轻量化趋势也有望对PEEK材料需求形成长期支撑，而在高价值的医疗领域，PEEK也有望凭借较好的生物相容性和可塑性逐步替代钛合金等传统骨科材料，同时PEEK材料在汽车零部件、电子信息、工业及能源等其他传统应用领域的需求也将保持较快增速。因此，我们预计未来3-5年国内PEEK市场年需求量有望保持20%左右的较快增速，有利于国内PEEK树脂生产企业进行规模扩张和产品升级。 国内企业有望凭借高性价比逐步进行进口替代，缩小与国际巨头的差距。近些年来，国产PEEK产品质量不断提升，逐步缩小了与国外产品的差距，同时，得益于较低的原料、人工、能源成本，国产PEEK在价格上具有较强的竞争力，因此近些年国产PEEK材料的市场占有率正持续提升。在PEEK制品下游应用与产业推广方面，国内企业与国际巨头相比仍有一定差距，而随着国内企业持续进行研发投入，我国PEEK材料在应用方面的短板正不断缩小，具有技术及产能优势的国内头部企业有望不断优化工艺参数、提高客户服务水平，不断提升其市场份额。 风险提示：下游产品对PEEK需求不及预期的风险；其他材料对PEEK形成替代的风险；市场竞争加剧的风险；上游原材料价格大幅波动的风险。 投资建议：建议关注国内具有技术优势的PEEK树脂生产企业【中研股份】，公司是全球第4家PEEK年产能达到千吨级的企业，也是PEEK年产量最大的中国企业，产品性能已达国际先进水平，国内市场份额正持续提升。考虑短期估值水平较高、PEEK材料需求大幅放量仍有待下游行业进一步验证、公司IPO募投项目仍处于建设阶段等原因，暂未给予投资评级，建议关注。 PEEK：综合性能和附加值最高的特种工程塑料 PEEK是特种工程塑料中的明珠 PEEK是综合性能和产品附加值最高的特种工程塑料。工程塑料是指能长期作为结构材料承受机械应力，并在较宽的温度范围内和较为苛刻的化学物理环境中使用的塑料材料。与PP等普通塑料相比，工程塑料拥有更加优异的机械性能、电性能、耐化学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳定性等优点。而特种工程塑料则是根据特殊用途需求而研制的，与通用工程塑料相比性能更优异、更耐高温和腐蚀，能够应对各种严苛和复杂工况的要求。目前真正有应用价值并实现产业化的特种工程塑料不足10个，而PEEK在综合性能和产品附加值上均处于特种工程塑料的顶端。 图1：常用普通塑料、工程塑料及特种工程塑料性能对比图 图2：常见工程塑料价格 PEEK性能全面，是公认的全球性能最好的热塑性材料之一。PEEK，中文名称为聚醚醚酮，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，属于半结晶的特种工程塑料，综合性能非常全面。1）在耐热性能方面，PEEK熔点为343℃，玻璃化转变温度为143℃，长期使用温度高达260℃，短期工作温度可达到300℃，远高于普通塑料和工程塑料。与其他耐高温塑料如PI、PPS、PTFE、PPO等相比，使用温度上限高出近50℃。此外，PEEK还具有突出的耐热老化性能，250℃下保温3000 h后，弯曲强度几乎不变；2）在机械性能方面，PEEK具有强度高和模量大的特性，同时具备出色的韧性、耐冲击、耐蠕变、耐疲劳等性能，其综合机械性能高于其他热塑性树脂。3）在耐磨性能方面，PEEK树脂摩擦学特性突出，具有一定的自润滑性能，磨损率极低，耐滑动磨损和微动磨损性能优异。 4）在耐腐蚀性能方面，PEEK化学稳定性良好，除了浓硫酸外，几乎不溶于其他酸碱和有机溶剂。5）在耐水解性能方面，PEEK具有很好的耐水解性，在很宽的温度范围内保持了非常低的饱和吸水率。 从PEEK与主要工程塑料、特种工程塑料的对比情况可以看出，PEEK性能全面，在刚性方面优于绝大多数特种工程塑料的同时也兼具一定韧性，展现了全面的机械性能，此外在耐热、耐磨、耐腐蚀等方面均表现优异。因此，PEEK是公认的全球性能最好的热塑性材料之一。 表1：PEEK与主要工程塑料、特种塑料性能对比 PEEK综合性能优于部分普通金属及合金，工业领域“以塑代钢”空间广阔。PEEK比强度大，在满足强度要求的前提下，可以大幅度减小材料本身的自重，成为实现“轻量化”的解决方案。此外PEEK在绝缘性、耐化学性方面均优于普通金属。 在航空航天、汽车等工业领域中“以塑代钢”、“轻量化”的趋势下，PEEK以其优异的性能有望在中高端应用领域逐步实现对部分金属材料替换。 表2：PEEK与钢及铝合金性能对比 PEEK可通过与碳纤维、玻纤等材料复合来提高材料的综合性能，极大扩展了PEEK材料的应用场景。借助于碳纤维很高的拉伸强度和弹性模量，碳纤维复合PEEK材料可以展现出更高的韧性、抗冲击性、比强度、热稳定性，综合性能往往比PEEK纯树脂更优异，材料的应用场景得到了极大扩展，目前国外已将碳纤维复合PEEK材料用于能源运输、航空航天、生物医药、石油天然气、汽车等领域中。目前PEEK行业复合增强树脂主要使用非连续碳纤维进行复合增强，虽然已经能大幅改善树脂性能，但连续碳纤维增强PEEK（CF/PEEK）在拉伸强度、抗冲击性等力学性能方面会有更大幅度的提升，是目前最尖端的研究领域。目前国内CF/PEEK尚未实现工业化，成为我国高性能复合材料发展与应用的“卡脖子”问题。 图3：PEEK常见产品形态 图4：高性能热塑性复合材料图 图5：PEEK纯树脂 图6：碳纤增强PEEK树脂 PEEK商业化时间较晚，目前仍处于应用领域不断拓展阶段。PEEK于1978年被首次成功开发，并于1990年代正式商业化，是发明和商业化时间最晚的特种工程塑料之一，目前正处于商业化程度不断提高，下游应用领域不断拓展、深化，加工方式不断成熟的阶段。PEEK目前在汽车、电子信息、工业及能源、医疗、航空航天等领域的关键部件、特殊工况中均有应用。 图7：PEEK产业链 供应端：打破国外技术垄断，我国已形成完整PEEK产业链 经四十余年发展，目前PEEK行业已形成“一超多强”竞争格局 PEEK生产技术长期被威格斯垄断，吉林大学率先打破国外技术封锁。1978年，英国帝国化学首先研发出了PEEK，初期主要用于军工领域，产能较小。1993年，帝国化学公司的PEEK业务被英国威格斯收购并开始独立运营，至2004年，全球PEEK业务实际被威格斯垄断。在我国政策大力扶持下，吉林大学率先自主研发出具有独立知识产权的实验室PEEK合成技术，打破了英国威格斯对PEEK的垄断。 2005年，德国赢创通过其下属的德固赛公司与吉林大学在PEEK项目上进行合作，于2010年成功开发并生产出了商业化的PEEK树脂，在合资公司吉大赢创进行生产。此后，我国的中研股份、鹏孚隆等企业也相继进入PEEK树脂生产领域。 英国威格斯为全球PEEK巨头，PEEK行业已形成“一超多强”竞争格局。目前，英国威格斯仍是全球最大的PEEK生产商，产能达到7150吨/年，约占全球总产能的60%。比利时索尔维现有PEEK产能2500吨/年，其生产基地主要集中在印度，产品主要销往欧洲和日本。德国赢创（其主要PEEK生产主体位于中国）是仅次于英国威格斯和比利时索尔维的第三大PEEK生产商，PEEK产能1800吨/年，产品主要销往欧洲。目前我国PEEK产能主要集中在中研股份、鹏孚隆、吉大特塑等公司，其中中研股份的产能达1000吨/年，是国内最大的PEEK生产企业之一。 表3：2021年全球主要PEEK生产商情况 PEEK规划产能充足，稳定量产及下游客户验证是厂商产能释放的关键。据我们不完全统计，目前国内PEEK合计规划产能约6460吨/年，理想状态下预期投产时间在2023年至2027年。通常PEEK材料工厂产能从项目前期准备到项目正式投产运行的周期约在2-3年；同时，PEEK材料厂商成为下游企业客户的供应商涉及多个核心阶段，通常也需要耗时1-2年左右，而且在投产后相关厂商还需要通过多批次产品来不断对生产工艺进行优化，形成高质量、批次稳定的PEEK树脂生产能力也需要一定时间。在PEEK树脂研发成功后的40余年中，全球范围内也仅有英国威格斯、比利时索尔维、德国赢创、中研股份4家产能达到千吨级的企业。因此，从PEEK新项目的前期准备到稳定量产至少需要3-5年以上的时间，目前厂商的产能规划与未来实际投产产能可能存在差异，我们预计在2022年至2027年期间国内可实现的有效新增产能大约3000吨/年左右，若以55%的行业产能利用率来估算，预计2027年国内PEEK产量将达到约3000吨，出现产能过剩的风险较小。 表4：国内PEEK市场现有及规划产能 PEEK生产工艺复杂，行业壁垒颇高 PEEK树脂生产涉及复杂的化学合成过程，工业化稳定生产是技术难点。PEEK的生产以氟酮（DFBP）和对苯二酚为聚合单体，二苯砜为溶剂，加热至280℃-340℃进行聚合反应，首先生成PEEK粗粉和碱金属盐的混合物；混合物经冷却、粉碎、提纯、萃取、干燥等工序分离出PEEK粗粉；根据下游的具体应用，粗粉经过细粉加工、颗粒加工、复合增强等工序后即可生产出满足要求的相应产品。在生产PEEK粗粉的聚合、提纯与干燥过程中，每釜之间需要相同且精准的控制，才能保证材料的一致性，因此研发所积累的大量工艺参数及工业化生产的连续性、自动化水平是衡量厂商技术先进性的关键指标，目前全球仅英国威格斯、中研股份2家企业能够使用5000L反应釜（全球最大）进行PEEK聚合连续稳产，体现出较高的技术水平和较强的工业化生产能力。 PEEK生产的四个关键指标：1）批次稳定性：每一批次材料性能保持一致，保证下游客户稳定使用；2）颜色一致性：PEEK颜色接近米黄色，其与聚合阶段分子量大小有关，也会影响耐热表现，优质产品需与英国威格斯对标。3）热稳定性：保证PEEK在高温下稳定运行是其关键性质，能做到在400℃下稳定工作30分钟，需要极强的工艺。4）高纯度：PEEK合成过程中会有溶剂和盐的残留，如何兼顾成本的提高材料纯度，具有很高的技术壁垒。 图8：PEEK生产流程 PEEK树脂合成领域行业壁垒颇高，主要体现在以下四个方面：1）研发、技术、配方、设备：PEEK作为性能优异的特种工程塑料，国际厂商对其技术、配方、设备等相关知识产权和技术秘密的保护和封锁十分严格，国内厂商完全需要自主研发或与科研院所合作。2）全流程生产能力：PEEK的大规模工业化生产需要长周期、大量资金的投入，用于探索掌握