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2019年中国尼龙12行业产能分布及下游应用分析:尼龙产能快速增长,高端产品仍需进口[图]

2020年06月15日 13:27:48字号:T|T

    聚酰胺(PA)又称尼龙(Nylon),是一种分子主链上的重复单元中含有酰胺基团的高分子聚合物。尼龙既可以制成各种塑料,又可拉丝成纤维,还可以制成薄膜、涂料和胶黏剂等。由于尼龙具备良好的力学、耐热性、耐磨损性等性能,制品可广泛应用于服装、工业用丝、汽车、机械、电子电气、交通运输、包装工业等诸多领域中。

尼龙下游应用极为广泛

数据来源:公开资料整理

    尼龙历史悠久,家族不断壮大。1935年PA66首次在实验室中合成,1938年美国杜邦公司正式宣布世界上第一种合成纤维的诞生,并将其命名为尼龙。在接下来的几十年中,尼龙家族逐步发展壮大,PA6、PA610、PA11等新品种不断出现。PA6和PA66具备成熟的生产工艺和广泛的应用领域,依然是需求量最大的两类尼龙产品。

    长碳链尼龙性能优良,尼龙12兼具性能及成本优势。尼龙分子主链中2个酰胺基团之间的亚甲基长度在10以上的尼龙称为长碳链尼龙,主要品种包括尼龙11、尼龙12、尼龙612、尼龙1212、尼龙1012、尼龙1313等。尼龙12是应用最为广泛的长碳链尼龙,它除了具备一般尼龙的大多通用性能之外,吸水率较低,并且具有较高的尺寸稳定性、耐高温、耐腐蚀、韧性好、易于加工等优点。与另一长碳链尼龙材料PA11相比,PA12的原材料丁二烯的价格仅为PA11原料蓖麻油的三分之一,可代替PA11应用于大部分场景,在汽车燃油管、气制动软管、海底电缆、3D打印等诸多领域都有广泛的应用。

尼龙的性能比较

性能
PA6
PA66
PA612
PA11
PA12
PA1212
密度(g/cm3)
1.14
1.14
1.07
1.04
1.02
1.02
熔点(℃)
220
260
212
185
177
184
吸水性[水中24h(%)]
1.8
1.2
0.25
0.3
0.3
0.2
吸水性[平衡(%)]
10.7
8.5
3
1.8
1.6
1.4
拉伸强度(MPa)
74
80
62
58
51
55
断裂伸长率(23℃,%)
180
60
100
330
200
270
断裂伸长率(-40℃,%)
15
15
10
40
100
239
弯曲模量(MPa)
2900
2880
2070
994
1330
1330
洛氏硬度(R)
120
121
114
108
105
105
热变形温度(0.46MPa,℃)
190
235
180
150
150
150
热变形温度(1.86MPa,℃)
70
90
90
55
55
52

数据来源:公开资料整理

    尼龙12主流生产工艺为氧化肟化法,技术壁垒较高。尼龙12通常采用丁二烯为原料,由环十二碳三烯(CDT)和月桂内酰胺开环缩聚制得,工艺包括氧化肟化法、光亚硝化法和斯尼亚法,其中氧化肟化法是主流工艺。氧化肟化法生产尼龙12需经三聚、催化加氢、氧化、酮化、肟化、贝克曼重排、开环聚合等7个步骤,且整个过程中要使用苯、发烟硫酸等有毒、腐蚀性较大的原料,开环聚合温度需270-300℃,生产步骤操作难度较大。目前以赢创公司为代表的大部分生厂商都使用以丁二烯为原料的主流工艺路线,而日本宇部兴产公司取得英国石油化学公司的技术许可后,采用以环己酮为原料的工艺路线实现了PA12的工业化生产

尼龙12的合成路线

合成工艺
详细介绍
氧化肟化法
以丁二烯为原料,在齐格勒催化剂作用下合成CDT,加氢生成环十二烷,再氧化生成环十二醇,经脱氢生成环十二酮,生成环十二酮肟盐酸盐后经过贝克曼重排反应得到月桂内酰胺,最后缩聚得到尼龙12
光亚硝化法
在高压汞灯照射下,使环十二烷与氯化亚硝酰反应,得到环十二酮肟盐酸盐,经浓硫酸转位得到月桂内酰胺,最后聚合得到尼龙12
斯尼亚法
此法为意大利SniaViscosa公司发明,以环十二烷羧酸或它的盐为原料,在硫酸或发烟硫酸存在下,使其和等量或过量的亚硝化剂作用,制得高纯度的月桂内酰胺,聚合生成尼龙12
环己酮法
一定比例的环己酮、过氧化氢及氨在羧酸盐或铵盐催化作用下反应,得到1,1-过氧化双环己胺,加热分解为1,1-氰基十一酸,同时副产己内酰胺和环己酮。己内酰胺可用于制备尼龙6,而环己酮可循环使用。接着用氢还原1,1-氰基十一酸,最后得到ω-氨基十二酸,聚合生成尼龙12

数据来源:公开资料整理

    一、尼龙12行业产能分布

    我国尼龙产能快速增长,然而高端产品仍需进口。从进出口数据来看,我国尼龙行业一直保持净进口,2019年净进口量为50.8万吨,特别是部分高端产品仍存在较高的进口依赖度,未来进口替代空间大。

    近年来我国尼龙行业进出口情况

数据来源:公开资料整理

    智研咨询发布的《2020-2026年中国尼龙(PA)行业竞争格局及供需策略分析报告》数据显示:2018年全球特种尼龙市场规模为26.4亿美元,占整体比例约9.7%。汽车的轻量化、绿色节能的需求是特种尼龙市场需求增长最大的驱动力,预计到未来全球特种尼龙市场还将以5.5%的速度持续增长,增速要高于整体尼龙行业。在整个特种尼龙市场中,市场规模最大的产品是尼龙12,它可应用于塑料合金、汽车制造、飞机制造、3D打印、电子电器、机械用具、医疗技术、油气工业等领域,具有很强的不可替代性。2018年全球尼龙12市场规模达到10.7亿美元,预计将以5.2%的复合增速逐步增长至2024年的14.2亿美元。

    尼龙12全球市场规模稳步增长(亿美元)

数据来源:公开资料整理

    特种尼龙PA12全球产能分布

数据来源:公开资料整理

    尼龙12行业集中度极高

数据来源:公开资料整理

    尼龙12下游应用分布

数据来源:公开资料整理

    二、尼龙12行业下游应用

    (1)汽车制造业

    尼龙12下游需求结构中,规模最大的应用市场是汽车制造业,尼龙12在汽车制造业中的应用占整体市场收入规模的36.7%。汽车轻量化是当今汽车行业的大趋势,既要减轻汽车重量,又不影响安全性和舒适性,最主流的解决方案就是替换汽车中的金属部件。尼龙12可广泛应用于汽车流体输送管线,包括燃油管线、离合器管线、真空刹车增压器管路、空气刹车管路、电池冷却液管线以及上述管线的接头,因其安全可靠,是优良的汽车轻量化材料。

    相较金属和橡胶材料,尼龙12具有显著优势。与金属材料相比,尼龙12材料质量轻,可减轻整车质量,进而减小能耗;柔韧性好,容易布置,可减少接头,受外部冲击不易变形;耐振动、耐腐蚀性好;接头密封性好,且安装方便;挤出成型容易,工艺简单。与橡胶材料相比,尼龙12材料制成的管路管壁薄、体积小、质量轻,不影响空间布置;弹性好,可在极端温度条件下保持弹性且耐老化性能十分优异;不需硫化,不需加编织层,加工工艺简单。

    汽车轻量化及新能源车普及拉动尼龙12需求。欧洲约7成的汽车软管(刹车管、输油管、离合器软管等)使用尼龙12材料,美国也有5成的汽车软管应用尼龙12材料。随着新能源汽车的发展,电动和混动车型的燃油系统和电池系统均需要尼龙12。随着疫情影响的逐步退却,我国汽车及新能源车的产销量有望重归增长,将继续带动尼龙12的需求进一步扩张。

我国汽车产销量情况

数据来源:公开资料整理

我国新能源汽车产销量情况

数据来源:公开资料整理

    尼龙12材料在3D打印中表现出色。相比其他材料,PA12粉末具有高流动性、低静电、低吸水性、熔点适中及制品的高尺寸精度等优异的特性,耐疲劳性和韧性也可满足需要较高机械性能的工件,因此尼龙12逐步成为工程塑料3D打印的理想材料。

3D打印材料性能比较(以5分为满分)

3D打印材料
强度
外观
细节
柔韧性
尼龙PA12(SLS)
5
4
4
4
尼龙PA11/12(SLS)
5
4
4
4
尼龙3200玻璃纤维增强型(SLS)
5
1
1
2
铝化物(SLS)
4
4
3
1
PEBA(SLS)
4
3
3
5
尼龙PA12(MJF)
5
4
4
4
不透明光敏树脂(PolyJet)
4
5
5
2
透明光敏树脂(PolyJet)
4
5
5
2
铝AlSi7Mg0,6(SLM)
4
2
3
0
不锈钢316L(DMLS)
4
2
3
1
钛4AI-4V(DMLS)
4
2
3
0
纯银(铸造)
4
5
4
2
黄铜(铸造)
4
5
4
2
青铜(铸造)
4
5
4
2

数据来源:公开资料整理

    (2)3D打印

    3D打印全球市场高速增长,中国产业化步伐明显加快。增材制造(3D打印)由于能快速制造出各种形态的结构组织,对传统的产品设计、工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响,成为了制造业最具代表性和最受关注的颠覆性技术之一,被誉为“第三次工业革命”的核心技术。

    材料是3D打印技术发展的重要物质基础。材料的性能决定了3D打印能否有更广泛的应用,也是当前制约3D打印发展的瓶颈。全球3D打印材料的市场规模在2018年已经突破10亿美元,预计有望在2024年突破45亿美元。我国3D打印材料市场规模保持高速增长,由2012年的2.6亿元增长至2017年的29.9亿元,预计2024年中国3D打印材料市场规模有望超过160亿元。

    2017-2024年全球3D打印材料市场规模(亿美元)

数据来源:公开资料整理

    2012-2024年我国3D打印材料市场规模(亿元)

数据来源:公开资料整理

    (3)油气输送

    油气输送对材料的要求极高。PA12材料多年来已应用于陆上和海上的柔性立管、燃气管、内衬、钢管涂层,可以防止海水冲刷侵蚀和油料流体的腐蚀,用于制造输送海底油气产品和入并流体的柔性立管、高达20bar压力下的天然气分送系统等,相比其他材料具有优异的使用寿命和较好的防腐蚀性能,是油气输送行业大力发展的高性能材料。作为燃气输送管道,PA12的应用已有超过十年的历史。与传统次高压或高压燃气输送时使用的金属管通相比,PA12燃气管道能够延长管道的使用寿命,并大幅降低管道铺设成本和后期维护成本。我国在“十三五”规划中提出,“十三五”期间,将建成原油管道约5000公里、成品油管道1.2万公里并新建天然气主干及配套管道4万公里,为PA12的发展提供新动力。

    (4)海底电缆及漂浮电缆包覆材料、电缆防蚁护套、光纤护套

    PA12可用于海底电缆及漂浮电缆包覆材料、电缆防蚁护套、光纤护套。尼龙12的脆化温度低,耐候性优,尤适用于全气候(-50~70℃)使用要求的野外特种用途通信电缆的制造。用作海底电缆及漂浮电缆包覆材料,就必须考虑在海洋使用中特殊环境和特殊工作条件,因此,要求电线外径小、耐磨、要承受一定的水压、足够的抗拉强度,以及在海水中具有足够的绝缘电阻。而尼龙12就是很好的电气绝缘体,不会因潮湿影响绝缘性能,即使长期放入水中(或在海水中)其绝缘电阻仍很高,至少高于其它尼龙材料一个数量级,应用PA12材料的包覆线防蚀效果好,在海底浸渍三年无变化。电缆防蚁护套此前采用PE、PVC添加杀虫剂或黄铜带包绕方法制造,存在成本高、维护不便、环境污染、生态破坏、有效期不稳定等不足,应用尼龙12护套是目前更为可靠和环保的方法。此外,应用PA12材料制作的光纤护套信号损失是合成材料中最低的,因此广泛用于光纤通讯电缆护套。

    (5)电气元件

    近年要求电气零件运转时噪音低,用尼龙12制成的元件可消音,广泛用于录音机和钟表齿轮及电气配线和小型精密机械件等。尼龙12的电阻率随温度变化大,而持性变化小,可用于制造电热毯、电器地毯的感温元件。

    (6)高级涂料、粘合剂

    用尼龙12涂覆金属,涂膜耐摩耗性最好,因此常用于生产成高级涂料和粘合剂。PA12可应用在新型洗碗机的碗架中,保证金属碗架在高温清洁剂环境下不受磨损,使用寿命更长;还可应用在户外家具上,如公园的长椅,在涂覆PA12后可以有效地预防金属腐蚀。

    (7)薄膜片材

    PA12膜透明、无毒,水蒸气和气体(O2、N2、CO2)透过率低,在沸水中存放一年性能不变,与聚乙烯吹塑挤出复合膜可用于生产薄膜片材,用它保护和包装食品,具有保香、耐蒸汽消毒和低温性好的优点。尼龙12与金属粘附性好,粘接食品时,密封值达100%,剥离强度高。

    (8)护理医疗材料
PA12还被用作护理医疗材料,导管材料的机械性能尤为重要,制成的导管必须易于穿线,但不能弯曲且永不破裂。PA12因高爆破压力,柔韧性好,耐化学药品,与体液相容且无毒,符合美国食品药品管理局和欧盟的医疗产品要求,是导管生产优良的材料。 

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