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随着社会对节能、环保、可持续发展重视程度的不断提高,国家积极引导、支持新材料行业的发展,以带动材料工业的转型升级。
TPU作为有望替代PVC、橡胶、EVA、硅胶等传统材料的新型环保材料,受到国家政策的重点关注与扶持。
2、行业主要法律法规及政策
行业主要政策、法规如下:
二、行业概况
1、TPU材料涉及的基本概念
TPU为一种聚氨酯弹性体制品,其生产所需的多元醇、纯MDI、BDO、己二酸、乙二醇等原材料均为石油衍生品或副产品,多为石油化工下游产品。
对聚氨酯、热塑性弹性体与TPU的具体定义如下:
(1)聚氨酯
聚氨酯,全称为聚氨基甲酸酯,英文名为Polyurethane,简称为PU,是由异氰酸酯(包括单异氰酸酯、二异氰酸酯及多异氰酸酯)与多元醇(包括低分子多元醇与多分子多元醇)反应制成的一种具有重复的氨基甲酸酯链段结构单元的聚合物。
聚氨酯被世界化工界视为继聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和ABS之后的第六大塑料合成材料,具有低温柔顺性好、抗冲击性高、耐辐射、回弹范围广、粘结性好等诸多优良性能,广泛用于交通、建筑、轻工、纺织、机电、航空、医疗等领域。
与塑料、橡胶、金属材料相比,聚氨酯产品具有明显的性能优势,随着经济发展和消费升级,已成为传统材料的理想替代品。
聚氨酯材料与传统材料的性能比较:
通过改变原料的种类、化学结构、规格指标及配方比例,可以制造出性能各异的聚氨酯制品。
聚氨酯制品可分为泡沫制品和非泡沫制品两大类。
聚氨酯泡沫可分为硬质、半硬质与软质泡沫;
非泡沫制品主要为CASE体系(弹性体、涂料、胶粘剂、密封剂),及合成革浆料、鞋底原液、氨纶、微孔弹性体等。
其中,弹性体可分为热塑型、浇注型与混炼型。
(2)热塑性弹性体
热塑性弹性体,简称TPE或TPR,为ThermoplasticElastomer或ThermoplasticRubber的缩写,是常温下具有橡胶的高弹性,高温下具有可塑化成型的一类弹性体。
热塑性弹性体的结构特点是由化学键组成不同的树脂段和橡胶段,树脂段凭借链间作用力形成物理交联点,橡胶段是高弹性链段,贡献弹性;
树脂段的物理交联随温度的变化而呈可逆变化,显示了热塑性弹性体的塑料加工特性。
因此,热塑性弹性体具有硫化橡胶的物理机械性能和热塑性塑料的工艺加工性能,是介于橡胶与树脂之间的一种新型高分子材料,常被人们称为第三代橡胶。
自从1958年Bayer公司首次制备出热塑性聚氨酯弹性体(TPU),1963年苯乙烯类热塑性弹性体问世,热塑性弹性体的制备理论逐步得到完善,TPE应用领域进一步扩大。
(3)TPU
热塑性聚氨酯弹性体(TPU)为热塑性弹性体材料的一个分支,是由二异氰酸酯、大分子多元醇、扩链剂(低分子二元醇)三类基础原料聚合而成的高分子材料。
TPU分子链由硬段与软段两部分构成。
软段是柔性链段,主要影响TPU材料的弹性和耐低温性能;
硬段是刚性链段,主要影响TPU的硬度、耐热性能、机械性能等。
软段和硬段交替排列,赋予TPU优良的性能。
由于TPU的热塑性,分子链在一定的高温下能软化并流动,在冷却后又重新回复到原来的排列状态,从而加工成各种形态的制品。
与通用的塑料与橡胶材料相比,TPU具有硬度范围广、机械性能突出、耐高/低温性能优异、加工性能好、可塑性强、可设计性强、环保性能优良、透明性能优异等优越特性,其既有橡胶材料的高弹性,又有工程塑料的高强度,TPU的硬度范围相当宽,从邵氏A50~D85,跨越了橡胶和塑料的硬度,并且在整个硬度范围内具有高弹性。
按原材料种类分类,TPU主要可分为聚酯型、聚醚型、聚己内酯型和聚碳酸酯型;
按加工工艺分类,TPU可分为挤出级、注射级、胶粘级、压延级、吹塑级与发泡级。
2、TPU产品主要种类及用途
根据产品类型、性能不同,TPU下游应用领域也有所不同,具体情况如下:
3、TPU行业概述
(1)TPU行业发展历程
TPU最早由德国拜耳公司于1958年研制成功。
随后,德国巴斯夫、美国诺誉、陶氏化学等化工企业也相继研制成功。
上世纪70年代,日本引进德国TPU生产设备。
随后,TPU生产技术从日本传入台湾。
中国大陆从上世纪80年代开始接触TPU生产技术,但一直未实现研发与工艺上的突破。
90年代以后,随着市场对TPU材料的需求增长,在欧、美、台资企业进入大陆后,大陆的一些企业(万华化学等),开始进行TPU的生产、销售。
从产业生命周期来看,国内的TPU行业正处于成长期,市场前景广阔。
(2)TPU行业现状及发展趋势
TPU是高分子新材料行业中的朝阳产业,全球对TPU的需求量日益增长,年均复合增长率约为10%,目前全球市场容量可达70万吨,据率捷咨询统计,2015年全球TPU市场规模已达19.21亿美元。
中国TPU行业尽管起步较晚,但发展迅速,目前中国市场的消费量已达到20多万吨,已超越欧美成为世界第一的TPU消费市场,且年均消费量保持约15%的高速增长,远高于欧美市场3-4%的年均增长率。
面对巨大的消费市场和广阔的市场前景,跨国企业纷纷在我国新建或扩建生产基地,以抢占市场,我国TPU企业面临着较大的竞争压力。
因我国TPU研究和市场开发起步相对较晚,在产品配方技术、生产工艺、产品应用技术等方面与巴斯夫、科思创、亨斯迈、路博润等跨国企业存在明显差距,且主要以中低端消费领域用TPU产品为主,在高端领域(资源勘探、军工、医疗、汽车、高端运动装备)、高端产品(耐油、耐高温、环保阻燃、功能性产品)用TPU方面还处于前期发展阶段,且技术上与跨国企业还存在不小的差距。
TPU产业的关联度高,凭借其高抗张强度,良好的水解稳定性和耐磨性以及对油、化学品、紫外线的抵抗性,TPU材料已成为材料行业的重要组成部分,下游覆盖电子注塑、日常消费品、工业、建筑、医疗、军工、汽车、农业等众多领域,与宏观经济发展息息相关。
而且TPU还是国防军工、运动装备、电子电器、医疗卫生、资源勘探等高端制造领域产业转型升级的关键材料。
因此,我国TPU市场发展前景广阔。
(3)TPU的功能和分类
①TPU的功能
TPU是一种绿色环保的新型高性能弹性体材料,属于聚氨酯弹性体的一种,兼具橡胶与塑料的性能。
TPU具有硬度范围广、机械性能突出、耐高/低温性能优异、加工性能好、可塑性强、可设计性强、环保性能优良、透明性能优异等优越特性,其同时兼具橡胶的高弹性和塑料的易加工性等优点,与其它类型橡胶及塑料相比具有能耗低、污染小等显著优点,符合循环经济和可持续发展的要求,是未来新材料的主要发展方向之一,能有效替代PVC、橡胶、EVA、硅胶等传统材料,市场容量巨大。
TPU可以采用多种常规的塑料加工方法成型,如注塑、挤出、流延、压延、吹塑等,废弃后可重复加工利用,且在自然环境中能够自动降解成水和二氧化碳,对环境不造成任何污染。
通过独特分子结构设计、特殊物理/化学共混改性等手段、以及材料的形貌控制技术,赋予TPU以高强度、高耐寒、高耐磨、环保阻燃、耐水、耐油、耐霉菌等优异性能,被广泛应用于国防军工、电子电器、石油化工、资源勘探、医疗卫生、运动装备等高端制造领域,是相关产业转型升级的关键材料。
②TPU的分类
(4)我国现阶段TPU行业发展特点
我国TPU行业起始于上世纪90年代,经过二十多年的发展,我国TPU的产量和消费量均居世界各国的前列,业内出现了一批具有相当规模和竞争力的高新技术企业,在山东、浙江、广东等地形成了较大规模的TPU产业群。
TPU产品的种类和产量都达到了较高水平,其中部分TPU产品的质量已达国际先进水平或领先水平。
但从整体上分析,我国TPU生产企业大多属于小型或微型企业,比较分散,低水平重复多,技术开发能力薄弱,产品功能少,缺乏核心竞争力。
同时,随着质量和环保要求的不断提升,TPU产业的环保要求也必将越来越高,这对我国相关行业的发展带来机遇和挑战。
(5)TPU产品的优点
TPU在我国二十多年的应用和发展中,证明有下述优点:
①硬度范围广:
通过改变TPU各反应组分的配比,可以得到不同硬度的产品,而且随着硬度的增加,其产品仍保持良好的弹性和耐磨性;
②机械性能突出:
TPU制品具有热塑性弹性体中较高的抗张强度、良好的弹性和抗冲击性能,以及优异的耐磨性能,综合机械性能在热塑性弹性体中较为突出,优势明显;
③耐高/低温性能优异:
TPU的玻璃化转变温度低,特别是聚醚型TPU的玻璃化转变温度可达-60º
C以下,可以在低至-40º
C环境中依然保持良好的柔顺性和其他物理性能;
常规聚酯型TPU可在-25º
环境中长期使用。
同时,TPU具有非常好的耐热稳定性,常规TPU可在80º
C以下环境中长期使用,部分产品可在120º
C环境中长期使用;
④加工性能好:
TPU可采用常规的热塑性材料的加工方法进行加工,如注塑、挤出、压延、流延、吹塑、粉末烧结等;
⑤可塑性强:
TPU与某些高分子材料如TPE、PA、POM、PC、PVC等共混改性,能够得到性能互补的聚合物合金,改善其他材料的弹性、耐磨性、抗冲击性能等;
同时可通过添加阻燃剂、抗静电剂、导电剂等,赋予材料阻燃、抗静电、导电等特殊性能,从而拓宽应用领域;
⑥可设计性强:
由于TPU的原材料多元醇、扩链剂、异氰酸酯的多样性,以及非常宽的配方可调节性,TPU产品的差异化和可设计性强,可根据客户的具体需要而定制开发;
⑦优良的环保性能:
TPU从化学构成角度主要分为聚酯、聚醚两种类型。
聚醚型TPU具有较强的抗水解性和抗微生物性,而聚酯型TPU因有较强的水解性和微生物降解性,其自然降解性和环保特征较为明显,在自然掩埋条件下可在数年内完全分解。
⑧透明度好:
在所有热塑性弹性体材料中,热塑性聚氨酯弹性体TPU在透明度方面性能优异,这一透明度特性赋予了TPU材料更多的可设计特色,用于制备透明的玩具、装饰品、鞋服等个人消费品以及管材、薄膜等工业透明品等领域,透明性优势明显。
⑨优异的耐油/耐水性能:
相比传统的丁腈橡胶和其它弹性体材料,TPU具有优异的耐油性能,可以用于对于耐油性有高要求的汽车、工业输送、液压、传动、密封等领域,具有极好的耐油寿命;
同时,聚醚型TPU具有优异的耐水、耐菌性能,可以用于输送或者储运等有水的工作环境中,以及户外用品等高湿度工作环境中。
⑩优异的耐候性能:
TPU材料良好的耐高、低温性能和耐水、耐菌、抗老化和抗UV性能,统称为耐候性能,可以用于众多户外消费品和工业品生产。
三、行业竞争状况
1、行业市场竞争格局
我国TPU市场没有形成明显的行业垄断,该行业市场竞争比较充分。
但在某一产品市场,
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