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文檔簡介
POE行業市場分析1.POE有望成為最具前景的化工新材料化工新材料產值已破萬億,2015-2022年整體復合增速達26.1%。根據統計,2022年化工新材料產能達到4500萬噸/年,產量達到3323萬噸,凈進口量813萬噸,消費量4136萬噸。2022年我國化工新材料產值13160億元,較2015年2600億元增長4倍,2015-2022年復合增速高達26.1%。化工新材料中,我國高端聚烯烴產值達千億,依然是自給率最低新材料品種,空間廣闊。國內新材料產業化迅速擴張,2022年我國化工新材料產量3323萬噸,較2015年的1681萬噸提升98%,復合增速10%。通過國內企業技術研發及生產環節突破,目前我國氟硅材料、鋰電材料、聚氨酯、高性能橡膠等領域已全面實現國產化,而高端聚烯烴受催化劑、α-烯烴、聚合工藝壁壘影響,2021年國產化率僅57%。高端聚烯烴中,POE兼具良好競爭格局、龐大市場容量、優異需求增長前景,有望成為最具前景的化工新材料之一。聚烯烴彈性體(POE,Polyolefinelastomer)是以乙烯或丙烯為主要聚合單元,以α-烯烴(1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等)為共聚單體通過茂金屬催化劑作用聚合得到的共聚物。從結構上看,POE主要包括碳碳主鏈結晶區(樹脂相)與無定型區(橡膠相),其中碳碳主鏈結晶區起物理交聯點的作用,而α-烯烴的引入削弱了碳碳主鏈的結晶區,形成了呈現橡膠彈性的無定型區。POE具有較短的支鏈分布,使得材料擁有高彈性、高強度、高伸長率等優異的物理性能;同時由茂金屬催化劑作用聚合得到的共聚物分子量分布較窄,使得材料在注塑和擠出過程中不易產生撓曲,且水汽透過率低;POE分子鍵飽和,使得材料具備優異的耐熱老化和抗紫外線性能;橡膠相結構賦予材料良好的彈性,樹脂相結構賦予材料良好的加工性能。POE具有良好的彈性、強度、耐老化、耐候、隔水性能,傳統應用領域主要在汽車零部件,光伏級POE主要用于光伏組件,尤其是TOPCon、HJT、鈣鈦礦的封裝。除光伏外,POE下游還囊括家電、電子、建筑、日用品、鞋材等諸多領域。我們認為隨著光伏新型組件放量開啟,POE有望成為下一個最具前景的化工新材料。2.光伏迭代開啟POE需求新篇章2.1.TOPCon等N型電池放量在即,遠期鈣鈦礦可期,光伏持續迭代轉化效率驅動光伏技術路線迭代,N型、鈣鈦礦電池發展前景廣闊。轉換效率是衡量光伏器件發電能力的重要指標,提升轉換效率是光伏電池產業的永恒目標和趨勢。傳統光伏電池采用單晶PERC型(P型)結構,電池轉換效率約22%-23%,下一代N型電池(TOPCon、HJT)轉化效率25%-26%,鈣鈦礦電池理論轉化效率可達33%,疊層化后轉化效率可突破40%。由轉化效率引發的技術迭代是光伏電池、組件環節的必然發展趨勢,目前N型電池處于迭代拐點,隨著百GW級TOPCon規劃產能落地,預計2023-2025年N型路線將加速滲透搶占新裝機組件份額,遠期看好鈣鈦礦等新型技術實現產業化突破。N型電池轉化效率高,看好TOPCon等N型電池大幅滲透。P型電池轉換效率約22%-23%,而目前主流N型電池轉換效率可達25%-26%。N型電池具備更高的轉換效率主要受益于N型硅片的特殊分子結構和性質:1)N型硅片純度更高:N型硅片采用高純N型硅料,金屬雜質、碳氧雜質含量低;2)N型硅片少子壽命更高:P型硅片摻雜硼元素使得少子為電子,而電池中的金屬雜質對于少子電子具有較高捕獲能力,使得P型電池少子壽命低,從而降低光電轉換效率。而N型電池采用N型硅片,摻雜元素為磷,所形成少子為空穴受雜質成分捕獲能力弱,少子壽命相比P型電池高出1-2個數量級。TOPCon電池迎來集中投產期,拉動百萬噸級光伏級POE粒子需求。TOPCon作為率先產業化的N型電池路線已進入放量拐點。根據各公司公告測算,預計國內2023、2024年底分別形成199、420GW產能投放,遠期產能約690GW。POE及EPE膠膜是目前TOPCon主流封裝材料,TOPCon產能加速投產將對POE粒子需求帶來百萬噸級拉動。鈣鈦礦是新一代電池技術路線,轉化效率突破晶硅電池上限。鈣鈦礦電池(perovskitesolarcells,PSCs)晶體化學結構通式為ABX3,其中金屬鹵化物鈣鈦礦成分起到發電作用。鈣鈦礦太陽能電池主要是由電子傳輸層、鈣鈦礦層和空穴傳輸層和兩個電極層構成,通過光吸收層受外部光子能量的激發產生電子-空穴對,進而產生電子和空穴分別經由電子傳輸層和空穴傳輸層至電池兩側的電極從而進入外電路進行發電。鈣鈦礦電池具有光電轉換效率高、光照強度依賴性小、制備工藝簡單、加工方式多樣等優點,且通過對光吸收層光譜吸收范圍和強度的靈活調控以及使用透明導電材料作為頂電極,適用于半透明化設計,應用場景廣闊。硅料價格回落,光伏產業鏈利潤迎再分配。硅料是光伏組件的核心原料,輻射硅片-電池片-組件全產業鏈。硅料投資強度大,投產周期長,2020年起受光伏裝機增長拉動,硅料價格表現出了極強的價格彈性,產品價格由2021年初8.5萬/噸持續上漲并于2022年3季度突破30萬/噸。2022年3季度,硅料廠商大全能源單季度毛利率高達81%,光伏產業鏈盈利主要集中于硅料環節。2022年12月受新增產能集中投放疊加出口需求下滑影響,硅料價格進入下行通道,產業鏈成本大幅改善,利潤持續向下游硅片、電池、組件,以及輔料膠膜等環節轉移。光伏膠膜占成本比重較低,粒子及膠膜漲價空間大。膠膜占組件成本比重較低,以當前EVA、POE價格1.80、2.55萬/噸測算,假設膠膜克重450g,單W組件中EVA、POE粒子成本分別為0.081、0.115元。假設膠膜環節毛利率中樞15%,則單W組件中EVA、POE膠膜成本分別為0.093、0.132元,占比分別為5.5%、7.6%。2.2.光伏封裝材料迭代,POE迎歷史機遇POE膠膜性能優勢明顯。POE膠膜應用雖然晚于EVA膠膜,但其性能在多體積電阻率、水汽透過率、耐老化性能、抗電勢誘導衰減(PID)等方面優于EVA。根據預測,未來透明EVA及白色EVA膠膜市場占比或下滑,而POE和EPE膠膜市場份額將明顯提高。從性能上看,POE相比EVA優勢主要體現在以下幾個方面:抗PID性能優異:不論是N型或者是P型電池片,透水率和體積電阻率都是影響PID現象的關鍵因素。低透水率使得在同樣電勢差下,高體積電阻率帶來較低漏電流,可降低電池表面的分壓,從而減緩PID的發生。根據研究,POE體積電阻率更高,水汽透過率更低,在PERC雙玻組件96h老化測試下(負偏壓1000V、85℃、85%RH)功率衰減顯著低于EVA膠膜;高體積電阻率:光伏組件在實際使用的實際溫度最高時可超過80℃,尤其是在日曬充足或高溫地區。所以,封裝膠膜在高溫下的介電性能應得到充分關注。然而,隨著工作溫度升高,EVA膠膜體積電阻率迅速下降,在85℃時已達1013Ω?cm,而陶氏EngagePOE膠膜的體積電阻率還保持在1015Ω?cm以上;低水汽透過率:由于POE是非極性材料,只有碳碳鍵和碳氫鍵,沒有碳氧鍵(極性),因此不能和水分子形成氫鍵,水汽阻隔性好,在實驗條件下EVA的水汽透過率為34g/(m2*d),而POE膠膜為3.3g/(m2*d),POE膠膜的水汽透過率僅為EVA膠膜的1/10,極大降低了組件被水汽滲入及腐蝕的可能性,降低PID風險;耐候性能強:EVA膠膜在光照作用下,醋酸乙烯酯鏈段容易產生分子鏈斷裂,生產多種氣體副產物會停留在組件內造成膠膜產生氣泡或脫層,影響長期可靠性,POE膠膜在加速老化后,黃度指數變化較小,POE明顯耐候度更好。EPE、POE是N型組件主要的膠膜封裝方案,鈣鈦礦電池采用純POE封裝。主流光伏封裝膠膜包括透明EVA膠膜、白色EVA膠膜、聚烯烴(POE)膠膜、共擠型聚烯烴復合膜EPE(EVA-POE-EVA)膠膜。其中透明、白色EVA膠膜為傳統方案,主要應用于單玻P型組件的上下層封裝。雙玻組件因具備雙面發電能力,一般具有10%-30%的發電增益,在地面電站的滲透率快速提升。雙面組件電池功率不斷增大,使得組件發熱量增大、溫度升高,對封裝材料的抗PID性、耐熱性、耐老化性能提出了更嚴苛的要求。POE相比傳統EVA具有更優異的抗老化性和阻水性能,成為雙玻組件的主流封裝材料。EPE材料兼具POE材料的高阻水性、高抗PID性,同時也具備EVA材料的雙玻組件高成品率的層壓工藝特性,且不受POE樹脂原料供應相對短缺的影響,作為過渡材料亦可應用于雙玻組件的封裝。PERC型中傳統單玻組件過去主要以兩面純EVA為主,雙玻組件以上層EPE、下層EVA為主,目前天合光能、隆基綠能等頭部組件廠新型P型組件型號膠膜選型中EPE膠膜比重持續提升。N型組件中,日本VSUNSOLAR主要TOPCon型號采用EPE封裝方案,華晟新能源為首的HJT組件主要采取EPE或純POE膠膜路線。POE、EPE膠膜具有良好的抗PID性、隔水性、無醋酸腐蝕性,未來隨著粒子環節產業化驅動,有望在各組件類型中持續替代EVA。EPE相比POE膠膜不存在打滑問題,因此下游組件廠商匹配性高,同時其夾層結構大大降低了材料成本。在POE粒子全面國產化前,EPE方案有望在頭部組件廠N型路線中率先成為主流。光伏技術路線迭代,帶來封裝材料迭代,POE迎來放量空間。從電池層面來看,N型電池與傳統P型電池結構相似度較高,材料端差異主要體現在硅片、銀漿,其中P型電池采用P型硅片搭配少量銀漿,N型電池采用N型硅片搭配大量銀漿;鈣鈦礦電池結構與硅基電池差異較大,以金屬鹵化物作為半導體材料,呈疊層結構,主要包括TiO2致密層、TiO2介孔層、鈣鈦礦層、HTM層等。從組件層面來看,材料體系差異主要在封裝膠膜與玻璃,其中傳統P型組件主要采用EVA作為封裝膠膜,N型組件選用POE或EPE膠膜。在玻璃材料方面,傳統P型組件光伏玻璃采用單玻或雙玻,N型電池主要采用雙玻結構,而鈣鈦礦組件采用TCO導電玻璃。鈣鈦礦電池轉化效率較高,界面穩定弱,對膠膜等保護性輔材提出更高要求。傳統單晶太陽能電池吸收光子能量僅一部分轉化為電能,其余部分轉化為熱能損失,而鈣鈦礦電池不僅可以高效的吸收光能,還可以高效的傳輸電子和空穴。鈣鈦礦電池理論光電轉換效率達33%,突破傳統晶硅電池29%的上限,且采取疊層模式后光電轉換效率有望突破45%。鈣鈦礦電池中電子傳輸層與鈣鈦礦層形成的相關異質結界面穩定性較差,容易產生氧空位缺陷、加速退化、電場平衡打破等現象,對于封裝膠膜等保障電池穩定性的輔材提出更高的要求。新型技術路線下,傳統封裝方案應用受限。EVA具有抗PID性弱、隔水性能差、醋酸根分解等性能弱點,無法滿足新型N型電池、鈣鈦礦電池需求。具體來看:N型電池:N型電池對環境耐受性弱于P型電池,因此需要膠膜提供更多保護,而使用EVA膠膜進行高效光伏電池尤其是N型晶硅電池的封裝,在加速老化條件下組件功率會迅速下降,組件的長期可靠性難以保證。同時EVA膠膜在使用過程中會分解釋放醋酸根,從而對玻璃、背板、柵線等結構造成腐蝕,由于N型電池中金屬柵極更多且更密集,受EVA醋酸根腐蝕影響更大;鈣鈦礦電池:鈣鈦礦電池疊層結構相比傳統晶硅電池對水分子容忍度更低,由于EVA水汽透過率高,因此無法滿足鈣鈦礦封裝材料隔水性能要求,同時醋酸根分解也會對鈣鈦礦結構造成腐蝕。POE膠膜是N型電池、鈣鈦礦電池主流封裝材料,新型技術路線打開POE粒子需求空間。POE產品的阻隔性、強抗PID能力、無醋酸等特性使其在N型電池、異質結電池時具備了其他封裝材料不具備的天生優勢,是目前N型電池的主要封裝膠膜,其中TOPCon電池采用POE或EPE膠膜,HJT電池采用POE膠膜。遠期來看,鈣鈦礦是目前市場公認的N型電池后下一代主流電池路線,其上下層封裝材料均采用POE膠膜。受光伏電池(組件)新技術路線迭代拉動,POE需求有望迎來非線性增長。POE膠膜高速滲透,2025年全球光伏級POE粒子需求有望達160萬噸,遠期光伏進入TW時代,我國POE需求有望超過500萬噸。光伏是全球儲量最大的能源,年供應潛力是化石能源的20倍以上,可滿足目前全球能源需求超過1400倍,2020年僅占能源消耗1.3%,因此滲透空間巨大。在太陽到達地球的輻射中,目前有30%是可利用的光伏能源,年儲量達23000TW。假設:1)2022-2025年全球光伏新增裝機需求由254GW提升至550GW;2)N型組件份額持續提升;3)TOPCon中上下層封裝方案包括POE+POE、POE+EPE、EPE+EPE,其中EPE短期份額占比較高;4)隨著POE國產化,EPE膠膜中POE粒子質量占比緩慢提升。隨著電池路線持續迭代,POE作為TOPCon、HJT、鈣鈦礦的主流封裝膠膜材料滲透空間巨大,遠期光伏進入TW時代,全球POE膠膜需求有望超100億平,粒子需求有望超過500萬噸。POE粒子漲價2000元對應組件成本占比提升0.5%。根據數據,555W功率182尺寸單玻組件中電池、玻璃、邊框等膠膜以外成本約1.609元/W,結合POE粒子價格及單耗、膠膜環節毛利率進行POE膠膜占組件成本彈性測算。測算顯示,POE粒子漲價2000元/噸對應組件成本上漲約0.01元/W,成本占比提升0.5-0.6%。以目前POE價格來看,粒子漲價1萬元內膠膜成本占比將維持在10%以內。膠膜持續擴張,拉動粒子需求。依托多年EVA膠膜生產銷售經驗以及優異的成本價格控制能力,光伏膠膜競爭環節呈現“一超多強”格局。其中福斯特作為龍頭企業過去市占率長期維持在50%以上,第二梯隊為斯威克、海優新材,2021年前三大膠膜廠商累計出貨量達15.29億平。2020年起隨著光伏裝機需求的高速增長,以及N型組件對于POE/EPE膠膜的需求拉動,天洋新材、鹿山新材、百佳年代、明冠新材等第三梯隊廠商借助后發優勢迅速崛起,行業供給格局不斷向多元化發展。根據各膠膜廠商年出貨量口徑統計,2019-2021年光伏膠膜行業CR3分別為91.2%、85.4%、81.9%,呈逐年下降趨勢。根據上市公司公告整理,未來國內頭部膠膜廠商產能持續擴張,其中市場份額前三家福斯特、斯威克、海優新材合計擴產18.7億平。祥邦科技、明冠新材、鹿山新材、江西緯科等中小廠商起步較晚,依托后發優勢重點差異化布局新一代POE膠膜,未來或對現有產業格局帶來持續沖擊。POE膠膜與EVA、EPE膠膜產線具有可切換性,受各公司公告口徑影響,我們認為在組件需求持續拉動下,未來實際POE膠膜供給將大于現有產能統計。光伏膠膜以粒子、助劑為原料,經過混合、擠出、成膜、流延、定型、展平、檢測、分切、收卷等多道工序制作而成。不同膠膜廠商擁有不同的設備、配方、調試經驗,從而在良率、效率等生產指標上存在差距,最終體現在膠膜產品的品質與生產成本。膠膜環節資金占用大、回款周期慢,資金壁壘高。膠膜環節資金投入主要體現在設備廠房(前期投入)以及原料粒子采購(經營投入):1)前期投入:根據各大膠膜廠公告測算,1億平米膠膜對應前期設備廠房投資額約2-4億;2)經營投入:根據膠膜對粒子單耗,假設1億平米對應粒子需求4.5萬噸。由于組件對膠膜廠商回款周期較慢,以資金周轉率為3、光伏級POE粒子進口價3萬/噸測算,膠膜廠年產1億平產線粒子環節資金占款高達4.5億元。由于膠膜占款程度極高,且行業原材料、需求波動大,對企業資金實力具有較高的考驗。2.3.汽車輕量化催生百萬噸級POE新增需求POE的傳統應用領域以汽車為主,汽車輕量化趨勢驅動需求持續增長。POE性能優異,應用廣泛。可以取代橡膠、柔性PVC、EPDM、EPR、EMA、EVA、TPV、SBC和LDPE等材質,應用于不同產品,如汽車擋板,柔性導管,輸送帶,印刷滾筒,運動鞋,電線電纜、汽車部件、耐用品、擠出件、壓模件、密封材料、管件和織物涂層等,也可以作為低溫抗沖改良劑來改善PP的低溫抗沖性能,同時可以作為熱塑性彈性體運用于汽車領域。POE密度在860-890kg/m3之間,在未發泡材料中密度最低。在汽車上使用能使得汽車質量降低,減少能耗和廢氣排放,符合汽車輕量化要求。我國“以塑代鋼”滲透率低于歐美國家,改性塑料用于汽車輕量化前景廣闊。鋼是汽車生產中應用最多的材料,具備優良的剛性但重量較高。汽車輕量化通過不同材料的選用替代傳統鋼材從而達到車身減重的效果,主流方案包括高強度和超高強度鋼、鋁合金、鎂合金、改性塑料等。其中改性塑料優勢顯著,具體包括密度低、強度比高、成型工藝性能優等。目前改性塑料已大量運用于汽車生產,然而我國“以塑代鋼”滲透率明顯低于歐美國家。根據中國石化聯合會,我國單車改性塑料零部件占比約8%,單車使用量約為110kg;美國、法國單車改性塑料零部件占比約17%,單車使用量約220-249kg;德系車單車改性塑料使用量300-365千克,改性塑料使用率高達23%。改性塑料在汽車輕量化中應用:PP應用最廣泛,POE一定比例共混增韌。主流的車用改性塑料包括:1)PP:提高耐熱穩定,運用車身內裝件、通風取暖系統配件等領域,是使用最為廣泛的汽車輕量化塑料品種;2)POE:作為塑料改性劑可有效提升材料韌性、抗沖擊性能,廣泛運用于汽車內飾、保險杠等領域;3)PE:主要用于空氣導管與儲罐等;4)PVC:主要用于車內裝飾件;5)PS:主要運用于照明用品等領域;6)ABS:主要應用于車身內飾件、外裝件;7)PMMA:主要用作窗玻璃、罩蓋、儀表玻璃、油標、油杯、燈罩、標牌等。POE是性能優異的車用PP增韌改性劑。POE既有塑料的熱塑性,又有橡膠的彈性,是常用的PP增韌改性劑。POE結構中分子量分布窄,分子結構中可形成聯結點,在各成分之間起到聯結、緩沖作用。當體系受到張力時,聯結點所形成的網絡狀結構可以發生較大的形變,使得體系實現分散、緩沖沖擊能的作用。同時POE擁有良好的加工性能,與PP親和性好,其表觀切變黏度對溫度的敏感性更接近PP。當POE與PP共混時,更容易得到較小的彈性體粒徑和較窄的粒徑分布,具有較高的增韌效果。隨著改性料中POE含量的提升,材料拉伸強度、彎曲強度下降(說明韌性提升),材料斷裂伸長率、沖擊強度提升(說明抗沖擊性能提升)。具體來看:1)拉伸強度:非晶體POE破壞PP分子排列的規整性,從而降低PP結晶度,降低材料拉伸強度;2)彎曲強度:由于POE為彈性體,從而降低共混體系剛性;3)斷裂伸長率:由于彈性體模量低,易于形變,從而使得共混材料斷裂伸長率提升;4)沖擊強度:POE彈性體作為分散相在PP連續相中形成“海-島”結構,當共混物受到外力作用時,彈性體作為應力集中物引發銀紋和剪切帶,吸收能量并提升共混物的沖擊強度。根據《工程塑料應用》,汽車儀表盤、保險杠、側門板改性專用料中POE添加比例分別約17%、21.4%、4%。汽車輕量化拉動,2025年全球車用POE粒子需求預計達126萬噸。假設:1)根據蘇州裕辰隆,POE在PP增韌改性料中添加比例約3-15%,假設2021-2030年POE在車用PP改性料中添加比例由10%提升至13%;2)根據《汽車內使用聚丙烯材料的輕量化研究》,車用改性塑料中PP占比48%;3)根據《中國石化》,假設2021-2030年我國單車改性塑料用量由160kg提升至250kg,海外單車改性塑料用量由220kg提升至360kg。預計2025年全球、我國車用POE粒子需求分別為124.0、34.3萬噸。2.4.POE在線纜、熱熔膠、發泡料等領域的前景有望打開POE作為增韌材料、外層保護套廣泛應用于電纜領域。傳統XLPE電纜存在生產工藝成本高、難以回收造成利用環境污染等問題,新型非交聯電纜有望持續形成市場替代。PP是目前主流的非交聯電纜絕緣材料,但PP存在低溫韌性差、硬度高、加工流動性差等缺點,不利于炭黑在其中分散,需要通過共混增韌彈性體以提高聚丙烯的韌性以及炭黑的分散性。POE作為增韌劑可有效應用于電纜級PP改性領域,根據《POE增韌聚丙烯基電纜半導電屏蔽材料導電網絡的建立及性能》,隨著POE含量提升,體系儲能模量降低,材料剛性下降,韌性有效提升。同時POE作為電纜外層保護套材料具有良好的耐候性、低溫性能、耐老化性,可對現有傳統PVC、氯丁橡膠材料形成替代。POE作為發泡料、發泡共混料廣泛應用于高端鞋材中底領域。POE作為聚烯烴彈性體具有優異的彈性與韌性,作為高端鞋材中底發泡料具有比EVA發泡料更優的性能。同時POE與PP進行發泡共混具有以下優勢:1)重量更輕:POE引入PP發泡料可有效減少材料密度,PP發泡材料密度約0.9g/cm3,POE共混發泡材料密度0.64~0.73g/cm3;2)抗沖擊性能強:由于POE具備優異的韌性,共混PP后發泡材料抗沖擊性有所提升;3)改善PP發泡過程:POE可作為成核劑,均勻分散在PP基體中改善PP的發泡過程。POE粒子市場空間廣闊,2025年國內POE粒子總需求預計達236萬噸。汽車輕量化拉動全球百萬噸級POE粒子需求,電纜屏蔽料等領域加速迭代滲透。隨著N型TOPCon、HJT電池的加速滲透以及遠期鈣鈦礦電池方案的迭代,POE在膠膜中市場份額將大幅提升,從而拉動POE粒子需求非線性增長。預計2025年全球POE粒子需求提升至347萬噸,其中我國需求236萬噸,2021-2025年復合增長率高達39%。3.三大壁壘構筑極佳格局,催化劑乃重中之重3.1.POE供給被海外巨頭壟斷,進口量逐年攀升POE粒子供給端幾乎完全依賴進口。POE供給幾乎完全依賴海外進口。根據中國海關,2021年我國POE粒子需求64萬噸全部來自進口。從進口來源看,國內POE粒子主要來自美國(陶氏、Exxon,占比53%)、韓國(LG、SABIC-SK,占比37%)、日本(三井,占比8%)、荷蘭(Borealis,占比2%)。POE價格持續強勢,后續隨TOPCon集中投產景氣抬升空間大。2020年下半年,全球光伏裝機進入高速滲透階段,POE粒子進口價格由2020年7月的1.63萬/噸大幅上漲至2022年5月的2.70萬/噸,光伏級POE粒子價格相較普通級具有額外溢價。2022年3季度受全球宏觀經濟下滑影響,光伏裝機增速放緩,POE粒子價格小幅回落至2022年12月初的2.55萬/噸并持續穩定至2023年3月。由于海外POE廠商新增產能有限,國內產業化中短期仍處真空期,在全球經濟復蘇預期以及TOPCon、HJT電池加速迭代趨勢下,POE產品價格有望持續抬升。POE競爭格局極佳,主要被陶氏、LG、三井、SABIC/SK等外企壟斷。POE粒子行業集中度高,目前全球主要生產廠家僅陶氏、埃克森美孚、三井、SSNC(SK-SABIC)、Borealis、LG共6家,其中埃克森美孚主要產能為丙烯基彈性體,POE產能僅8萬噸,北歐化學產能僅3萬噸,10萬噸以上產能POE廠商僅4家。2021年全球主要廠商POE/POP產能合計約152萬噸,其中陶氏化學POE產能76萬噸,市占率高達50%,LG、SSNC、三井化學、埃克森美孚、北歐化學產能分別為28、20、17、8、3萬噸。3.2.POE具三大瓶頸,催化劑乃重中之重POE競爭格局極佳,產業化受制于三大壁壘:1)α-烯烴共聚反應所需茂金屬催化劑研發難度高且由外企壟斷;2)用于光伏級POE的高碳α-烯烴(1-辛烯)較為稀缺,依賴進口;3)溶液聚合工藝我國暫無產業化生產經驗。3.2.1.瓶頸一:茂金屬催化劑催化劑是烯烴聚合反應的核心,由齊格勒-納塔催化劑演化至第六代茂金屬催化劑。烯烴聚合催化劑起源于上世紀50年代,前五代齊格勒納塔催化劑最初由德國化學家Ziegler和意大利化學家Natta共同發明。經過70余年的發展,齊格勒-納塔催化劑經歷了四代演變,催化反應效率、產品粒徑、后端脫灰復雜度等方面性能持續改善。前三代催化劑中分別引入了TiCl3/Et2AlCl、內給電子體(ID)、外給電子體(ED)及載體,聚合得到的產物等規度不足夠高,仍需進一步后處理。第四代催化劑改變了氯化鎂的活化方式,用化學反應取代機械作用,僅采用內給電子體的催化劑體系使得其后的研發方向調整向了內給電子體ID的研發,尤其以鄰苯二甲酸酯型為代表的催化劑沿用至今。第五代催化劑于上世紀80年代出現,二醚、琥珀酸酯、二醇酯等內給電子體被相繼開發,具有極高活性和立構規整性。第六代催化劑為茂金屬催化劑,催化效率極高,能精準控制整個聚合反應過程,對傳統Z-N催化劑形成了有力沖擊。聚烯烴催化劑技術多年封閉,國內僅少數企業掌握,全球龍頭為GRACE、利安德巴塞爾。聚烯烴催化劑產品為下游產業烯烴聚合技術的核心,具有較高的技術壁壘。全球來看,巴塞爾和GRACE(格雷斯)是全球龍頭,市占率分別達到28%和27%,中國石化排名全球第三市占率約9%,日本兩家企業東邦鈦和三井分別市占率達6%和5%。第六代催化劑即茂金屬催化劑,是由第IV族金屬彎形的茂化合物,具備超高活性。茂金屬催化劑是指以ⅣB族過渡金屬(如Ti、Zr、Hf)元素配合物作為主催化劑,而以烷基鋁氧烷(如MAO)或有機硼化物(如B(C6F5)3)作為助催化劑所組成的催化體系。通過對金屬中心、配體、橋聯基團進行調整,可以改變催化劑的電子效應和空間位阻,從而能作用于不同的聚合體系,可用于mPE、mPP以及POE等多種聚烯烴材料的生產。普通的均相茂金屬催化劑可以催化聚合C2-C18的α烯烴在內的各類型乙烯基單體。茂金屬催化劑活性極強,1g鋯的均相茂金屬催化劑能夠催化劑100t乙烯聚合。根據配體結構、有無橋聯、茂環個數、金屬中心的不同類型,可將茂金屬催化劑分為茚基/芴基催化劑、無橋聯/硅橋聯催化劑、單/雙茂催化劑、單/多核催化劑等不同類型。限定幾何構型催化劑(constrainedgeometrycatalyst,CGC)是用于POE高效合成的典型選擇。與傳統Z-N催化劑相比,CGC催化劑對聚合物的分子量、共聚單體含量、規整結構的可控性強,能夠用于分子量分布窄、長鏈支化的高性能POE的生產。CGC作為一種橋聯單茂金屬結構,最早系1993年由陶氏應用于Insite工藝。該催化劑的“限定”特征體現在其具備茂環(Cp)-M(金屬)-N-Si的假四元環結構。四元環的存在使得CGC具備以下兩點特征,1)Cp-Ti-N的夾角的變化影響電子效應和空間效應,改變催化劑活性;2)受到橋聯集團的影響,金屬繞茂環-氮中心的旋轉受限,導致活性中心只能朝一個方向打開,有利于長鏈共聚單體的插入。α烯烴共聚能降低聚烯烴結晶度,從而滿足光伏膠膜POE高透明要求。普通聚烯烴制品中粒晶尺寸大于入射可見光波長,導致入射光被散射,進而降低制品的透明度。POE彈性體本質即是支化的聚乙烯,在共聚過程中,長鏈α烯烴能夠形成互相穿插的非晶區,分子中聚乙烯鏈段被分割為數量更多、長度更短的結晶區,大結晶被破壞的同時產品透明度也得到提高,形成的更多微小結晶作為交聯位點能提高鏈長,使得POE同時具備高溫下類塑料、常溫下類橡膠的特性。加之POE大分子鏈系飽和結構,產品的耐老化、抗紫外線性能也十分優異。可調性強、耐高溫、單活性位點的CGC催化劑是實現高碳α烯烴共聚的必然選擇。1)CGC催化劑獨特的空間構型可以滿足高碳α烯烴聚合需求:CGC催化劑具備獨特的單活性中心,形成的開放性結構能夠令大位阻的α烯烴穿過,從而提高共聚烯烴含量;2)CGC催化劑更耐高溫,在放熱反應中具備更高活性:Z-N催化劑存在最佳溫度聚合范圍,而傳統均相茂金屬催化劑只能作用于常溫反應,都不適用于如高溫低壓的溶液聚合工藝。CGC在100度以上高溫仍具備良好的穩定性,因此是工藝生產中的應用主流。POE用茂金屬催化劑工業化放大難度高,后進企業囿于產品研發、工藝控制經驗的匱乏難以快速突破,是限制POE放量的核心壁壘之一。目前,陶氏的CGC催化劑專利雖已到期,但工業化生產放大困難極高,反應過程中的加料、控溫、控壓試點都需要倚仗實際生產中的大量經驗總結,疊加MAO等助劑需要配套、助催化劑茂結構易氧化等影響因素,具備POE催化劑工業化生產能力的企業仍在少數。3.2.2.瓶頸二:α-烯烴α-烯烴是制約POE生產的“卡脖子”要素,生產光伏級產品需共聚辛烯(C8)。線性α-烯烴(Linearα-olefins,LAO)是指C=C雙鍵在分子鏈端位(即α位)的直鏈烯烴,產品碳原子數為偶數,應用最為廣泛的品種是C4、C6和C8等組分。1-辛烯共聚物熔體延伸性大,具有良好的拉伸性能、抗沖擊及耐環境應力開裂性,可顯著改善聚乙烯的機械加工性能、耐熱性、柔軟性、透明性。POE材料是茂金屬催化體系作用下由乙烯和α-烯烴的共聚物,對應α-烯烴主要為己烯(C6)、辛烯(C8),其中光伏級產品需采用1-辛烯。海外車用POE主要采用辛烯(C8)-烯烴,粘度、分子量性能優異。根據陶氏化學官網,公司拳頭POE產品Engage在車用領域主要包括30個牌號,其中辛烯-乙烯共聚POE牌號17個,丁烯-乙烯共聚POE牌號10個,其余α-烯烴-乙烯共聚POE牌號3個,主要以C8烯烴為主。辛烯-乙烯共聚物作為車用POE材料具有較低的熔體流動指數,體現材料在粘性、分子量上具有顯著優勢。C8牌號POE熔點、結晶度低,加工性能、透明度優異。全球主流POE生產商各牌號共聚單體類型都集中于C4(1-丁烯)、C8(1-辛烯),C6(1-己烯)一般不用于POE的共聚。從性能來看,C8POE具有顯著優勢,主要體現在:1)熔點低:C8POE熔點較低,使得材料具有良好的粒子加工性能;2)結晶度低:陶氏8842、8130牌號C8POE結晶度僅為13%,使得材料具有更好的透明度,適用于光伏級應用領域。α-烯烴C4-C8市場份額逐級遞減,適用于POE生產的產能有限。α-烯烴中碳元素越多合成難度越大,根據統計,2018年全球α-烯烴市場份額中1-丁烯、1-己烯、1-辛烯占比分別為37%、21%、12%,其中適用于POE生產的1-辛烯產能有限。1-辛烯選擇性齊聚難度大,僅陶氏等少數外企掌握工藝技術。α-烯烴聚合主要包括非選擇性齊聚與選擇性齊聚,其中非選擇性齊聚路線生成全組分α-烯烴(即C4-C8都包含),而選擇性齊聚可針對某種特定的組分進行聚合。非選擇性齊聚工藝路線主要包括ChevronPhillips工藝、INEOS工藝、Shell(SHOP)工藝、Alpha-SABLIN工藝等,多數工藝1-辛烯產率低于20%,因此實際光伏級POE所用1-辛烯普遍采用選擇性齊聚路線。選擇性齊聚工藝難度較大,目前具備1-辛烯選擇性齊聚技術的廠商主要為陶氏、Sasol。長鏈線性烯烴合成難點在于乙烯三/四聚的選擇性調控,催化劑體系是影響辛烯選擇性合成的關鍵。以1-辛烯為共聚單體合成的POE等產品附加值高,但工業化大規模生產還處在初期階段。1-辛烯(C8)的工業高效合成路線是從乙烯(C2)開始四聚,選擇性令乙烯四聚生成辛烯(C8),而不是三聚生產己烯(C6)是辛烯生產的核心所在。2004年,Sasol公司采用以PNP為配體的鉻-雙膦胺為催化劑,合成的1-辛烯選擇性達到98.8%,是全球最早具備工業化穩定生產辛烯能力的化工企業。在學界,乙烯催化三/四聚的機理仍未被完全掌握,而學界設計的鉻系催化劑選擇性從50%-90%+不等,活性差距明顯,工業界此前能選擇性四聚的公司僅有Sasol一家,國內企業大慶石化等已有工業試驗,國內企業亟需開發適用于工業化生產的乙烯三/四聚用催化劑體系。國內傳統α-烯烴廠商包括燕山石化、大慶石化、獨山子石化,2021年前C6以上α-烯烴合計產能7.5萬噸。2022年后α-烯烴裝置設計環節壁壘已實現突破,國內廠商加速布局,包括蘭州石化、衛星化學、鼎際得、茂名石化、京博石化、浙石化等廠商,其中包括POE擴產一體化配套產能,預計2025年后國內進入產能投放期。溶液聚合法是主流的POE聚合工藝,主要由材料顆粒狀、低熔點性質決定。聚烯烴彈性體聚合工藝主要包括溶液聚合法、懸浮聚合法、氣相聚合法,其中產業化主要采用溶液聚路線,主要原因包括:1)聚烯烴彈性體難以在流化床反應器或淤漿反應器中以顆粒狀流動,從而實現非均相聚合;2)POE熔點較低,結晶區的聚合產物易被溶劑溶脹而產生結團、粘連,使得聚合反應無法有效進行。目前具備POE溶液聚合技術的廠商主要為陶氏、埃克森美孚、三井、SK等外企,國內廠商尚未完成技術突破。陶氏化學:Insite工藝。采用CGC催化劑搭配Insite工藝,在聚合溫度為90-200℃、聚合壓力為1-5MPa的條件下,以Isopare(混合烷烴)為溶劑制備得到乙烯/1-辛烯聚烯烴彈性體和乙烯/1-丁烯聚烯烴彈性體。該工藝生產工序簡單,無需進行催化劑殘渣處理、溶劑抽提和產品干燥,且反應傳熱效率高,有效減少對產物的熱輸入,提高聚合物生產速率,乙烯單程轉化率達90%以上。該工藝得到的POE產物共聚單體含量高,相對分子質量及分布可控,產品揮發分含量低,金屬殘余物少,且能有效降低POE生產成本。埃克森美孚:Exxpol工藝。Exxpol工藝是一種絕熱溶液法連續聚合工藝技術,在連續攪拌的釜式反應器內使乙烯與共聚單體(丁烯、己烯或辛烯)在反應溫度大于100℃,反應壓力為1-12MPa下混合烷烴溶劑內進行連續聚合,得到密度為0.868-0.920g/cm3的極低密度烯烴彈性體。該工藝利用液-液相分離的方法,利用聚合反應器內聚合放出的熱量及溶劑帶走的熱量實現固液分離,有效降低能耗提高產率。4.歷史機遇已至,催化劑積淀廠商領軍國產化高碳α-烯烴自給能力或成為POE生產企業核心競爭力之一。根據不完全統計,目前國內已公告上市公司中,萬華化學、鼎際得、茂名石化、衛星化學、榮盛石化、東方盛虹、誠志股份分別公告POE粒子規劃。從原料配套情況看,多數廠商同時布局上游α-烯烴,6家上市公司合計布局α-烯烴產能95萬噸。以30%的α-烯烴共聚比例測算,170萬噸POE需配套51萬噸α-烯烴。假設2025年POE粒子集中投產后,100萬噸需求應用于光伏領域,對應30萬噸C8α-烯烴;70萬噸用于汽車、線纜等領域,C8需求占比25%,對應5.3萬噸。預計未來POE國產化產能全部落地后帶來高碳C8α-烯烴需求35.3萬噸。由于α-烯烴選擇性齊聚技術壁壘高,目前國內高碳α-烯烴聚合收率較低,高碳α-烯烴自給能力或成為POE生產企業核心競爭力之一。POE產業化趨勢已定,關注未來板塊演繹。結合供給、需求、各廠商技術儲備及規劃,我們認為未來數年內國內POE板塊將經歷3個市場階段:產業化籌備期:根據各公司公告及產能進展跟蹤,我們預計2023年底前國內POE粒子將處于產能真空期,同時海外廠商擴產有限,全球POE粒子供給將維持穩定。需求端2024年底TOPCon電池產能規劃拉動113萬噸光伏級POE需求,疊加車用、電纜、發泡需求,預計國內POE粒子供給緊缺程度將持續加劇,從而拉動POE價格中樞上調。進度跟蹤驗證期:2024年后,隨著國內龍頭POE粒子廠商項目的持續推進,各公司設備、土建、樣品等方面持續獲得實質性進展。由于POE工業化生產壁壘高,板塊標的表現有望發生
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