现在有很多地方企业在积极拓展下游产业链延伸的方向,其中新材料领域是重要的研究领域,如新能源汽车、5G、新能源电池及可降解材料领域等。这些行业固然是高端新材料应用行业,但是已经受到资本和龙头企业的广泛关注,很多新材料的拟在建装置,已经严重超过了市场发展所能承受的容量,如PBAT、PLA、PPS、PTFE、PVDF等,如果现在考虑进入,未来可能会面临巨大的竞争压力,从而失去了差异化竞争的优势。
所以,高端应用场景的新材料固然重要,但消费增速高速增长,且不可替代性新材料,未来也将会有巨大的发展空间,如PVB(聚乙烯醇缩丁醛)。
聚乙烯醇缩丁醛全称POLYVINL BUTARAL,简称PVB,分为PVB树脂和PVB胶片,其中PVB胶片,又称PVB膜片、PVB薄膜或PVB中间膜,是目前已经完全工业化的产品,是聚乙烯醇(PVA)与正丁醛缩合而成。PVB与金属、玻璃、陶瓷等具有良好的黏着性,具有较高透明性、耐寒性等。
PVB分为膜级和非膜级,其中膜级具有高粘性特性,非膜级具有低粘性的特性,PVB无毒、无嗅、无腐蚀性,具有高透明性、耐寒性和耐冲击性。目前PVB膜级是PVB重要的应用方向,其中主要作为PVB的安全玻璃应用。安全玻璃是指的夹层玻璃,是指中间有夹层的玻璃,当夹层玻璃在受到外界强烈冲击时,PVB膜能够吸收冲击能量,并黏住玻璃碎片,并使玻璃表面仍保持整洁光滑,可有效防止碎片扎上和穿透坠落事件的发生,确保人身安全,俗称安全玻璃。
PVB膜用于双层玻璃中间的夹层胶,低端产品用于建筑安全玻璃,高端产品在军工上作为飞机、坦克、舰艇的防弹玻璃,也广泛用于汽车挡风玻璃。近年来,由于汽车、航空、航海等行业的蓬勃发展,带来了高端PVB巨大的市场容量,国产高端PVB也在市场的推动下开始发展。
表 PVB分类及应用对比
全球PVB产业从1924年开始,德国GHBH电气化学工业公司率先提出了由醋酸乙烯经聚合、水解、缩合而制PVB树脂,并申请了专利,代表着全球PVB产业的开始。1928年,加拿大化学公司发表了聚乙烯醇缩丁醛专利技术,代表着工业化进程的开始。1931年,美国五家公司联合承担了国防部带头的项目,投入巨资研究开发PVB作为夹层玻璃材料的研究,并与1938年取得成功,实现了PVB工业化。也就在1938年,美国政府颁布了要求使用PVB树脂作为机动车前挡风玻璃中间膜的法案。
需要特别说明的是,美国是PVB生产和消耗最大的国家,主要生产商有孟山都、杜邦和联碳化学。孟山都是世界上最大的PVB生产商,约占全世界生产能力的50%左右,孟山都PVB膜主要作为中间膜,又可以用于底漆、涂料、电气等行业。杜邦公司的产品几乎全部作为中间膜使用。另外,在西欧,德国的诺贝尔是世界上第三大PVB生产商,日本电气化学公司、积水化学公司和三菱-孟山都公司生产的PVB,是亚洲重要的PVB生产企业。
从上世纪三十到四十年代开始,全球PVB树脂作为安全玻璃的中间夹层,随着工业的发展得到了快速发展,其中也在很大程度上驱动了PVB产业规模的进一步发展。从八十年代开始,汽车工业、建筑行业再次进入飞速发展期,PVB的用量快速扩大,生产技术不断更新,生产规模也在飞速增长,至2020年,全球PVB生产能力已经接近80万吨规模。
中国PVB产业从1956年开始,相对研究起步较晚,由沈阳化工研究院和天津材料研究所共同进行了醋酸乙烯极其缩聚产品的小实装置。时隔两年,中国化工部设计院为锦西化工研究院设计了我国首套实验性缩醛车间。在1961年,锦西化工PVB车间开始试生产,并且装置运行良好。从七十年代开始,随着我国工业和技术条件的进步,PVB用于陶瓷花纸和铝箔纸行业的应用取得了突破,这在很大程度上驱动了PVB行业的发展。
在八十年代,中国尚未完全掌握PVB膜片的加工和生产技术,所以鲜有企业涉及该领域的生产和研究。随着经济体量的增长,特别是中国汽车工业的蓬勃发展,对PVB膜的需求规模也出现了快速增长,但是,由于技术、原料、设备等多方面的限制,中国PVB膜总量占比较小,市场中很大一部分为全球三大公司垄断,分别是杜邦、孟山都和积水,因此,当时中国需要花费大量外汇从国外进口膜片。
到了九十年代,汽车工业再次出现爆发式发展,很大程度上驱动了进口膜片规模的增长,据不完全统计,1999年中国进口膜片达到5500吨左右。当年,中汽集团在行业会议上多次呼吁,有实力的公司积极研究PVB膜片的生产,尽快打破PVB膜片长期依赖进口的被动局面,加速国产化进程。
PVB胶片具有良好的柔顸性、优良的透明料、极强的粘合性、很好的耐光性、成膜性、耐冲击性等, 对玻璃、金属、木材、陶瓷、皮革、纤维等材料有较好的粘接性能, 其用途在作为中间层与玻璃等复合时, 最主要的用途是在夹层玻璃制造中作为中间粘合胶片使用。
夹层玻璃又称夹胶玻璃, 在受到外界强烈冲击时, PVB胶片能够吸收冲击能量, 玻璃即使碎裂, 碎片也会被粘在胶片上, 破碎的玻璃表面仍保持整洁光滑。可有效防止碎片扎伤和穿透坠落事件的发生, 确保人身安全。此外, PVB夹层玻璃既能阻隔声波, 维持安静、舒适的办公环境, 还可降低制冷能耗。除了安全性之外, 夹层玻璃还具有隔音和防紫外线的功能。PVB胶片对声波有高阻力, 夹层玻璃能有效控制声音传播, 具有良好的隔音效果。同时, 加有吸收紫外线添加剂的PVB胶片, 能滤出99%以上的紫外线。
根据相关资料显示看到,夹层安全玻璃上述安全、保温、控制噪音和隔离紫外线等多项功能已广泛用于制作建筑安全玻璃, 飞机、高速列车、汽车、机车、舰艇、船舶等的挡风玻璃, 水容器玻璃, 罩栅、橱窗、银行柜台、监狱探视窗、各种防弹玻璃, 以及化工、冶金、机械、煤矿、电子、纺织、轻工等行业的各种安全防护玻璃方面。随着科技的发展, 通过对PVB胶片进行特殊处理, 可以进一步改善其性能并丰富夹层玻璃的品种, 如: 加入着色材料, 可生产防辐射的着色安全玻璃; 加入遇光变色物质, 可生产出变色安全玻璃; 加入金属网, 可生产出防结( 雾、霜、冰) 玻璃。采用特殊配方生产的PVB胶片在航天、军事和高新技术工业等领域也有着广泛的应用, 如用于飞机、航天器、军事仪器、太阳能电池和太阳能接收器等, 在工业领域应用于复合减震钢板等。
PVB是通过高分子聚乙烯醇和丁醛缩聚反应形成的一种聚合物, 在最终的聚合物中有近23%重量比的乙烯醇基。这种聚乙烯醇缩丁醛加入专用增塑剂DHA (一般为三甘醇酯类) 进行增塑,并通过挤出机系统和精确的厚度控制形成连续化的半透明胶片, 也可根据客户要求生产乳白、兰白、绿白等胶片, 胶片无杂质、柔软性好, 表面平整、有一定粗糙度, 具有很好的抗拉强度和断裂延伸率。
用“挤出法”制造PVB胶片是目前世界上的先进生产工艺。国际上PVB胶片生产属高科技领域, 技术要求高、难度大, 技术处于高度保密状态, 国际上几乎是被美国杜邦公司、孟山都( 首诺) 公司、日本积水公司垄断, 另外法国圣戈班公司、加拿大麦可罗公司等也能提供成套工艺技术设备。
目前, 国内技术设备水平已进入最新的第二代水平, 在消化吸收国外技术设备的基础上取得突破性的进展, 主要关键核心设备、元件及自控系统等从国外引进, 其余配套国内产品, 基本可与引进技术设备媲美, 并已被国内相关专家掌握。如广东仕诚公司于2003年6月推出第一台玻璃夹层PVB胶片生产线,经过2004年的试生产,现已正式推向市场。该设备年产1500-2000吨/条生产线, 最大幅宽3000mm( 可据用户要求分切成要求宽度) , 厚度0.38-1.5mm。所生产出的胶片性能及产品质量指标接近或超过进口指标值要求,为国内先进水平。
我们通过相关资料显示,以上工艺技术路线基本工艺流程相近, 主要采用挤出流延设备技术, 原材料由相应上料系统送入不同的挤出机, 粒料在挤出机内通过加热均匀塑化变成熔融状态, 熔体经过滤网去除熔体中的杂质。通过配料块, 以不同顺序平稳地导入模头, 经过可以调节的模唇流出, 至流延冷却辊冷却定型, 成型为共挤流延胶片。胶片经自动射线厚度测量系统, 经计算机处理, 控制挤出机转速与冷却辊速度, 以达到控制胶片质量的目的, 胶片经牵引系统, 并经表面处理、切边、自动收卷后, 经过分切而成为成品, 包装入库。
PVB胶片生产需解决的关键技术难题包括如何解决胶片生产线下料搭桥、夏季胶片水分含量高和胶片均匀度超标等问题, 以及聚乙烯醇缩丁醛树脂与增塑剂DHA的配比, 加工工艺等, 以及产品的后续分切、包装、存放及运输技术等。
根据数据统计,截至2020年,全球PVB产能超过80万吨,其中最大的企业是美国伊士曼化学品公司收购的首诺公司,产能在10.6万吨规模,2010—2020年全球PVB总计产能保持3%~4%速度增长。需要特别说明的是,中国PVB产能的快速增长,成为驱动全球产能增长的主要动力。
截至目前,中国PVB产业规模超过40万吨左右,其中树脂产业规模约在8.3万吨左右,胶片产业规模约在30万吨左右。随着中国对夹层玻璃需求的增长,作为中间膜的PVB生产规模,在过去几年呈现快速增长的趋势,并且也在一方面驱动技术的提升和改进,目前国产PVB质量水平基本接近进口资源水平。
但是,由于国产PVB质量的不稳定,造成目前国内生产企业多数采用再生料作为基础原料,这给PVB国产产品质量造成一定影响。另外,鉴于涂料及胶黏剂生产的需要,高档中间膜生产的PVB树脂的严格要求,真正大规模生产供应可用于高粘度中间膜的企业较少,导致高粘度产品总量处于偏低状态。并且,这种现状有望跟随技术水平的止步不前而长期存在。
据数据统计,中国PVB树脂在过去10年中呈现快速增长的态势,2010年至2020年产能增速超过20%,产量保持29%高速增长。影响中国PVB树脂规模快速增长的因素,一方面是中国经济宏观环境的增长,在很大程度上驱动了中国市场对PVB的需求,另一方面,中国生产技术的进步以及逐步放开,给中国更多私营企业带来较低进入门槛,都驱动了中国PVB树脂产业规模的增加。
最后,我们想说,中国PVB树脂供应面保持快速增长,其中树脂供应面增速最快,产量在2020年至2025年保持10%增速,胶片产量维持4%左右速度增长。由此可见,中国树脂由于体量较小,未来供给增速较快,用于匹配胶片的庞大需求,而胶片体量较大,增速减缓,这也与中国胶片下游需求相互匹配。
根据计算,中国PVB产业规模有望在2025年达到60万吨左右,2021年至2025年保持8%左右速度增长。关于需求方面,综合考虑了三大主要下游需求增速,分别是汽车安全玻璃、建筑用双层玻璃和光伏电池封装膜。对于未来需求增速,一方面综合分析了历史增速情况,另一方面,综合考虑了国家政策面对当前产业的扶持力度,以及相关协会对汽车、玻璃以及光伏产业未来的发展预测。平头哥预计,汽车用安全玻璃、建筑用双层玻璃和光伏电池封装膜对PVB的需求增速超过20%,其中光伏电池封装膜增速较快,这主要是基于对历史较高的发展速度和未来对环保要求,都将保持对光伏行业的快速增长的预期。
巨大的需求将会造成更多的供应不足现状,所以,未来中国PVB市场将会呈现明显供应不足特征,也为有实力的企业提供了发展机遇和空间。
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