2011-12-12 來源:中國BOPET
功能薄膜前景廣闊。功能薄膜將在戰略新興產業的中扮演重要的角色,應用前景廣闊,蘊藏巨大的投資機會。功能薄膜性能、應用領域各異,技術壁壘較高,我們將其難點主要歸納為原料、配方及工藝、設備。在眾多功能性薄膜中,看好的依次是光學薄膜、光伏薄膜、鋰電池隔膜、水處理滲透膜、高阻隔包裝膜。
1、光學薄膜進口替代空間大。全球光學薄膜170 億美元市場,國內液晶產能迅速擴張,國內光學薄膜企業面臨難得發展機遇。擴散膜領域有望率先突破,高透明聚酯原料和精密涂布是其技術核心。合肥樂凱、佛塑科技、康得新。
2、光伏薄膜前景廣闊。光伏行業過去5 年10 倍增長,帶動光伏薄膜需求。光伏薄膜主要包括氟膜、聚酯基膜和EVA 膠膜,原料和配方改性和核心技術。國內公司在聚酯基膜、EVA 膠膜及背板領域迅速崛起。江蘇裕興、東材科技、紅寶麗、鑫富藥業等。
3、鋰電池隔膜期待電動汽車市場。消費電子保證需求20%穩定增長,電動汽車將帶動需求數倍增長。成孔工藝是隔膜核心技術,干法工藝更加受益于電動汽車的普及。佛塑科技、南洋科技、滄州明珠和大東南。
4、水處理膜受益于節能環保政策。“十二五“期間,國內海水淡化膜的市場空間在12-18億,MBR膜的市場空間在12億元左右,行業的爆發性增長取決于節能環保標準的大幅提高,關注龍頭企業碧水源和st匯通。
5、高阻隔膜受益于消費升級。傳統包裝膜需求穩定,消費升級帶動高阻隔膜的占比提升。高阻隔原料及多層共擠復合工藝是關鍵。浙江眾成。
薄膜行業研析:
塑料薄膜指用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他樹脂制成的薄膜,用于包裝,以及用作覆膜層。中國塑料薄膜的產量約占塑料制品總產量的20%,是塑料制品中產量增長最快的類別。從中國塑料薄膜的應用領域看,用量最大、品種最多、應用最廣的是包裝工業,其消費約占2/3,其次是農業約占30%,其余為各種工業用薄膜及,如微孔膜、屏蔽膜、土工膜等。
理論上幾乎所有合成樹脂都可能成膜,但是具有經濟意義、用量最大的是聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、乙烯/乙酸乙烯、聚酰胺等樹脂。塑料薄膜工業上的生產方法有壓延法和擠出法,其中擠出法又分為擠出吹膜、擠出流延、擠出拉伸等,目前擠出法應用最廣泛,尤其是對于聚烯烴薄膜的加工。壓延法主要用于一些聚氯乙烯薄膜的生產。在樹脂基體中添加適宜的塑料助劑,就可以制備出所需的各種功能性薄膜。
1、薄膜行業的 3 座大山
薄膜生產過程中的主要技術體現在3 個方面:原料,設備、配方及工藝。
為符合下游制膜工藝需要及滿足某些特殊功能,樹脂原料一般需要特殊牌號的產品。例如BOPP 包裝膜所需的聚丙烯樹脂原料,國內尚未實現國產化,國際上由北歐化工、日本普瑞曼、韓國大韓油化及新加坡TPC 四家壟斷。國內BOPP 專用料只能用于生產普通光膜,很難適應BOPP 包裝膜高速化和超薄化的要求。
薄膜生產線大致可分為擠出部分、拉伸部分、分切部分和收卷部分。國產設備在加工精度、拉伸速度、工藝參數控制等方面與國外設備仍存在較大差距,因此薄膜設備仍以進口為主。部分特種薄膜,如隔膜等,由于存在特殊加工工藝,需要對通用設備進行改進,因此設備難度更高。
2、未來發展方向
傳統包裝薄膜,進入壁壘不高,產品嚴重同質化且產能過剩,產品附加值較低。然而,包裝膜市場空間大,需求穩定,未來向著降低厚度、多層復合和環保可降解的方向發展。另一方面,薄膜行業的中高端產品,尤其是功能薄膜增長潛力大,嚴重依賴進口,仍有廣闊發展空間。
光學薄膜:高透明樹脂、精密涂布;全球高度壟斷,國內未有成熟供應商;全球液晶顯示光學膜過去5 年20%復合增長,170 億美元左右市場,國內需求迅速增長。
光伏薄膜:特種原料合成、認證周期長;全球高度壟斷,國內逐漸技術突破;行業未來30%以上增長,未來市場潛力巨大。
鋰電池隔膜:成孔工藝;進入者極少,產品質量差異大,全球寡頭壟斷;消費類電子產品60-80 億元市場,電動汽車爆發性增長。
水處理膜:表面處理、成孔工藝;進入者較多,產品質量差距較大;國內 30 億元市場,政策驅動爆發性增長。
高阻隔膜:高阻隔原料合成、多層共擠復合;部分進入者,產品差異大;食品包裝20%左右穩定增長,生鮮食品占比提高。
從市場空間看,光學薄膜經過多年發展,市場相對成熟,約170 億美元左右。光伏薄膜市場空間次之,約100 億元左右,鋰電池隔膜、水處理膜、高阻隔膜規模大多在50-100 億元之間。
從技術壁壘看,光學薄膜的技術門檻也最高,進入者也最少。光伏薄膜和鋰電池隔膜技術壁壘也相對較高,國內企業正在積極進入相關領域,分別有少數公司在相關領域取得突破。水處理膜和高阻隔膜,技術相對成熟,國內產品品質與國外存在較大差異。
綜合市場空間和技術壁壘,重點看好的依次是光學薄膜、光伏薄膜、 鋰電池隔膜、水處理滲透膜、高阻隔包裝膜。
光學薄膜:技術壁壘高,進口替代空間大
液晶顯示是目前主流的平板顯示技術,廣泛應用于液晶電視、筆記本電腦、顯示器和手機等領域。主流的TFT 液晶面板01-08 年年均增長率高達49%,對光學薄膜的需求也迅速增長。液晶面板中,背光模組和偏光片是其核心部件,兩者又由多層光學薄膜構成。各種光學薄膜中,背光模組中的棱鏡片和偏光片中的PVA 膜、TAC 膜技術壁壘極高,國內尚未實現產業化。上市公司中僅深紡織和佛塑科技涉足偏光片的生產,然而PVA 膜和TAC 膜依賴進口。背光模組中的擴散膜,技術門檻稍低,上市公司中,康得新正在進入該領域。
1、面板產能轉移,國內光學薄膜面臨難得發展機遇
液晶面板中,光學薄膜成本占比約20%,液晶面板需求的快速增長,對光學薄膜的需求也與日俱增。2006 年至2011 年,全球TFT-LCD(LED)光學薄膜年均復合增長率達到19%,2011 年全球TFT-LCD(LED)光學薄膜的需求量將超過4 億平方米,其中增光膜的需求量接近4800 萬平方米,擴散膜的需求量超過1.75 億平方米,TV復合光學薄膜的需求量接近2750 萬平方米;我們預計,目前全球光學薄膜的產值約170 億美元。
近年來,國內液晶面板投資增長迅速,多條高世代生產線將陸續投產。根據Displaysearch 統計,2009 年大陸生產的液晶面板產能占全球產能的6.38%。但隨著中國大陸幾條高世代液晶面板生產線的陸續投產,預計到2012 年中國大陸面板產能將比2009 年增長6.4 倍,占當時全球產能的27%,產能轉移趨勢明顯。
液晶面板產能轉移必將給上游配套原料帶來巨大投資機會。液晶面板所需核心原料,如單晶、混晶、玻璃基片、光學薄膜等,正不斷吸引國內資金和技術進入相關領域。光學薄膜作為其中重要一環,將是未來發展重點。
2、技術壁壘高,亟需打破日韓壟斷
光學薄膜指光在傳播路徑過程中,附著在光學器件表面的厚度薄而均勻的介質膜層。通過薄膜的反射、透射和偏振等特性,以獲得在某一或是多個波段范圍內的反射、透射和偏振等各特殊形態的光。以目前主流的液晶面板為例,產品中包括防反射膜、偏光片、廣視角膜、棱鏡片、擴散膜、反射膜等。其中,偏光膜、背光模組中的增光膜和擴散膜是最關鍵的功能件。
聚酯薄膜是各類光學薄膜的主要初始原材料,棱鏡片、擴散膜、反射膜等均是在聚酯基膜基礎上加工制成。一塊LCD 模塊產品中最多時含有八層不同規格的BOPET 膜,在LCD 模塊組裝過程中還需7-8 層不同規格和品種的BOPET 膜作為離型保護膜。光學薄膜對樹脂原料和薄膜加工設備有極高要求,加工車間潔凈度要求也極高。由于技術門檻較高,產能大多集中于美日韓少數廠商手中,如日本東麗、杜邦帝人、3M等公司。國內相關企業若能取得技術突破,將擁有巨大的成長空間。
3、偏光膜
液晶顯示器的成像必須依靠偏振光,因此所有的液晶都有前后兩片偏振光片緊貼在液晶玻璃,組成總厚道1mm 左右的液晶片。如果少了任何一張偏光片,液晶片都是不能顯示圖像的。偏光片主要由中間能產生偏振光線的PVA 膜,再在兩面復合上TAC保護膜組成。
目前全球主要偏光片供應商集中于日本韓國,日本主要是日東電工、住友化學、三立化工,韓國的LG 化學和我國臺灣的力特光電等也有涉足。國內僅3 家公司能夠批量生產TN 和STN 型偏光片,分別是深紡樂凱、溫州僑業、緯達光電等,還無法配套TFT 液晶面板用偏光膜。由于競爭日趨加劇,偏光片盈利逐漸下滑。偏光片構成中中,TAC 膜和PVA 膜技術門檻更高,供給也更為集中,兩者合計占偏光片成本的75%。TAC 膜全球主要由富士膠片供應,占比超過60%,另外還有柯尼卡、LOFO 等。PVA 膜全球僅可樂麗和合成化學批量生產,可樂麗占比接近80%。
相關上市公司:深紡織、佛塑科技
佛塑科技(000973):與亞洲化學合作2004 年成立緯達光電公司,持股比例55%。緯達光電公司目前擁有偏光片產能120 萬平米/年,僅能生產TN 和STN 系列偏光片。通過與下游客戶保持緊密合作,公司在3D 眼鏡市場占有率高達80%以上,盈利能力較強,毛利率保持在30%以上。公司2011 年偏光片2 期項目投產,新增產能100 萬平米/年。完全達產后,有望貢獻業績0.12 元。
深紡織(000045):公司全資子公司盛波光電現有產能20 萬平米/月,主要以TN 和STN 系列偏光片為主。2009 年公司啟動TFT 系列偏光片項目,一期項目預計2011 年第四季度建成投產。項目達產后,將新增產能800 萬平方米/年,年新增產值18.8 億元,年均創利稅2.05 億元人民幣,年均凈利潤1.21 億元人民幣。
4、棱鏡片:花紋模輥的精密加工是核心
也稱增光片,是在薄膜的一個表面涂布樹脂或直接射出產生鋸齒狀的紋路,以形成集光的功效,因此叫棱鏡片。加入棱鏡片后,單片可增亮60%左右,雙片可增亮120%左右。
棱鏡片的主要材料為PET 或PC 光學薄膜。3M 的BEF III 將厚度約125μm 的光學級PET 薄膜上涂布壓克力樹脂,再利用預鑄微結構的滾輪轉印,制作出寬度約50μm、90°角之棱鏡結構,并配合高能紫外光將微細的棱鏡結構硬化。
棱鏡片的主要技術難點在花紋模輥的制造。國內由于精密加工工業基礎薄弱,沒有專門用于輥筒加工的超精密單點金剛石機床,缺乏輥筒表面處理技術,因而不能達到棱鏡片工藝技術要求。目前模輥加工設備及技術掌握在日美少數企業手中。
5、擴散膜:精密涂布技術是核心
擴散膜主要通過在透明基材上(主要是聚酯基膜)兩面涂覆散光顆粒,使其具有擴散光線的作用,可以將線光源擴散成面光源。擴散膜的重要指標為全光透過率及霧度。擴散片又分為上擴散片和下擴散片,上擴散片的霧度一般≤70%,下擴散片的霧度一般≥80%。
目前,全球擴散膜母卷制造廠商以日本為主,主要集中于日本惠和、智積電等,韓國廠商以SKC、SBK 和MNtech 為主,主要供應韓國客戶;臺灣廠商此前以代理和裁剪加工為主,近年來合肥樂凱、長興化工、宣茂科技陸續進入擴散膜制造領域。
擴散膜的核心壁壘在于精密涂布。擴散膜涂布時,局部稍有厚度不均,馬上就可用眼睛看出膜片上明暗不一的缺陷。擴散膜的厚度誤差一般為±5%,減去基材厚度誤差的1%后,還剩下4%。擴散膜涂布厚度通常在10~20um,可見對涂布機的精度要求是極高。
由于擴散膜是3 種光學薄膜中,技術壁壘相對較低的,也是國內最有希望率先取得突破的領域。
相關上市公司:康得新
康得新:公司是國內預涂膜行業龍頭,國內市場占有率高達20%。現有預涂膜產能1.6 萬噸,募投項目2012 年投產后預計產能將達到3.5 萬噸。公司出資2億元成立康得新光電材料有限公司,研發生產光學薄膜。
光伏薄膜:爆發性增長,需求潛力大
光伏行業在全球推廣帶來了光伏薄膜需求快速增長。光伏薄膜主要包括背板膜和EVA膠膜,其中背板膜由含氟膜及聚酯基膜構成。其中含氟膜技術壁壘最高,我國尚沒有可以產業化的企業。EVA 膠膜技術壁壘次之,上市公司中鑫富藥業和紅寶麗正在研發進入該領域。聚酯薄膜成熟度相對略高,國內東材科技、常州裕興的產品已經通過下游國外大客戶認證,進口替代的趨勢日益明顯,上市公司為東材科技、大東南和雙星新材。
另外,樂凱膠片和回天膠業都已經開始進入背板組件的生產。
1、光伏電池需求快速增長
根據歐洲光伏行業協會EPIA 預計,2010 年全球新增光伏裝機量將增長99.78%,至15.50GW 左右,歐盟國家仍然是全球主要新增光伏的裝機國家。從2006 年至2010年,全球光伏裝機量4 年增長10 倍,復合增長率超過60%。日本地震對全球核電發展產生深遠影響,而風電、水電均受到自然條件等因素限制,我們認為太陽能光伏未來10 年仍將保持快速增長。尤其是隨著技術日趨成熟以及光伏組件價格下跌,中國和美國市場潛力巨大。
太陽能電池板截面有五層:玻璃基片、EVA 膠、太陽能電池片、EVA 膠和背光板。EVA 膠膜的作用是將電池芯片與背板和玻璃粘接在一起,并起到封裝電池芯片的作用。背光板位于電池板得背面,對電池片起保護和支撐的作用。一般背光板均具有三層結構(TPT 結構),PVF 保護層具有良好的抗環境侵蝕能力,中間層PET 聚酯薄膜具有良好的絕緣性能。
2、技術要求高,認證過程復雜
由于太陽能光伏電池需要室外長期使用(一般要求25 年),因此要求光伏薄膜具有可靠的絕緣性、阻水性、耐老化性。氟樹脂薄膜性能要求最高,全球主要由杜邦公司提供。聚酯薄膜主要由日本東麗、杜邦帝人及韓國 SKC 等公司提供,EVA 膠膜主要由日本三井化學、普林斯通等提供。
光伏組件的設計使用年限大約是20~30 年,保證組件能夠在一般氣候下長期操作20年以上,需要模擬惡劣氣候環境,進行雙85 試驗測試組件性能。雙85 試驗主要包括:熱循環測試(-40℃~+85℃ 50~200 次,最長1200H)、濕冷凍測試(85℃ 85%~-40℃10 次,約240H )、濕熱測試(85℃ 85%,1000H)。合計約2500 小時。光伏組件一般需要通過UL 認證,認證過程一般需要6-10 個月,幾十萬元的認證費用。可見光伏組件的認證過程極為復雜漫長。
相關上市公司:樂凱膠片、回天膠業
樂凱膠片:2008 年投資4500 萬建設200 萬平米光伏背膜生產線,2010 年已經達產,2011 年計劃擴產250 萬平米背光板產能。
回天膠業:2011 年3 月份出資2.5 億元成立常州回天光伏材料有限公司,計劃總投資5000 萬元建設300 萬平米光伏背光板生產線。
3、氟樹脂薄膜:性能要求最高
含氟背膜表面的氟材料由于氟元素電負性大,范德華半徑小,碳氟鍵鍵能極強(高達485KJ/mol),且其獨特的氟化鏈整體結構中的螺旋形棒狀分子緊密、剛硬、表面平滑,使得氟樹脂的耐候性、耐熱性、耐高低溫性和耐化學藥品性等各項性能均十分優越。氟樹脂的優異特性使得含氟材料(氟膜或氟碳涂料)具有優異的耐侯性能,可保障長期戶外使用的可靠性。作為對外部環境與太陽電池內部起阻隔作用的背膜,其與外部接觸的空氣面以及與EVA 結合的粘結面(光照面)遭受著主要的老化作用。
常用晶硅太陽能背光膜可分為TPT、TPE、全PET 和PET/聚烯烴結構。
目前全球太陽能背板供應商以奧地利的ISOVOLTA 市場占有率最高,達到30%,同時也是國內最大的太陽能電池制造商無錫尚德的主要供應商。其次為日本東陽鋁業、美國MADICO、美國肯博等。
現階段太陽能電池模組背板市場高達 65%采用杜邦所生產的Tedlar PVF(Polyvinyl fluoride), 占背板材成本的 80 左右%。
由于杜邦公司最早開發出符合太陽能電池嚴苛要求的背板膜,因此杜邦的聚氟乙烯薄膜tedlar 至今仍占據背板膜65%的市場空間。然而,由于市場需求快速增長,杜邦tedlar 供不應求,產品價格高,因此逐漸出現如PVDF、ECTFE(三氟氯乙烯-乙烯共聚物)等替代產品。
另一方面,為降低成本,減少PVF 膜使用量,部分廠商開發出2 層薄膜體系,在PET中間膜的表面涂布氟碳涂料,形成薄膜并起保護阻隔的作用。然而,由于粘合性及開裂問題,目前該技術仍處于前期階段,并未大規模應用。
4、EVA 膠膜:核心是原料及配方
EVA 具有優良的柔韌性、光學透明性、耐候性、熱密封性等,因此成為光伏電池封裝材料的首選。使用時根據電池板規格大小分切成所需尺寸的膜,按照玻璃片、EVA 膠膜、電池片、EVA 膠膜、背光板的次序置于鋁合金框內,放入層壓箱內加熱、抽空、加壓融化,再放入恒溫固化箱內固化,最終制成光伏電池。
2009 年全球光伏封裝用EVA 膠膜市場空間大約3 億美元。此前全球EVA 膠膜的供應集中于美國的STR、日本的三井化學、普利斯通、德國Etimex 等少數幾家,隨著國內制造水平提高,以杭州福斯特為代表的國內廠商迅速崛起。據報道,杭州福斯特國內市場份額已超過50%,國際市場占有率也高達25%。2010 年杭州福斯特的銷售額超過3 億元,凈利率超過20%。目前,國產EVA 膠膜價格在18-20 元/平方米左右,進口產品在25-35 元/平方米左右。
光伏組件中的EVA 膠膜需要上下兩層。上層的EVA 膠膜不僅要求具有較高的透光率(0.5mm 厚膠膜在400nm—1100nm 波長范圍內的透光率應大于91%)以及較高的抗紫外線、抗熱輻射性,還需要具有良好的絕緣性能、耐溫度交變性(-60℃~90℃)以及可靠的粘接性。下層的EVA 膠膜除具有上述性能外,還需要具有良好的導熱性,以便將硅電池片上積聚的熱量盡快消散,避免硅電池光電轉換效率下降較快。
原料和配方是核心難點
光伏用EVA 樹脂的供應高度壟斷。EVA 是乙烯和醋酸乙烯共聚物,醋酸乙烯含量小于40%時,稱為EVA 樹脂。為了取得剝離強度,柔韌性、加工性能等指標的平衡,一般光伏電池用EVA 樹脂的醋酸乙烯含量在30%-33%。國內EVA 膠膜生產廠家基本都是從國外進口EVA 母料,然后加工成膜。母料來源主要是杜邦和三井,臺塑和韓華也占有一定份額。
EVA 樹脂的改性難度較高。EVA 膠膜耐候性較差,易熱脹冷縮致使硅片破裂;在潮濕的條件下可能發生熱降解,膠膜容易出現黃變,影響光線透過率從而降低了光伏組件的太陽能轉換效率;因此,在使用過程中,必須添加提高EVA 分子交聯度,同時加入穩定劑提高抗紫外線功能。由于下層EVA 膠膜需要具有良好的導熱性,因此需要用高導熱填料對EVA 膠膜進行填充。
相關上市公司:鑫富藥業(002019)、紅寶麗(002165)
鑫富藥業:2010 年1 月26 日投資設立杭州鑫富節能材料有限公司,占60%的股份。公司EVA 膠膜項目已正式投產,產能達6000 噸/年,取得了UL、TUV 認證,通過了國內部分知名組件企業的檢測。
紅寶麗:2010 年6 月,控股子公司南京紅寶麗新材料有限公司投資3553 萬元建設1200 萬平方米EVA 太陽能封裝膠膜產品生產線。預計達產后可實現銷售收入1.08億元,凈利潤1563.37 萬元。
5、聚酯薄膜:進口替代趨勢明顯
聚酯薄膜在背光板中主要起電氣絕緣、水汽阻隔、耐濕熱老化、穩定尺寸增加強度的作用。由于PET 分子主鏈中含有大量的酯基,與水具有很好的親和性,容易產生水增塑。普通250 微米聚酯薄膜的水透率一般為2.5-3.5 克/平米*天,而下游光伏組件廠要求的水透率要小于1.5 克/平米*天,甚至低于1 克/平米*天。此外,紫外輻射會使PET 的分子量、強度大幅度下降,結晶度提高,從而使材料脆化。因此,光伏背板所用聚酯基膜必須從原料和配方上進行改性,以滿足光伏電池嚴苛的要求。
2010 年全球太陽能電池產量20GW 左右,以每GW 電池需要3000 噸光伏級聚酯薄膜測算,全球需求量約6 萬噸,市場規模約18 億元。此前該市場主要被日韓的特種聚酯薄膜公司壟斷,如日本東麗、帝人、韓國SKC 等公司,近2 年,國內企業才在該領域取得突破。
與普通聚酯包裝薄膜不同,生產中厚特種聚酯薄膜需要對設備進行改造,尤其是聚酯切片原料的改性和配方,需要長時間積累,因此技術壁壘較高。光伏級聚酯薄膜,由于需要室外使用25 年以上,因此對薄膜拉伸強度、水蒸氣透過率等要求更為嚴苛,認證過程復雜且漫長。國內聚酯薄膜生產企業,超過8 成為普通包裝薄膜為主,能夠生產特種聚酯薄膜的占比較低,而能夠生產厚度在250μm 的光伏級聚酯薄膜,國內僅常州裕興、東材科技和杜邦鴻基3 家。
其中,常州裕興通過與國際背板大廠isovoltatic 合作,供應光伏聚酯薄膜。東材科技主要客戶同樣包括國內外背板企業如霍尼韋爾、樂凱集團、蘇州中來、江蘇賽伍等。從相關公司提供的數據看,東材科技與常州裕興的光伏級聚酯薄膜性能基本接近,且均能滿足下游客戶要求。
相關上市公司:東材科技、大東南(002263)
東材科技:國內絕緣材料行業龍頭,產品以BOPET 和BOPP 為主。現有BOPET 產能1.6 萬噸,其中光伏背板聚酯基膜的最大產能約1 萬噸。公司是國內主要的2 家光伏聚酯薄膜的供應商,產品已經進入國內外大型背板廠商的供應體系,需求呈現快速增長。2013 年將新增BOPET 產能1.5 萬噸。預計項目投產后,可新增收入3.38 億元,凈利潤5700 萬。
大東南:傳統包裝膜國內行業龍頭,產品包括BOPP、BOPET、CPP 三大領域產品,現有產能約20 萬噸。2011 年公司擬通過非公開發行方式募集資金13.5 億元,其中投資6.06 億元建設 萬平米EVA 太陽能封裝膠膜,預計項目建成后,新增年銷售收入 9 億元,新增年凈利潤9963 萬元。同時擬投資建設6000 萬平米隔膜,8000噸耐高溫超薄電容膜。 鋰電池隔膜:期待電動汽車市場啟動 鋰電池憑借突出的性能和迅速降低的成本,在消費類電子產品中獲得迅速普及,未來也必將成為電動汽車的首選,因而市場前景廣闊。鋰電池材料中,隔膜是技術壁壘最高,盈利能力最強的環節。上市公司中,佛塑科技的濕法隔膜已經獲得國內下游客戶普遍認可,產能快速擴張的同時正在積極研發汽車動力電池隔膜。南洋科技、大東南、滄州明珠、九九久、云天化等也都在躍躍欲試。
1、傳統需求穩定增長,期待電動汽車的爆發
憑借著優異的性能,鋰離子電池在消費電子領域的應用迅速普及。筆記本和手機的迅速普及,推動鋰電池需求快速增長。1998 年至今,全球鋰離子電池需求量持年均兩位數以上的增長。
在各國政府的強力推動下,未來5-10 年電動汽車將逐漸走向成熟,并由此成為鋰電池的殺手級應用。根據我們測算,全球生產100 萬輛電動車所需的鋰離子電池隔膜,就將是目前全球總需求量的2 倍以上,如果再考慮儲能等領域的應用,市場空間將更為廣闊。
2、產能高度集中,嚴重依賴進口隔膜在鋰電池中主要作用是防止正負極短路,同時在充放電過程中提供離子運輸的電通道。由于鋰離子電池具有工作電壓高,隔膜材料與高電化學活性的正負極材料應具備優良的相容性,同時還應具備優良的穩定性、耐溶劑性、離子導電性、電子絕緣性、較好的機械強度、較高的耐熱性及熔斷隔離性。滿足鋰電池的特殊需求的同時,還要滿足制膜工藝的可行性,涉及多學科領域,因此隔膜研發進展緩慢。目前一般采用聚丙烯、聚乙烯單層微孔膜,以及由兩者復合制成多層微孔膜作為隔膜。以聚丙烯為例,原料成本僅1 萬多元/噸,而加工制成隔膜后,價格可達300 萬元/噸,升值數百倍。
隔膜的主要技術掌握在少數企業手中,集中度很高。國外的隔膜生產主要集中在美國的celgard 公司和日本的旭化成、東燃和宇部。由于技術壁壘較高,投資風險大,國內企業的投資熱情并不高。國內能夠生產鋰電池隔膜的,僅有佛山金輝高科(佛塑股份的子公司)、新鄉格瑞恩、桂林新時代和深圳星源材質4 家公司,產品質量與國外同類相比,仍存在較大差距。其中,佛山金輝的產品質量相對較好,供應中低端市場。國內中高端市場,主要由東燃、旭化成和 celgard 公司壟斷。
根據國內鋰離子電池產量估算,國內隔膜的年需求量約2 億平米左右。國內龍頭佛山金輝的產量僅1200 萬平米,即使考慮其它幾家公司有限的產量,供給也遠低于需求。佛山金輝的產品雖然主要用于中低端市場,毛利率仍然高達60%以上。
3、成孔工藝是核心
目前聚烯烴隔膜的主要生產工藝可分為干法和濕法工藝。干法工藝又可以細分為單向拉伸工藝和雙向拉伸工藝。目前動力電池隔膜往往使用厚度在40微米以上、PE與PP多層復合的隔膜,只能使用干法工藝生產。
濕法工藝的主要原理是利用高聚物與某些高沸點的小分子化合物在較高溫度(一般高于聚合物的熔化溫度)時,形成均相溶液,降低溫度又發生固一液或液一液相分離。拉伸后除去低分子物,制成微孔膜材料。濕法工藝的優點在于可以較好的控制孔徑和孔隙率,缺點是需要使用溶劑,產生污染并提高了成本。
干法工藝的主要原理是將聚烯烴樹脂熔融、擠壓、吹制成結晶性高分子薄膜,經過結晶化熱處理、退火后得到高度取向的薄膜。取向薄膜在低溫下進行拉伸形成微缺陷,然后高溫下使缺陷拉開形成微孔。干法工藝的優點是工藝相對簡單,但缺點是孔徑和孔隙率較難控制。
4、未來發展方向:安全、便攜
鋰離子電池隔膜的發展,是隨著電池需求的不斷變化而不斷發展的。從需求看,鋰電池正朝著更安全和更輕薄兩個方向發展。數碼產品電池方面,為迎合美觀和便攜的需求,未來的鋰電池將朝著小型化方向發展。為追求單位體積下的高能量,鋰電池隔膜當然需要越薄越好。與此同時,要保證隔膜的機械強度和吸液性能。動力電池領域,大功率惡劣工況的使用條件下,鋰電池安全性尤為重要。因此,動力電池隔膜往往使用厚度在40微米以上、PE 與PP多層復合的隔膜,以獲得良好的機械性能、熱關斷性能和熱穩定性。德固薩公司結合有機物的柔韌和無機物熱穩定性好的特點,制備出有機底膜和無機涂層復合的鋰離子電池隔膜,為解決動力電池安全性提供了一個可行的解決方案,有望成為未來的重點發展方向。
主要上市公司:佛塑股份(000973)、南洋科技(002389)、大東南(002263)、滄州明珠(002108)
佛塑股份:控股子公司金輝高科公司現有隔膜產能2000 萬平米/年,2011 年新產能投產后,公司隔膜產能將達約6700 萬平米/年,穩居行業第一。2012 年隔膜三期項目投產后,總產能將達到1.2 億平米/年,牢牢占據國內第一的地位。公司優勢在于擁有行業內領先的薄膜拉伸技術,產品質量穩定,收率較高。公司渠道優勢明顯,行業內最早實現隔膜工業化生產,與比亞迪的合作提升了公司未來的銷售和研發優勢。
滄州明珠:公司是國內PE 管行業龍頭,現有產能3.6 萬噸,蕪湖工廠建成后產能將達到5.1 萬噸。公司另有1.8 萬噸BOPA 薄膜產能。公司目前正在積極研發鋰離子電池隔膜,擬定向增發4000 萬股,建設2000 萬平米隔膜產能。
南洋科技:公司目前主導產品為聚丙烯電子薄膜,其中超薄型薄膜、耐高溫薄膜、安全防爆薄膜等高端領域技術領先。現有產能5600 噸,募投項目投產后產能達到8500噸。公司超募資金投資建設1500 萬平米隔膜產能將于2012 年1 季度投產。
水處理膜:淡水醫生
淡水資源短缺格局將逐漸惡化,為水處理膜材料的發展提供廣闊的空間。水處理膜的核心技術在于成孔技術和表面處理技術。國內雖有不少進入者,然而產品質量與國外仍存在加大差異。節能環保標準的大幅提高,將有助于行業的爆發性增長。建議關注滲透膜的龍頭企業碧水源和海水淡化膜的st 匯通。
1、淡水資源緊缺,水處理膜受益
地球上水的總量為14 億立方千米,淡水儲量僅占全球總水量的2.53%,而且其中的68.7%又屬于固體冰川,難以開采。可以直接利用水約占地球總水量的0.77%。目前,全球淡水消費量已超過可用淡水量的50%,但淡水的污染問題卻日趨惡化。
根據 2005 年世界人均淡水資源總量統計,中國人均淡水量僅為2156 萬立方米,不足世界人均淡水量的三分之一。和淡水資源相關的海水淡化、生活污水再生、工業中水回用在我國存在著巨大的發展空間,將成為解決水資源缺乏的重要手段。
在淡水資源的開發和綜合利用中,膜分離技術起到了至關重要的作用。膜是具有選擇性分離功能的材料,利用膜可實現料液的不同組分的分離、純化、濃縮。膜的孔徑一般為微米級,依據其孔徑的不同,可將膜分為微濾膜(MF)、超濾膜(UF)、納濾膜(NF)和反滲透膜(RO)。根據材料的不同,可分為無機膜和有機膜,無機膜主要還只有微濾級別的膜,主要是陶瓷膜和金屬膜。有機膜是由高分子材料做成的,如醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
以上幾種膜材料均為疏水性材料,過濾時容易被反應器或是原水中的疏水性物質污染,膜污染問題的控制已成為延長膜使用壽命和降低運行成本的關鍵。預處理與膜清洗是目前抑制膜污染的主要方法,但是清洗劑或是殺菌劑常常又會導致復合膜性能不同程度的下降,所以膜表面的改性和配方、復合膜支撐體的結構改進成為膜絲和膜組器生產的關鍵和難點。
2、海水淡化前景廣闊
全球海水淡化設備年均市場容量約40 億美元。在我國,相比南水北調,對于北方沿海地區,海水淡化在中國更具有現實價值,目前我國已有的淡水處理項目的平均成本是5.62 元/立方米。《海水利用專項規劃》中提出,2010 年海水淡化量目標80-100萬噸/日,2020 年達到250-300 萬噸/日。
按照規劃,到2020 年,新增海水淡化產能為170-200 萬立方米/日,以投資成本5000-6000 元/立方米*日來估算,未來10 年海水淡化投資金額為85-120 億元,行業發展空間較大,其中膜組件占比在15%左右,海水淡化膜的市場空間在12-18 億。
①、海水淡化的反滲透原理
海水淡化中的脫鹽是系統的核心,主要利用反滲透膜(RO)工作原理如下圖所示:兩種含有不同鹽度的水,用一張半滲透性的薄膜分開,含鹽量少的一邊的水分會透過膜滲到含鹽量高的水中,而鹽分并不滲透,即通過滲透壓力逐漸把兩邊的含鹽濃度融合到均等為止。但如果在含鹽量高的水側,加一定壓力,隨著壓力的增大,上述滲透逐漸停止,甚至反方向滲透。反滲透除鹽原理,就是在有鹽分的水中(如原水),施以比自然滲透壓力更大的壓力,使滲透向相反方向進行,把原水中的水分子壓到膜的另一邊,從而達到除去水中雜質、鹽分的目的。
②、國內 RO 膜生產技術仍不成熟
國內從事RO 膜生產的僅有時代沃頓、杭州北斗星以及北方葫蘆島三家企業,共占據國內RO 膜市場份額的10%左右。目前為止,我國的中空纖維RO 膜尚不能用于海水淡化,只能用于苦咸水的淡化,或與中空纖維超濾膜一起用于處理生活或工業廢水等。另外,RO 膜還大量適用于工業領域,如工業給水(除鹽)、中水回用、污水處理等領域。時代沃頓作為國內最大產能和產量的RO 膜供應商,主要在工業領域對進口RO膜進行替代,如大連熱電的中水回用等。
主要上市公司:南方匯通
持有時代沃頓42%的股權。時代沃頓主要從事反滲透膜元件的研發、制造和服務,擁有膜片制造的核心技術和規模化生產能力,是國內最大的復合反滲透膜專業化生產企業,也是擁有強大技術支持的系統設計與應用服務的提供商,技術領先。時代沃頓占據國內8%的RO 膜市場份額。目前,公司具備貴陽和北京兩個基地,年生產能力達300 萬平方米。公司的RO 膜質量和進口產品還有一定的差距,主要用在工業領域,海水淡化領域應用不多。隨著國內RO 膜品質的提高,國內RO 膜的進口替代和國內海水淡化的市場空間的拓展,將為公司帶來業績的提升。
3、MBR 在生活污水領域的爆發式成長
“十二五”期間,COD 指標和新增的氨氮指標的總量控制主要在生活污水領域,水質標準的大幅提高使膜技術的競爭優勢凸顯,MBR 等膜技術在全國的應用推廣進程和普及程度可能超預期。
生活污水領域市場空間廣闊
在生活污水處理領域,傳統活性污泥法,主要通過沉淀池(二沉池)的重力沉降過程完成泥水分離,不可避免地會有活性污泥的流失,使污染物降解能力有限、出水標準不高,無法達到回用水的標準。MBR 技術以膜單元替代二沉池,以壓力和膜的物理性能實現溶質、溶液的分離,延長污泥壽命,提高污水處理效率,一步到位地實現了對污水的再生利用,給污水處理與資源化技術帶來了革命性的飛躍。國內生活污水排放總量基本保持穩定,以360 億噸/年測算,預計2015 年污水處理率將提高到90%以上,按照MBR 工藝的使用率30%,MBR 技術的累計市場規模將達到300 億(“十二五”期間平均每年60 億)。以水處理量1 噸/日的用膜量在2 平方米,膜材料2-3 年更換一次,2011-2015 年國內總計膜消耗量近1 億平米,以60 元/平米的單價測算,平均每年膜產業產值在12 億元。
膜材料領域競爭激烈
MBR技術中主要以微濾膜(MF)和超濾膜(UF)的應用為主。國外生產MF 和UF中空纖維的大型生產廠家有幾十家,尤以日本為多,所選用的材質繁多。
我國的膜生產企業以中小型企業為主,據不完全統計約有上百家。聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚乙烯、聚丙烯、醋酸纖維素、聚丙烯腈等中空纖維的MF 和UF 膜都有生產,以碧水源、海南立升、廈門三達、膜天膜、藍星東麗膜科技等幾家為代表。國內外廠商膜質量的差異仍在于膜污染的控制方面,國外膜產品的使用壽命在3-5 年,而國內大多產品在1-2 年。
主要上市公司
碧水源(據調查,無核心技術,公司領導人曾經是政府官員)
占據國內60%以上的市場份額。公司具備領先MBR 工藝、市場以及工程經驗,在膜的推廣方面具備更多優勢。上市之后,公司采取與地方政府合資的方式,成立了江蘇碧水源(70%)、云南城投碧水源 (50%)、南京水務(50%)、昆明滇投碧水源(49%)、云南水務產業(49%)、湖南碧水源(72%)等6 個子公司,承擔地方污水處理廠的提標升級改造工作,突破了生活水處理難以跨區發展的瓶頸。公司目前具備300 萬平米的產能,同時與三菱公司合資成立無錫碧水源麗陽建設100萬平米產能,直接和間接持股比例46%。
高阻隔膜:需求穩定,受益于消費升級
塑料包裝薄膜一直是薄膜中需求最大的種類,消費屬性強。由于塑料替代紙和金屬的趨勢明顯,未來需求仍將保持穩定增長。其中,隨著消費水平和食品安全意思提高,受益于生鮮食物包裝的高阻隔膜發展空間更大。上市公司中,浙江眾成擁有設備優勢,正在積極研發PVDC 阻隔膜。
1、塑料包裝膜需求穩定增長
從性能和成本角度考慮,塑料包裝相對紙包裝、金屬包裝,優勢明顯,因此在包裝行業所占的份額越來越大。目前發達國家人均塑料消費都在120 千克以上,而我國人均消費量僅46 克。且國外塑料包裝行業的增長速度2 倍于其它包裝材料的增長,因此,無論從產量還是結構看,國內塑料包裝膜行業仍有很大的提升空間。塑料包裝膜目前已經廣泛地應用于食品、醫藥、化工等領域,其中又以食品包裝所占比例最大,如飲料包裝、食品包裝等,給人們生活帶來了極大的便利。
未來發展趨勢:降低成本、綠色環保,功能化。國內塑料包裝膜行業經過多年發展,已經成為成熟行業。普通包裝膜產品同質化競爭,產能嚴重過剩,因此降低產品成本,提高產品功能成為包裝膜未來的發展趨勢。隨著環保意識的日益增強,綠色環保的可降解材料同樣成為包裝膜未來的一個重要發展方向。
2、原料和復合工藝是核心難點
阻隔膜為一種單層或者多層薄膜結構,它能夠隔斷或者減少氣體、香味、水蒸汽甚至紫外光在包裝內外之間傳送,達到防潮隔味等功能,因此主要用于生鮮食物的包裝。據Allied Development 估計,主要的阻隔材料全球市場的2004 年-2008 年復合增長率為5.7%。其中,PVDC 和EVOH 膜是主要的冷藏運輸薄膜,低溫性能好且高阻隔,保鮮期可達6 個月。
為降低成本并實現功能多樣化,阻隔膜多采用復合結構。外層采用PE 膜、PP 膜、PET 膜等,降低成本的同時可以提高印刷效果。中間層采用阻隔性高的薄膜,實現阻隔等特殊功能。
高阻隔膜的技術難點除高阻隔樹脂原料的合成外,主要是多層共擠復合工藝。復合方法主要有4 種:干式復合、無溶劑復合、單層擠出復合、多層共擠復合。多層共擠復合具有成本低、原料結構靈活,復合性能高的優點,是未來發展的主流方向。多層共擠復合就是采用3 臺以上的擠出機,將不同功能的樹脂原料,如PA、PE、PP 等,分別熔融擠出,通過各自流道在一個模頭匯合再經過吹脹成型,冷卻復合的過程。
浙江眾成(002522)
浙江眾成是國內最大的POF 熱收縮膜制造商,現有產能2.3 萬噸,募投項目2013 年投產后,將新增產能1.1 萬噸。公司產品質量達到國際先進水平,毛利率維持在30%以上。市場占有率國內第一,全球第二,與國際巨頭希悅兒公司形成壟斷競爭。公司多層共擠工藝成熟,設備處于領先水平,是薄膜行業少數設備領先的公司。POF熱收縮膜市場占有率高,渠道成熟,正積極研發高阻隔性PVDC 薄膜及其生產設備。
由于功能薄膜存在較高的技術壁壘,國內公司在相關領域的研發處于相對落后水平。新能源新材料等行業的快速發展,為功能薄膜提供廣闊的舞臺。
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