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中国塑协BOPET专委会主办
功能薄膜将在战略新兴产业中扮演重要角色
发布日期:2011-12-02 阅读次数:450功能薄膜前景广阔。功能薄膜将在战略新兴产业的中扮演重要的角色,应用前景广阔,蕴藏巨大的投资机会。功能薄膜性能、应用领域各异,技术壁垒较高,我们将其难点主要归纳为原料、配方及工艺、设备。在众多功能性薄膜中,看好的依次是光学薄膜、光伏薄膜、锂电池隔膜、水处理渗透膜、高阻隔包装膜。
1、光学薄膜进口替代空间大。全球光学薄膜170 亿美元市场,国内液晶产能迅速扩张,国内光学薄膜企业面临难得发展机遇。扩散膜领域有望率先突破,高透明聚酯原料和精密涂布是其技术核心。佛塑科技、康得新。
2、光伏薄膜前景广阔。光伏行业过去5 年10 倍增长,带动光伏薄膜需求。光伏薄膜主要包括氟膜、聚酯基膜和EVA 胶膜,原料和配方改性和核心技术。国内公司在聚酯基膜、EVA 胶膜及背板领域迅速崛起。江苏裕兴、东材科技、红宝丽、鑫富药业等。
3、锂电池隔膜期待电动汽车市场。消费电子保证需求20%稳定增长,电动汽车将带动需求数倍增长。成孔工艺是隔膜核心技术,干法工艺更加受益于电动汽车的普及。佛塑科技、南洋科技、沧州明珠和大东南。
4、水处理膜受益于节能环保政策。“十二五“期间,国内海水淡化膜的市场空间在12-18亿,MBR膜的市场空间在12亿元左右,行业的爆发性增长取决于节能环保标准的大幅提高,关注龙头企业碧水源和st汇通。
5、高阻隔膜受益于消费升级。传统包装膜需求稳定,消费升级带动高阻隔膜的占比提升。高阻隔原料及多层共挤复合工艺是关键。浙江众成。
薄膜行业研析:
塑料薄膜指用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他树脂制成的薄膜,用于包装,以及用作覆膜层。中国塑料薄膜的产量约占塑料制品总产量的20%,是塑料制品中产量增长最快的类别。从中国塑料薄膜的应用领域看,用量最大、品种最多、应用最广的是包装工业,其消费约占2/3,其次是农业约占30%,其余为各种工业用薄膜及,如微孔膜、屏蔽膜、土工膜等。
理论上几乎所有合成树脂都可能成膜,但是具有经济意义、用量最大的是聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、乙烯/乙酸乙烯、聚酰胺等树脂。塑料薄膜工业上的生产方法有压延法和挤出法,其中挤出法又分为挤出吹膜、挤出流延、挤出拉伸等,目前挤出法应用最广泛,尤其是对于聚烯烃薄膜的加工。压延法主要用于一些聚氯乙烯薄膜的生产。在树脂基体中添加适宜的塑料助剂,就可以制备出所需的各种功能性薄膜。
1、薄膜行业的 3 座大山
薄膜生产过程中的主要技术体现在3 个方面:原料,设备、配方及工艺。
为符合下游制膜工艺需要及满足某些特殊功能,树脂原料一般需要特殊牌号的产品。例如BOPP 包装膜所需的聚丙烯树脂原料,国内尚未实现国产化,国际上由北欧化工、日本普瑞曼、韩国大韩油化及新加坡TPC 四家垄断。国内BOPP 专用料只能用于生产普通光膜,很难适应BOPP 包装膜高速化和超薄化的要求。
薄膜生产线大致可分为挤出部分、拉伸部分、分切部分和收卷部分。国产设备在加工精度、拉伸速度、工艺参数控制等方面与国外设备仍存在较大差距,因此薄膜设备仍以进口为主。部分特种薄膜,如隔膜等,由于存在特殊加工工艺,需要对通用设备进行改进,因此设备难度更高。
2、未来发展方向
传统包装薄膜,进入壁垒不高,产品严重同质化且产能过剩,产品附加值较低。然而,包装膜市场空间大,需求稳定,未来向着降低厚度、多层复合和环保可降解的方向发展。另一方面,薄膜行业的中高端产品,尤其是功能薄膜增长潜力大,严重依赖进口,仍有广阔发展空间。
光学薄膜:高透明树脂、精密涂布;全球高度垄断,国内未有成熟供应商;全球液晶显示光学膜过去5 年20%复合增长,170 亿美元左右市场,国内需求迅速增长。
光伏薄膜:特种原料合成、认证周期长;全球高度垄断,国内逐渐技术突破;行业未来30%以上增长,未来市场潜力巨大。
锂电池隔膜:成孔工艺;进入者极少,产品质量差异大,全球寡头垄断;消费类电子产品60-80 亿元市场,电动汽车爆发性增长。
水处理膜:表面处理、成孔工艺;进入者较多,产品质量差距较大;国内 30 亿元市场,政策驱动爆发性增长。
高阻隔膜:高阻隔原料合成、多层共挤复合;部分进入者,产品差异大;食品包装20%左右稳定增长,生鲜食品占比提高。
从市场空间看,光学薄膜经过多年发展,市场相对成熟,约170 亿美元左右。光伏薄膜市场空间次之,约100 亿元左右,锂电池隔膜、水处理膜、高阻隔膜规模大多在50-100 亿元之间。
从技术壁垒看,光学薄膜的技术门槛也最高,进入者也最少。光伏薄膜和锂电池隔膜技术壁垒也相对较高,国内企业正在积极进入相关领域,分别有少数公司在相关领域取得突破。水处理膜和高阻隔膜,技术相对成熟,国内产品品质与国外存在较大差异。
综合市场空间和技术壁垒,重点看好的依次是光学薄膜、光伏薄膜、 锂电池隔膜、水处理渗透膜、高阻隔包装膜。
光学薄膜:技术壁垒高,进口替代空间大
液晶显示是目前主流的平板显示技术,广泛应用于液晶电视、笔记本电脑、显示器和手机等领域。主流的TFT 液晶面板01-08 年年均增长率高达49%,对光学薄膜的需求也迅速增长。液晶面板中,背光模组和偏光片是其核心部件,两者又由多层光学薄膜构成。各种光学薄膜中,背光模组中的棱镜片和偏光片中的PVA 膜、TAC 膜技术壁垒极高,国内尚未实现产业化。上市公司中仅深纺织和佛塑科技涉足偏光片的生产,然而PVA 膜和TAC 膜依赖进口。背光模组中的扩散膜,技术门槛稍低,上市公司中,康得新正在进入该领域。
1、面板产能转移,国内光学薄膜面临难得发展机遇
液晶面板中,光学薄膜成本占比约20%,液晶面板需求的快速增长,对光学薄膜的需求也与日俱增。2006 年至2011 年,全球TFT-LCD(LED)光学薄膜年均复合增长率达到19%,2011 年全球TFT-LCD(LED)光学薄膜的需求量将超过4 亿平方米,其中增光膜的需求量接近4800 万平方米,扩散膜的需求量超过1.75 亿平方米,TV复合光学薄膜的需求量接近2750 万平方米;我们预计,目前全球光学薄膜的产值约170 亿美元。
近年来,国内液晶面板投资增长迅速,多条高世代生产线将陆续投产。根据Displaysearch 统计,2009 年大陆生产的液晶面板产能占全球产能的6.38%。但随着中国大陆几条高世代液晶面板生产线的陆续投产,预计到2012 年中国大陆面板产能将比2009 年增长6.4 倍,占当时全球产能的27%,产能转移趋势明显。
液晶面板产能转移必将给上游配套原料带来巨大投资机会。液晶面板所需核心原料,如单晶、混晶、玻璃基片、光学薄膜等,正不断吸引国内资金和技术进入相关领域。光学薄膜作为其中重要一环,将是未来发展重点。
2、技术壁垒高,亟需打破日韩垄断
光学薄膜指光在传播路径过程中,附著在光学器件表面的厚度薄而均匀的介质膜层。通过薄膜的反射、透射和偏振等特性,以获得在某一或是多个波段范围内的反射、透射和偏振等各特殊形态的光。以目前主流的液晶面板为例,产品中包括防反射膜、偏光片、广视角膜、棱镜片、扩散膜、反射膜等。其中,偏光膜、背光模组中的增光膜和扩散膜是最关键的功能件。
聚酯薄膜是各类光学薄膜的主要初始原材料,棱镜片、扩散膜、反射膜等均是在聚酯基膜基础上加工制成。一块LCD 模块产品中最多时含有八层不同规格的BOPET 膜,在LCD 模块组装过程中还需7-8 层不同规格和品种的BOPET 膜作为离型保护膜。光学薄膜对树脂原料和薄膜加工设备有极高要求,加工车间洁净度要求也极高。由于技术门槛较高,产能大多集中于美日韩少数厂商手中,如日本东丽、杜邦帝人、3M等公司。国内相关企业若能取得技术突破,将拥有巨大的成长空间。
3、偏光膜
液晶显示器的成像必须依靠偏振光,因此所有的液晶都有前后两片偏振光片紧贴在液晶玻璃,组成总厚道1mm 左右的液晶片。如果少了任何一张偏光片,液晶片都是不能显示图像的。偏光片主要由中间能产生偏振光线的PVA 膜,再在两面复合上TAC保护膜组成。
目前全球主要偏光片供应商集中于日本韩国,日本主要是日东电工、住友化学、三立化工,韩国的LG 化学和我国台湾的力特光电等也有涉足。国内仅3 家公司能够批量生产TN 和STN 型偏光片,分别是深纺乐凯、温州侨业、纬达光电等,还无法配套TFT 液晶面板用偏光膜。由于竞争日趋加剧,偏光片盈利逐渐下滑。偏光片构成中中,TAC 膜和PVA 膜技术门槛更高,供给也更为集中,两者合计占偏光片成本的75%。TAC 膜全球主要由富士胶片供应,占比超过60%,另外还有柯尼卡、LOFO 等。PVA 膜全球仅可乐丽和合成化学批量生产,可乐丽占比接近80%。
相关上市公司:深纺织、佛塑科技
佛塑科技(000973):与亚洲化学合作2004 年成立纬达光电公司,持股比例55%。纬达光电公司目前拥有偏光片产能120 万平米/年,仅能生产TN 和STN 系列偏光片。通过与下游客户保持紧密合作,公司在3D 眼镜市场占有率高达80%以上,盈利能力较强,毛利率保持在30%以上。公司2011 年偏光片2 期项目投产,新增产能100 万平米/年。完全达产后,有望贡献业绩0.12 元。
深纺织(000045):公司全资子公司盛波光电现有产能20 万平米/月,主要以TN 和STN 系列偏光片为主。2009 年公司启动TFT 系列偏光片项目,一期项目预计2011 年第四季度建成投产。项目达产后,将新增产能800 万平方米/年,年新增产值18.8 亿元,年均创利税2.05 亿元人民币,年均净利润1.21 亿元人民币。
4、棱镜片:花纹模辊的精密加工是核心
也称增光片,是在薄膜的一个表面涂布树脂或直接射出产生锯齿状的纹路,以形成集光的功效,因此叫棱镜片。加入棱镜片后,单片可增亮60%左右,双片可增亮120%左右。
棱镜片的主要材料为PET 或PC 光学薄膜。3M 的BEF III 将厚度约125μm 的光学级PET 薄膜上涂布压克力树脂,再利用预铸微结构的滚轮转印,制作出宽度约50μm、90°角之棱镜结构,并配合高能紫外光将微细的棱镜结构硬化。
棱镜片的主要技术难点在花纹模辊的制造。国内由于精密加工工业基础薄弱,没有专门用于辊筒加工的超精密单点金刚石机床,缺乏辊筒表面处理技术,因而不能达到棱镜片工艺技术要求。目前模辊加工设备及技术掌握在日美少数企业手中。
5、扩散膜:精密涂布技术是核心
扩散膜主要通过在透明基材上(主要是聚酯基膜)两面涂覆散光颗粒,使其具有扩散光线的作用,可以将线光源扩散成面光源。扩散膜的重要指标为全光透过率及雾度。扩散片又分为上扩散片和下扩散片,上扩散片的雾度一般≤70%,下扩散片的雾度一般≥80%。
目前,全球扩散膜母卷制造厂商以日本为主,主要集中于日本惠和、智积电等,韩国厂商以SKC、SBK 和MNtech 为主,主要供应韩国客户;台湾厂商此前以代理和裁剪加工为主,近年来长兴化工、宣茂科技陆续进入扩散膜制造领域。
扩散膜的核心壁垒在于精密涂布。扩散膜涂布时,局部稍有厚度不均,马上就可用眼睛看出膜片上明暗不一的缺陷。扩散膜的厚度误差一般为±5%,减去基材厚度误差的1%后,还剩下4%。扩散膜涂布厚度通常在10~20um,可见对涂布机的精度要求是极高。
由于扩散膜是3 种光学薄膜中,技术壁垒相对较低的,也是国内最有希望率先取得突破的领域。
相关上市公司:康得新
康得新:公司是国内预涂膜行业龙头,国内市场占有率高达20%。现有预涂膜产能1.6 万吨,募投项目2012 年投产后预计产能将达到3.5 万吨。公司出资2亿元成立康得新光电材料有限公司,研发生产光学薄膜。
光伏薄膜:爆发性增长,需求潜力大
光伏行业在全球推广带来了光伏薄膜需求快速增长。光伏薄膜主要包括背板膜和EVA胶膜,其中背板膜由含氟膜及聚酯基膜构成。其中含氟膜技术壁垒最高,我国尚没有可以产业化的企业。EVA 胶膜技术壁垒次之,上市公司中鑫富药业和红宝丽正在研发进入该领域。聚酯薄膜成熟度相对略高,国内东材科技、常州裕兴的产品已经通过下游国外大客户认证,进口替代的趋势日益明显,上市公司为东材科技、大东南和双星新材。
另外,乐凯胶片和回天胶业都已经开始进入背板组件的生产。
1、光伏电池需求快速增长
根据欧洲光伏行业协会EPIA 预计,2010 年全球新增光伏装机量将增长99.78%,至15.50GW 左右,欧盟国家仍然是全球主要新增光伏的装机国家。从2006 年至2010年,全球光伏装机量4 年增长10 倍,复合增长率超过60%。日本地震对全球核电发展产生深远影响,而风电、水电均受到自然条件等因素限制,我们认为太阳能光伏未来10 年仍将保持快速增长。尤其是随着技术日趋成熟以及光伏组件价格下跌,中国和美国市场潜力巨大。
太阳能电池板截面有五层:玻璃基片、EVA 胶、太阳能电池片、EVA 胶和背光板。EVA 胶膜的作用是将电池芯片与背板和玻璃粘接在一起,并起到封装电池芯片的作用。背光板位于电池板得背面,对电池片起保护和支撑的作用。一般背光板均具有三层结构(TPT 结构),PVF 保护层具有良好的抗环境侵蚀能力,中间层PET 聚酯薄膜具有良好的绝缘性能。
2、技术要求高,认证过程复杂
由于太阳能光伏电池需要室外长期使用(一般要求25 年),因此要求光伏薄膜具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性。氟树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东丽、杜邦帝人及韩国 SKC 等公司提供,EVA 胶膜主要由日本三井化学、普林斯通等提供。
光伏组件的设计使用年限大约是20~30 年,保证组件能够在一般气候下长期操作20年以上,需要模拟恶劣气候环境,进行双85 试验测试组件性能。双85 试验主要包括:热循环测试(-40℃~+85℃ 50~200 次,最长1200H)、湿冷冻测试(85℃ 85%~-40℃10 次,约240H )、湿热测试(85℃ 85%,1000H)。合计约2500 小时。光伏组件一般需要通过UL 认证,认证过程一般需要6-10 个月,几十万元的认证费用。可见光伏组件的认证过程极为复杂漫长。
相关上市公司:乐凯胶片、回天胶业
乐凯胶片:2008 年投资4500 万建设200 万平米光伏背膜生产线,2010 年已经达产,2011 年计划扩产250 万平米背光板产能。
回天胶业:2011 年3 月份出资2.5 亿元成立常州回天光伏材料有限公司,计划总投资5000 万元建设300 万平米光伏背光板生产线。
3、氟树脂薄膜:性能要求最高
含氟背膜表面的氟材料由于氟元素电负性大,范德华半径小,碳氟键键能极强(高达485KJ/mol),且其独特的氟化链整体结构中的螺旋形棒状分子紧密、刚硬、表面平滑,使得氟树脂的耐候性、耐热性、耐高低温性和耐化学药品性等各项性能均十分优越。氟树脂的优异特性使得含氟材料(氟膜或氟碳涂料)具有优异的耐侯性能,可保障长期户外使用的可靠性。作为对外部环境与太阳电池内部起阻隔作用的背膜,其与外部接触的空气面以及与EVA 结合的粘结面(光照面)遭受着主要的老化作用。
常用晶硅太阳能背光膜可分为TPT、TPE、全PET 和PET/聚烯烃结构。
目前全球太阳能背板供应商以奥地利的ISOVOLTA 市场占有率最高,达到30%,同时也是国内最大的太阳能电池制造商无锡尚德的主要供应商。其次为日本东阳铝业、美国MADICO、美国肯博等。
现阶段太阳能电池模组背板市场高达 65%采用杜邦所生产的Tedlar PVF(Polyvinyl fluoride), 占背板材成本的 80 左右%。
由于杜邦公司最早开发出符合太阳能电池严苛要求的背板膜,因此杜邦的聚氟乙烯薄膜tedlar 至今仍占据背板膜65%的市场空间。然而,由于市场需求快速增长,杜邦tedlar 供不应求,产品价格高,因此逐渐出现如PVDF、ECTFE(三氟氯乙烯-乙烯共聚物)等替代产品。
另一方面,为降低成本,减少PVF 膜使用量,部分厂商开发出2 层薄膜体系,在PET中间膜的表面涂布氟碳涂料,形成薄膜并起保护阻隔的作用。然而,由于粘合性及开裂问题,目前该技术仍处于前期阶段,并未大规模应用。
4、EVA 胶膜:核心是原料及配方
EVA 具有优良的柔韧性、光学透明性、耐候性、热密封性等,因此成为光伏电池封装材料的首选。使用时根据电池板规格大小分切成所需尺寸的膜,按照玻璃片、EVA 胶膜、电池片、EVA 胶膜、背光板的次序置于铝合金框内,放入层压箱内加热、抽空、加压融化,再放入恒温固化箱内固化,最终制成光伏电池。
2009 年全球光伏封装用EVA 胶膜市场空间大约3 亿美元。此前全球EVA 胶膜的供应集中于美国的STR、日本的三井化学、普利斯通、德国Etimex 等少数几家,随着国内制造水平提高,以杭州福斯特为代表的国内厂商迅速崛起。据报道,杭州福斯特国内市场份额已超过50%,国际市场占有率也高达25%。2010 年杭州福斯特的销售额超过3 亿元,净利率超过20%。目前,国产EVA 胶膜价格在18-20 元/平方米左右,进口产品在25-35 元/平方米左右。
光伏组件中的EVA 胶膜需要上下两层。上层的EVA 胶膜不仅要求具有较高的透光率(0.5mm 厚胶膜在400nm—1100nm 波长范围内的透光率应大于91%)以及较高的抗紫外线、抗热辐射性,还需要具有良好的绝缘性能、耐温度交变性(-60℃~90℃)以及可靠的粘接性。下层的EVA 胶膜除具有上述性能外,还需要具有良好的导热性,以便将硅电池片上积聚的热量尽快消散,避免硅电池光电转换效率下降较快。
原料和配方是核心难点
光伏用EVA 树脂的供应高度垄断。EVA 是乙烯和醋酸乙烯共聚物,醋酸乙烯含量小于40%时,称为EVA 树脂。为了取得剥离强度,柔韧性、加工性能等指标的平衡,一般光伏电池用EVA 树脂的醋酸乙烯含量在30%-33%。国内EVA 胶膜生产厂家基本都是从国外进口EVA 母料,然后加工成膜。母料来源主要是杜邦和三井,台塑和韩华也占有一定份额。
EVA 树脂的改性难度较高。EVA 胶膜耐候性较差,易热胀冷缩致使硅片破裂;在潮湿的条件下可能发生热降解,胶膜容易出现黄变,影响光线透过率从而降低了光伏组件的太阳能转换效率;因此,在使用过程中,必须添加提高EVA 分子交联度,同时加入稳定剂提高抗紫外线功能。由于下层EVA 胶膜需要具有良好的导热性,因此需要用高导热填料对EVA 胶膜进行填充。
相关上市公司:鑫富药业(002019)、红宝丽(002165)
鑫富药业:2010 年1 月26 日投资设立杭州鑫富节能材料有限公司,占60%的股份。公司EVA 胶膜项目已正式投产,产能达6000 吨/年,取得了UL、TUV 认证,通过了国内部分知名组件企业的检测。
红宝丽:2010 年6 月,控股子公司南京红宝丽新材料有限公司投资3553 万元建设1200 万平方米EVA 太阳能封装胶膜产品生产线。预计达产后可实现销售收入1.08亿元,净利润1563.37 万元。
5、聚酯薄膜:进口替代趋势明显
聚酯薄膜在背光板中主要起电气绝缘、水汽阻隔、耐湿热老化、稳定尺寸增加强度的作用。由于PET 分子主链中含有大量的酯基,与水具有很好的亲和性,容易产生水增塑。普通250 微米聚酯薄膜的水透率一般为2.5-3.5 克/平米*天,而下游光伏组件厂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,紫外辐射会使PET 的分子量、强度大幅度下降,结晶度提高,从而使材料脆化。因此,光伏背板所用聚酯基膜必须从原料和配方上进行改性,以满足光伏电池严苛的要求。
2010 年全球太阳能电池产量20GW 左右,以每GW 电池需要3000 吨光伏级聚酯薄膜测算,全球需求量约6 万吨,市场规模约18 亿元。此前该市场主要被日韩的特种聚酯薄膜公司垄断,如日本东丽、帝人、韩国SKC 等公司,近2 年,国内企业才在该领域取得突破。
与普通聚酯包装薄膜不同,生产中厚特种聚酯薄膜需要对设备进行改造,尤其是聚酯切片原料的改性和配方,需要长时间积累,因此技术壁垒较高。光伏级聚酯薄膜,由于需要室外使用25 年以上,因此对薄膜拉伸强度、水蒸气透过率等要求更为严苛,认证过程复杂且漫长。国内聚酯薄膜生产企业,超过8 成为普通包装薄膜为主,能够生产特种聚酯薄膜的占比较低,而能够生产厚度在250μm 的光伏级聚酯薄膜,国内仅常州裕兴、东材科技和杜邦鸿基3 家。
其中,常州裕兴通过与国际背板大厂isovoltatic 合作,供应光伏聚酯薄膜。东材科技主要客户同样包括国内外背板企业如霍尼韦尔、乐凯集团、苏州中来、江苏赛伍等。从相关公司提供的数据看,东材科技与常州裕兴的光伏级聚酯薄膜性能基本接近,且均能满足下游客户要求。
相关上市公司:东材科技、大东南(002263)
东材科技:国内绝缘材料行业龙头,产品以BOPET 和BOPP 为主。现有BOPET 产能1.6 万吨,其中光伏背板聚酯基膜的最大产能约1 万吨。公司是国内主要的2 家光伏聚酯薄膜的供应商,产品已经进入国内外大型背板厂商的供应体系,需求呈现快速增长。2013 年将新增BOPET 产能1.5 万吨。预计项目投产后,可新增收入3.38 亿元,净利润5700 万。
大东南:传统包装膜国内行业龙头,产品包括BOPP、BOPET、CPP 三大领域产品,现有产能约20 万吨。2011 年公司拟通过非公开发行方式募集资金13.5 亿元,其中投资6.06 亿元建设 万平米EVA 太阳能封装胶膜,预计项目建成后,新增年销售收入 9 亿元,新增年净利润9963 万元。同时拟投资建设6000 万平米隔膜,8000吨耐高温超薄电容膜。 锂电池隔膜:期待电动汽车市场启动 锂电池凭借突出的性能和迅速降低的成本,在消费类电子产品中获得迅速普及,未来也必将成为电动汽车的首选,因而市场前景广阔。锂电池材料中,隔膜是技术壁垒最高,盈利能力最强的环节。上市公司中,佛塑科技的湿法隔膜已经获得国内下游客户普遍认可,产能快速扩张的同时正在积极研发汽车动力电池隔膜。南洋科技、大东南、沧州明珠、九九久、云天化等也都在跃跃欲试。
1、传统需求稳定增长,期待电动汽车的爆发
凭借着优异的性能,锂离子电池在消费电子领域的应用迅速普及。笔记本和手机的迅速普及,推动锂电池需求快速增长。1998 年至今,全球锂离子电池需求量持年均两位数以上的增长。
在各国政府的强力推动下,未来5-10 年电动汽车将逐渐走向成熟,并由此成为锂电池的杀手级应用。根据我们测算,全球生产100 万辆电动车所需的锂离子电池隔膜,就将是目前全球总需求量的2 倍以上,如果再考虑储能等领域的应用,市场空间将更为广阔。
2、产能高度集中,严重依赖进口隔膜在锂电池中主要作用是防止正负极短路,同时在充放电过程中提供离子运输的电通道。由于锂离子电池具有工作电压高,隔膜材料与高电化学活性的正负极材料应具备优良的相容性,同时还应具备优良的稳定性、耐溶剂性、离子导电性、电子绝缘性、较好的机械强度、较高的耐热性及熔断隔离性。满足锂电池的特殊需求的同时,还要满足制膜工艺的可行性,涉及多学科领域,因此隔膜研发进展缓慢。目前一般采用聚丙烯、聚乙烯单层微孔膜,以及由两者复合制成多层微孔膜作为隔膜。以聚丙烯为例,原料成本仅1 万多元/吨,而加工制成隔膜后,价格可达300 万元/吨,升值数百倍。
隔膜的主要技术掌握在少数企业手中,集中度很高。国外的隔膜生产主要集中在美国的celgard 公司和日本的旭化成、东燃和宇部。由于技术壁垒较高,投资风险大,国内企业的投资热情并不高。国内能够生产锂电池隔膜的,仅有佛山金辉高科(佛塑股份的子公司)、新乡格瑞恩、桂林新时代和深圳星源材质4 家公司,产品质量与国外同类相比,仍存在较大差距。其中,佛山金辉的产品质量相对较好,供应中低端市场。国内中高端市场,主要由东燃、旭化成和 celgard 公司垄断。
根据国内锂离子电池产量估算,国内隔膜的年需求量约2 亿平米左右。国内龙头佛山金辉的产量仅1200 万平米,即使考虑其它几家公司有限的产量,供给也远低于需求。佛山金辉的产品虽然主要用于中低端市场,毛利率仍然高达60%以上。
3、成孔工艺是核心
目前聚烯烃隔膜的主要生产工艺可分为干法和湿法工艺。干法工艺又可以细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。目前动力电池隔膜往往使用厚度在40微米以上、PE与PP多层复合的隔膜,只能使用干法工艺生产。
湿法工艺的主要原理是利用高聚物与某些高沸点的小分子化合物在较高温度(一般高于聚合物的熔化温度)时,形成均相溶液,降低温度又发生固一液或液一液相分离。拉伸后除去低分子物,制成微孔膜材料。湿法工艺的优点在于可以较好的控制孔径和孔隙率,缺点是需要使用溶剂,产生污染并提高了成本。
干法工艺的主要原理是将聚烯烃树脂熔融、挤压、吹制成结晶性高分子薄膜,经过结晶化热处理、退火后得到高度取向的薄膜。取向薄膜在低温下进行拉伸形成微缺陷,然后高温下使缺陷拉开形成微孔。干法工艺的优点是工艺相对简单,但缺点是孔径和孔隙率较难控制。
4、未来发展方向:安全、便携
锂离子电池隔膜的发展,是随着电池需求的不断变化而不断发展的。从需求看,锂电池正朝着更安全和更轻薄两个方向发展。数码产品电池方面,为迎合美观和便携的需求,未来的锂电池将朝着小型化方向发展。为追求单位体积下的高能量,锂电池隔膜当然需要越薄越好。与此同时,要保证隔膜的机械强度和吸液性能。动力电池领域,大功率恶劣工况的使用条件下,锂电池安全性尤为重要。因此,动力电池隔膜往往使用厚度在40微米以上、PE 与PP多层复合的隔膜,以获得良好的机械性能、热关断性能和热稳定性。德固萨公司结合有机物的柔韧和无机物热稳定性好的特点,制备出有机底膜和无机涂层复合的锂离子电池隔膜,为解决动力电池安全性提供了一个可行的解决方案,有望成为未来的重点发展方向。
主要上市公司:佛塑股份(000973)、南洋科技(002389)、大东南(002263)、沧州明珠(002108)
佛塑股份:控股子公司金辉高科公司现有隔膜产能2000 万平米/年,2011 年新产能投产后,公司隔膜产能将达约6700 万平米/年,稳居行业第一。2012 年隔膜三期项目投产后,总产能将达到1.2 亿平米/年,牢牢占据国内第一的地位。公司优势在于拥有行业内领先的薄膜拉伸技术,产品质量稳定,收率较高。公司渠道优势明显,行业内最早实现隔膜工业化生产,与比亚迪的合作提升了公司未来的销售和研发优势。
沧州明珠:公司是国内PE 管行业龙头,现有产能3.6 万吨,芜湖工厂建成后产能将达到5.1 万吨。公司另有1.8 万吨BOPA 薄膜产能。公司目前正在积极研发锂离子电池隔膜,拟定向增发4000 万股,建设2000 万平米隔膜产能。
南洋科技:公司目前主导产品为聚丙烯电子薄膜,其中超薄型薄膜、耐高温薄膜、安全防爆薄膜等高端领域技术领先。现有产能5600 吨,募投项目投产后产能达到8500吨。公司超募资金投资建设1500 万平米隔膜产能将于2012 年1 季度投产。
水处理膜:淡水医生
淡水资源短缺格局将逐渐恶化,为水处理膜材料的发展提供广阔的空间。水处理膜的核心技术在于成孔技术和表面处理技术。国内虽有不少进入者,然而产品质量与国外仍存在加大差异。节能环保标准的大幅提高,将有助于行业的爆发性增长。建议关注渗透膜的龙头企业碧水源和海水淡化膜的st 汇通。
1、淡水资源紧缺,水处理膜受益
地球上水的总量为14 亿立方千米,淡水储量仅占全球总水量的2.53%,而且其中的68.7%又属于固体冰川,难以开采。可以直接利用水约占地球总水量的0.77%。目前,全球淡水消费量已超过可用淡水量的50%,但淡水的污染问题却日趋恶化。
根据 2005 年世界人均淡水资源总量统计,中国人均淡水量仅为2156 万立方米,不足世界人均淡水量的三分之一。和淡水资源相关的海水淡化、生活污水再生、工业中水回用在我国存在着巨大的发展空间,将成为解决水资源缺乏的重要手段。
在淡水资源的开发和综合利用中,膜分离技术起到了至关重要的作用。膜是具有选择性分离功能的材料,利用膜可实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩。膜的孔径一般为微米级,依据其孔径的不同,可将膜分为微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)。根据材料的不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要还只有微滤级别的膜,主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
以上几种膜材料均为疏水性材料,过滤时容易被反应器或是原水中的疏水性物质污染,膜污染问题的控制已成为延长膜使用寿命和降低运行成本的关键。预处理与膜清洗是目前抑制膜污染的主要方法,但是清洗剂或是杀菌剂常常又会导致复合膜性能不同程度的下降,所以膜表面的改性和配方、复合膜支撑体的结构改进成为膜丝和膜组器生产的关键和难点。
2、海水淡化前景广阔
全球海水淡化设备年均市场容量约40 亿美元。在我国,相比南水北调,对于北方沿海地区,海水淡化在中国更具有现实价值,目前我国已有的淡水处理项目的平均成本是5.62 元/立方米。《海水利用专项规划》中提出,2010 年海水淡化量目标80-100万吨/日,2020 年达到250-300 万吨/日。
按照规划,到2020 年,新增海水淡化产能为170-200 万立方米/日,以投资成本5000-6000 元/立方米*日来估算,未来10 年海水淡化投资金额为85-120 亿元,行业发展空间较大,其中膜组件占比在15%左右,海水淡化膜的市场空间在12-18 亿。
①、海水淡化的反渗透原理
海水淡化中的脱盐是系统的核心,主要利用反渗透膜(RO)工作原理如下图所示:两种含有不同盐度的水,用一张半渗透性的薄膜分开,含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中,而盐分并不渗透,即通过渗透压力逐渐把两边的含盐浓度融合到均等为止。但如果在含盐量高的水侧,加一定压力,随着压力的增大,上述渗透逐渐停止,甚至反方向渗透。反渗透除盐原理,就是在有盐分的水中(如原水),施以比自然渗透压力更大的压力,使渗透向相反方向进行,把原水中的水分子压到膜的另一边,从而达到除去水中杂质、盐分的目的。
②、国内 RO 膜生产技术仍不成熟
国内从事RO 膜生产的仅有时代沃顿、杭州北斗星以及北方葫芦岛三家企业,共占据国内RO 膜市场份额的10%左右。目前为止,我国的中空纤维RO 膜尚不能用于海水淡化,只能用于苦咸水的淡化,或与中空纤维超滤膜一起用于处理生活或工业废水等。另外,RO 膜还大量适用于工业领域,如工业给水(除盐)、中水回用、污水处理等领域。时代沃顿作为国内最大产能和产量的RO 膜供应商,主要在工业领域对进口RO膜进行替代,如大连热电的中水回用等。
主要上市公司:南方汇通
持有时代沃顿42%的股权。时代沃顿主要从事反渗透膜元件的研发、制造和服务,拥有膜片制造的核心技术和规模化生产能力,是国内最大的复合反渗透膜专业化生产企业,也是拥有强大技术支持的系统设计与应用服务的提供商,技术领先。时代沃顿占据国内8%的RO 膜市场份额。目前,公司具备贵阳和北京两个基地,年生产能力达300 万平方米。公司的RO 膜质量和进口产品还有一定的差距,主要用在工业领域,海水淡化领域应用不多。随着国内RO 膜品质的提高,国内RO 膜的进口替代和国内海水淡化的市场空间的拓展,将为公司带来业绩的提升。
3、MBR 在生活污水领域的爆发式成长
“十二五”期间,COD 指标和新增的氨氮指标的总量控制主要在生活污水领域,水质标准的大幅提高使膜技术的竞争优势凸显,MBR 等膜技术在全国的应用推广进程和普及程度可能超预期。
生活污水领域市场空间广阔
在生活污水处理领域,传统活性污泥法,主要通过沉淀池(二沉池)的重力沉降过程完成泥水分离,不可避免地会有活性污泥的流失,使污染物降解能力有限、出水标准不高,无法达到回用水的标准。MBR 技术以膜单元替代二沉池,以压力和膜的物理性能实现溶质、溶液的分离,延长污泥寿命,提高污水处理效率,一步到位地实现了对污水的再生利用,给污水处理与资源化技术带来了革命性的飞跃。国内生活污水排放总量基本保持稳定,以360 亿吨/年测算,预计2015 年污水处理率将提高到90%以上,按照MBR 工艺的使用率30%,MBR 技术的累计市场规模将达到300 亿(“十二五”期间平均每年60 亿)。以水处理量1 吨/日的用膜量在2 平方米,膜材料2-3 年更换一次,2011-2015 年国内总计膜消耗量近1 亿平米,以60 元/平米的单价测算,平均每年膜产业产值在12 亿元。
膜材料领域竞争激烈
MBR技术中主要以微滤膜(MF)和超滤膜(UF)的应用为主。国外生产MF 和UF中空纤维的大型生产厂家有几十家,尤以日本为多,所选用的材质繁多。
我国的膜生产企业以中小型企业为主,据不完全统计约有上百家。聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚丙烯腈等中空纤维的MF 和UF 膜都有生产,以碧水源、海南立升、厦门三达、膜天膜、蓝星东丽膜科技等几家为代表。国内外厂商膜质量的差异仍在于膜污染的控制方面,国外膜产品的使用寿命在3-5 年,而国内大多产品在1-2 年。
主要上市公司
碧水源(据调查,无核心技术,公司领导人曾经是政府官员)
占据国内60%以上的市场份额。公司具备领先MBR 工艺、市场以及工程经验,在膜的推广方面具备更多优势。上市之后,公司采取与地方政府合资的方式,成立了江苏碧水源(70%)、云南城投碧水源 (50%)、南京水务(50%)、昆明滇投碧水源(49%)、云南水务产业(49%)、湖南碧水源(72%)等6 个子公司,承担地方污水处理厂的提标升级改造工作,突破了生活水处理难以跨区发展的瓶颈。公司目前具备300 万平米的产能,同时与三菱公司合资成立无锡碧水源丽阳建设100万平米产能,直接和间接持股比例46%。
高阻隔膜:需求稳定,受益于消费升级
塑料包装薄膜一直是薄膜中需求最大的种类,消费属性强。由于塑料替代纸和金属的趋势明显,未来需求仍将保持稳定增长。其中,随着消费水平和食品安全意思提高,受益于生鲜食物包装的高阻隔膜发展空间更大。上市公司中,浙江众成拥有设备优势,正在积极研发PVDC 阻隔膜。
1、塑料包装膜需求稳定增长
从性能和成本角度考虑,塑料包装相对纸包装、金属包装,优势明显,因此在包装行业所占的份额越来越大。目前发达国家人均塑料消费都在120 千克以上,而我国人均消费量仅46 克。且国外塑料包装行业的增长速度2 倍于其它包装材料的增长,因此,无论从产量还是结构看,国内塑料包装膜行业仍有很大的提升空间。塑料包装膜目前已经广泛地应用于食品、医药、化工等领域,其中又以食品包装所占比例最大,如饮料包装、食品包装等,给人们生活带来了极大的便利。
未来发展趋势:降低成本、绿色环保,功能化。国内塑料包装膜行业经过多年发展,已经成为成熟行业。普通包装膜产品同质化竞争,产能严重过剩,因此降低产品成本,提高产品功能成为包装膜未来的发展趋势。随着环保意识的日益增强,绿色环保的可降解材料同样成为包装膜未来的一个重要发展方向。
2、原料和复合工艺是核心难点
阻隔膜为一种单层或者多层薄膜结构,它能够隔断或者减少气体、香味、水蒸汽甚至紫外光在包装内外之间传送,达到防潮隔味等功能,因此主要用于生鲜食物的包装。据Allied Development 估计,主要的阻隔材料全球市场的2004 年-2008 年复合增长率为5.7%。其中,PVDC 和EVOH 膜是主要的冷藏运输薄膜,低温性能好且高阻隔,保鲜期可达6 个月。
为降低成本并实现功能多样化,阻隔膜多采用复合结构。外层采用PE 膜、PP 膜、PET 膜等,降低成本的同时可以提高印刷效果。中间层采用阻隔性高的薄膜,实现阻隔等特殊功能。
高阻隔膜的技术难点除高阻隔树脂原料的合成外,主要是多层共挤复合工艺。复合方法主要有4 种:干式复合、无溶剂复合、单层挤出复合、多层共挤复合。多层共挤复合具有成本低、原料结构灵活,复合性能高的优点,是未来发展的主流方向。多层共挤复合就是采用3 台以上的挤出机,将不同功能的树脂原料,如PA、PE、PP 等,分别熔融挤出,通过各自流道在一个模头汇合再经过吹胀成型,冷却复合的过程。
浙江众成(002522)
浙江众成是国内最大的POF 热收缩膜制造商,现有产能2.3 万吨,募投项目2013 年投产后,将新增产能1.1 万吨。公司产品质量达到国际先进水平,毛利率维持在30%以上。市场占有率国内第一,全球第二,与国际巨头希悦儿公司形成垄断竞争。公司多层共挤工艺成熟,设备处于领先水平,是薄膜行业少数设备领先的公司。POF热收缩膜市场占有率高,渠道成熟,正积极研发高阻隔性PVDC 薄膜及其生产设备。
由于功能薄膜存在较高的技术壁垒,国内公司在相关领域的研发处于相对落后水平。新能源新材料等行业的快速发展,为功能薄膜提供广阔的舞台。