乙烯是世界上產(chǎn)量最大的化學(xué)產(chǎn)品之一，乙烯工業(yè)是石油化工產(chǎn)業(yè)的核心，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。中國在2022年超越美國成為全球最大乙烯生產(chǎn)國，影響力和地位顯著提升。伴隨著我國乙烯產(chǎn)能不斷擴(kuò)張，行業(yè)競爭白熱化，競爭壓力主要集中于下游產(chǎn)品，以乙烯為原料的新材料應(yīng)用蓬勃興起，產(chǎn)業(yè)鏈加快向精細(xì)化、高端化方向發(fā)展。本文聚焦乙烯下游新材料領(lǐng)域的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）產(chǎn)業(yè)，為布局化工新材料奠定良好基礎(chǔ)。
2017年，“超級工程”港珠澳大橋主體工程全線貫通，吊裝6000噸鋼結(jié)構(gòu)混凝土預(yù)制件的吊帶材料就是UHMWPE制成的纖維新材料。UHMWPE纖維，與碳纖維、芳綸并稱為三大高性能纖維，是目前世界上比強(qiáng)度和比模量最高的纖維材料，其比強(qiáng)度分別是高強(qiáng)碳纖維的2倍和鋼材的14倍。UHMWPE具有許多優(yōu)異性能,如耐磨性、耐沖擊、自潤滑、耐化學(xué)腐蝕及耐低溫性能等，被稱之為“神奇的塑料”，廣泛應(yīng)用在化工、采礦、新能源、醫(yī)療、體育等諸多領(lǐng)域。
新材料產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，加快培育和發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)，對于促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、保障重大工程實(shí)施、提升制造業(yè)核心競爭力具有重要戰(zhàn)略意義。我國 2020 年 11 月 3 日頒布的《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》中，明確了新材料產(chǎn)業(yè)是未來發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。本文從國內(nèi)外產(chǎn)能供應(yīng)、市場及需求情況，對UHMWPE發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢進(jìn)行分析，并對中國UHMWPE產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出相關(guān)建議。
01 UHMWPE產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 全球供應(yīng)區(qū)域及企業(yè)相對集中
1957年，美國聯(lián)合化學(xué)公司首先制備出UHMWPE粉料。1970年代后期荷蘭DSM公司以粉末狀UHMWPE為原料，采用凍膠紡絲及超倍拉伸技術(shù)，制取高強(qiáng)高模的聚乙烯纖維，并于1979年首次申請?jiān)摾w維的生產(chǎn)專利，推動(dòng)化學(xué)纖維工業(yè)進(jìn)入新的階段。隨后美國聯(lián)合公司購買該專利，并加以改進(jìn)后，進(jìn)一步提高高強(qiáng)高模聚乙烯纖維生產(chǎn)水平，于1988年實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。
2023年，全球UHMWPE產(chǎn)能約41.4萬噸/年, 主要分布在亞洲、美洲和歐洲，產(chǎn)能區(qū)域集中度高，亞洲產(chǎn)能24.0萬噸/年，占全球產(chǎn)能57.9%；美洲產(chǎn)能10.9萬噸/年，占比26.4%；歐洲產(chǎn)能6.5萬噸/年，占比15.7%。除中國外的全球主要產(chǎn)能情況見表1。
表 1 全球（除中國外）UHMWPE主要產(chǎn)能情況 萬噸/年
塞拉尼斯是全球最大、產(chǎn)品體系最完整的UHMWPE制造商，公司成立于1918年，前身為美國纖維素和化學(xué)制造公司，公司總部位于美國得克薩斯州，設(shè)有德國奧伯豪森、美國得克薩斯州畢肖普，以及中國南京三大生產(chǎn)基地，產(chǎn)品輻射全球，應(yīng)用涵蓋醫(yī)用外科植入物、過濾、電池、纖維、添加劑和膜等領(lǐng)域，向全球尤其是中國供應(yīng)大量鋰電池隔膜級UHMWPE產(chǎn)品。
布拉斯科成立于2002年，前身為美國Braskem公司，2011年，收購了陶氏化學(xué)，總部位于巴西圣保羅，是南美最大的熱塑性樹脂生產(chǎn)商和全球生物聚合物領(lǐng)導(dǎo)者，產(chǎn)品注重于美洲市場。2018 年該公司下屬得克薩斯州拉波特生產(chǎn)工廠完成了UHMWPE生產(chǎn)，產(chǎn)品擁有卓越的機(jī)械性能，如高耐磨性、抗沖強(qiáng)度和低摩擦系數(shù)，覆蓋多種多樣的應(yīng)用，如機(jī)械加工零件、紙漿和造紙行業(yè)、食品和飲料行業(yè)、多孔零件和過濾器、廢水處理、化工、體育和休閑、紡織行業(yè)、汽車行業(yè)以及煤炭和采礦行業(yè)等。
帝斯曼成立于1902年，總部位于荷蘭，主要生產(chǎn)纖維級產(chǎn)品，產(chǎn)品主要應(yīng)用于醫(yī)療及纖維領(lǐng)域，其纖維產(chǎn)品用于海事、體育、可再生能源、航空貨物網(wǎng)和集裝箱以及工業(yè)繩索的應(yīng)用。2020年6月，帝斯曼推出了UHMWPE的新產(chǎn)品組合Trosar，這種新產(chǎn)品提供了更高的強(qiáng)度和耐用性等性能，被繩索、漁網(wǎng)和水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)制造商廣泛使用。
日本企業(yè)旭化成、昭和、三井化學(xué)等規(guī)模較小，產(chǎn)品主要供給食品加工和處理、電力、軌道車、鋼鐵、水泥、糧食、化工、電池、礦產(chǎn)和金屬等行業(yè)，附加值較高。
1.2 我國產(chǎn)能主要集中于華東區(qū)域
近年來國內(nèi)企業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破,掌握了UHMWPE粉料生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)能得到較快擴(kuò)張。截至2023年，我國UHMWPE主要生產(chǎn)企業(yè)共10家，產(chǎn)能合計(jì)21.1萬噸/年，其中華東區(qū)域產(chǎn)能為14.6萬噸/年，占比69.0%，是國內(nèi)最大的UHMWPE原料供應(yīng)區(qū)域。中國主要產(chǎn)能情況見表2。
表 2 我國UHMWPE主要產(chǎn)能情況 萬噸/年
目前國產(chǎn)產(chǎn)品中，板材、管材料供應(yīng)充足，2022年纖維料企業(yè)與下游纖維生產(chǎn)企業(yè)加強(qiáng)合作，供應(yīng)能力與產(chǎn)品品質(zhì)有較大提升。我國鋰電池隔膜料具備生產(chǎn)能力的企業(yè)數(shù)量較少，同時(shí)部分產(chǎn)品品質(zhì)與進(jìn)口產(chǎn)品相比還存在差距，進(jìn)口依賴度相對較高。我國能夠生產(chǎn)鋰電池隔膜料的企業(yè)僅有5家，分別為塞拉尼斯（南京）、揚(yáng)子石化、河南沃森、斯?fàn)柊钍脱嗌绞?。另有大慶石化具備生產(chǎn)能力但無專用裝置生產(chǎn)。2022—2023年投產(chǎn)的斯?fàn)柊钍陆?xiàng)目和河南沃森擴(kuò)建項(xiàng)目均具備生產(chǎn)鋰電池隔膜料的能力，但鋰電行業(yè)原材料多，產(chǎn)業(yè)鏈長，認(rèn)證流程復(fù)雜，新增產(chǎn)能投入市場需要一定周期。2022年向我國濕法薄膜企業(yè)供應(yīng)UHMWPE原料的企業(yè)仍僅有塞拉尼斯（國內(nèi)外基地）、揚(yáng)子石化和燕山石化。
02 市場及需求情況
UHMWPE在不同應(yīng)用領(lǐng)域具有不同的分子量。在板材、棒材、異型材領(lǐng)域，分子量分布比較寬，通常在150萬～1000萬之間；工業(yè)管材領(lǐng)域，分子量在160萬～400萬區(qū)間；纖維領(lǐng)域，分子量在400萬～600萬之間；鋰電池隔膜分子量通常在80萬～200萬之間；電池隔板及過濾領(lǐng)域分子量在300萬～500萬區(qū)間。
2.1 全球UHMWPE需求以醫(yī)療級產(chǎn)品為主，纖維次之
全球UHMWPE需求高速增長，2016—2023年年均復(fù)合增長率達(dá)9.3%。2023年，醫(yī)療及和假肢應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)全球UHMWPE需求市場的主導(dǎo)地位，約為33.0%。2023年全球需求量約為37.6萬噸，較2022年增加3.5萬噸，增長的主要驅(qū)動(dòng)因素來自于外科技術(shù)的進(jìn)步及先進(jìn)材料植入物的快速發(fā)展，促進(jìn)了醫(yī)用級UHMWPE使用量的大幅提升。UHMWPE纖維具有高耐磨性、高抗沖擊性、特殊的柔韌性、高耐腐蝕性、自潤滑性以及高耐氣候性，能夠廣泛應(yīng)用于制造頭盔、高性能繩索、防切割手套等領(lǐng)域，2023年消費(fèi)量約為9.4萬噸，該產(chǎn)品預(yù)計(jì)將迎來第二高的增長率。此外，政府為執(zhí)法人員提供更好個(gè)人防護(hù)裝備的舉措預(yù)計(jì)將有助于纖維市場的增長。其余板材、桿的制品消費(fèi)量增速較慢，2023年合計(jì)消費(fèi)量約13.9萬噸。
2.2 我國UHMWPE需求以鋰電池隔膜為主
我國2022年UHMWPE消費(fèi)量約23萬噸，與全球總消費(fèi)量格局不同，我國將近半數(shù)用作生產(chǎn)鋰電池隔膜。
在新能源汽車高速發(fā)展的背景下，自2020年起，我國UHMWPE在鋰電池隔膜領(lǐng)域需求量逐年激增，并在2021開始成為我國消費(fèi)量最大的領(lǐng)域。我國是全球最大的鋰電池隔膜生產(chǎn)國，濕法隔膜出貨量在全球占比超80%，其中約95%濕法隔膜采用UHMWPE作為原料。
板材、異型材與棒材等其他材料是我國UHMWPE第二大消費(fèi)領(lǐng)域，2022年消費(fèi)量約為6.5萬噸。該類產(chǎn)品生產(chǎn)工藝相對簡單、設(shè)備投資規(guī)模不大，因此生產(chǎn)廠家以中小企業(yè)為主，生產(chǎn)規(guī)模普遍較小，生產(chǎn)的制品主要應(yīng)用在紡織、煤炭、化工和機(jī)械制造等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域。產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用相對較為成熟，近年來消費(fèi)量整體呈平穩(wěn)增長態(tài)勢且開始部分出口。
我國高性能UHMWPE纖維料一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，2022年也有下游纖維企業(yè)規(guī)劃向上游布局，自主生產(chǎn)UHMWPE纖維料，2022年消費(fèi)量約為3.3萬噸。
我國UHMWPE在工業(yè)管材領(lǐng)域消費(fèi)量增速偏慢，由于UHMWPE分子量高、分子鏈高度纏結(jié)、熔體粘度高，導(dǎo)致UHMWPE管材的加工難度大，下游企業(yè)生產(chǎn)速度大大低于普通塑料管材制品的生產(chǎn)速度。主要應(yīng)用在石油化工、煤炭、采礦、電力等重工業(yè)行業(yè)，2022年消費(fèi)量超過2萬噸。
我國UHMWPE還應(yīng)用在濾材、薄膜及醫(yī)用材料等其他領(lǐng)域，受限于技術(shù)，成本等原因，生產(chǎn)規(guī)模普遍較小，研發(fā)難度大，發(fā)展偏慢。我國年消費(fèi)量在5000噸上下。
2022年我國部分UHMWPE企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)，供應(yīng)能力提升，在下游需求快速增長的情況下，產(chǎn)量達(dá)到17.1萬噸，進(jìn)口量6.5萬噸，出口量0.6萬噸，表觀消費(fèi)量23萬噸，自給率從2021年的70%上升到74.3%。主要是纖維料和中石化各公司鋰電池隔膜料供應(yīng)能力增強(qiáng)。2022年增加的進(jìn)口量中，幾乎全部為塞拉尼斯鋰電池膈膜料。
03 UHMWPE行業(yè)發(fā)展分析
3.1 我國新增產(chǎn)能為未來全球供應(yīng)端主要增量
全球UHMWPE還處在快速發(fā)展的階段，長期來看，鋰電池隔膜、醫(yī)療用料及纖維仍將是帶動(dòng)全球UHMWPE消費(fèi)量增長的主要下游領(lǐng)域。
在過去幾年里，UHMWPE在電池隔膜中越來越受歡迎。與傳統(tǒng)的高密度聚乙烯（HDPE）、聚氯乙烯（PVC）、玻璃纖維和纖維素分離器相比，其更高的分子量預(yù)計(jì)將推動(dòng)全球?qū)HMWPE的需求。新能源汽車等終端應(yīng)用快速發(fā)展，促進(jìn)鋰電池隔膜出貨量大幅提升。汽車行業(yè)對電池的需求不斷增加，預(yù)計(jì)將為UHMWPE市場提供良好的增長機(jī)會(huì)。全球新能源汽車與儲(chǔ)能電站目前處于快速發(fā)展階段，預(yù)計(jì)未來三年增速約為11%。未來三年我國仍將保持全球最大鋰離子電池隔膜生產(chǎn)國與出口國的地位，中國主要濕法隔膜生產(chǎn)企業(yè)均具有較大擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃以滿足全球鋰離子電池的需求增長。同時(shí)，我國濕法隔膜龍頭企業(yè)紛紛加入海外建廠，將中游產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移至上下游企業(yè)附近，實(shí)現(xiàn)海外產(chǎn)銷一體化。
醫(yī)療用UHMWPE需求方面，近年來，置換手術(shù)呈上升趨勢，尤其是在45歲至60歲的人群中，技術(shù)進(jìn)步帶來了更長壽命，醫(yī)用級和假肢產(chǎn)品為UHMWPE制造商的成長和發(fā)展提供了充足的機(jī)會(huì)，開發(fā)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品是生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。預(yù)計(jì)至2028年全球醫(yī)療用UHMWPE需求增速約為13%。
未來在高性能纖維領(lǐng)域，UHMWPE纖維、碳纖維和芳綸側(cè)重于不同指標(biāo)，性能仍互有優(yōu)劣，相互競爭，預(yù)計(jì)增速在12%上下。在板材、棒材及異型材、工業(yè)管材等應(yīng)用領(lǐng)域中，UHMWPE的需求預(yù)計(jì)將保持在9%～10%的穩(wěn)定增長態(tài)勢。整體來看，預(yù)計(jì)2023—2028年全球UHMWPE需求復(fù)合增長率約為12%，至2025年全球消費(fèi)量將達(dá)47.1萬噸，至2028年全球消費(fèi)量達(dá)67.9萬t。
在全球消費(fèi)量高速增長的背景下，國內(nèi)外企業(yè)為抓住機(jī)遇，先后布局新建擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目，塞拉尼斯在美國有產(chǎn)能擴(kuò)建布局，預(yù)計(jì)規(guī)劃新增產(chǎn)能2萬噸/年。行業(yè)新增產(chǎn)能主要集中在中國，未來幾年預(yù)計(jì)新增產(chǎn)能46.3萬噸/年，具體情況如表3。若目前規(guī)劃產(chǎn)能全部落地投產(chǎn)，全球UHMWPE產(chǎn)能將達(dá)到89.65萬噸/年，我國產(chǎn)能將達(dá)到67.4萬噸/年。
表 3 我國UHMWPE未來新增產(chǎn)能情況 萬噸/年
3.2 產(chǎn)業(yè)鏈利潤分配延續(xù)加工環(huán)節(jié)好于生產(chǎn)環(huán)節(jié)的情況
從價(jià)格走勢來看，2017—2022年UHMWPE粉料市場均價(jià)呈現(xiàn)震蕩下行。以UHMWPE纖維企業(yè)北京同益中新材料科技股份有限公司（以下簡稱“同益中”）的UHMWPE粉料采購價(jià)格為例，根據(jù)同益中招股說明書價(jià)格披露，其UHMWPE粉料采購價(jià)格從2017年的15870元/噸下降至2021年的13140元/噸，粉料價(jià)格整體在15000元/噸附近震蕩。具體情況見圖1。
圖 1 我國UHMEWPE粉料價(jià)格及成本分析
據(jù)業(yè)內(nèi)人員評估，由于裝備設(shè)計(jì)、裝置規(guī)模等情況，UHMWPE粉料企業(yè)生產(chǎn)成本略有不同，除原料乙烯外的生產(chǎn)成本約為5000～8000元/噸。據(jù)此成本及乙烯價(jià)格計(jì)算，2019、2020年，UHMWPE粉料生產(chǎn)企業(yè)處于盈利狀態(tài)，盈利水平1183～4614元/噸區(qū)間內(nèi)，2017、2018、2021年，生產(chǎn)成本較高的UHMWPE粉料生產(chǎn)企業(yè)處于虧損狀態(tài)，生產(chǎn)成本較低的企業(yè)盈利區(qū)間為398～1572元/噸。
UHMWPE粉料由于分子量大、分子鏈之間的纏繞多，在熔融時(shí)呈凝膠彈性體，粘度大，流動(dòng)性差，又由于臨界剪切速率低，所以給加工帶來了極大困難，故當(dāng)前產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)利潤較為豐厚的環(huán)節(jié)為UHMWPE粉料加工環(huán)節(jié)。以UHMWPE纖維為例，根據(jù)同益中公司招股說明書價(jià)格披露，UHMWPE纖維的成本從2018年的62226元/噸下降至2021年的43379元/噸，粉料成本占纖維成本的30%左右。5年間UHMWPE纖維的平均售價(jià)約為90276元/噸，UHMWPE纖維產(chǎn)品利潤水平較好。詳見圖2。
圖 2 我國UHMEWPE纖維價(jià)格及成本分析
未來幾年國內(nèi)新增UHMWPE粉料產(chǎn)能46.3萬噸/年，UHMWPE纖維新增產(chǎn)能5.1萬噸/年，粉料生產(chǎn)企業(yè)或?qū)⒚媾R短期供過于求的低價(jià)競爭局面，預(yù)計(jì)下游UHMWPE纖維生產(chǎn)企業(yè)將具有更大的采購議價(jià)權(quán)。未來5年，預(yù)計(jì)UHMWPE粉料成本在12698～17204元/噸區(qū)間內(nèi)，詳見圖3。
圖 3 我國UHMEWPE粉料價(jià)格及成本預(yù)測
04 總結(jié)與建議
UHMWPE具有優(yōu)異的材料特性，下游應(yīng)用十分廣泛，也是中國高端新材料的主要代表之一。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長，我國UHMWPE或?qū)⒃诙唐趦?nèi)實(shí)現(xiàn)出口，特別是在東南亞市場制造業(yè)升級的大趨勢下，對于高端新材料的消費(fèi)需求在快速增長，或?qū)⒃谖磥?年時(shí)間內(nèi)緩解國內(nèi)的供需矛盾。另外隨著新能源領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展以及國家對于“高精尖”領(lǐng)域產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自主化、國產(chǎn)化等政策鼓勵(lì)下，下游企業(yè)對于國產(chǎn)“高品質(zhì)”超高原料產(chǎn)品呼聲急切，未來中國UHMWPE行業(yè)將會(huì)延續(xù)增長趨勢，并加快技術(shù)革新步伐，對該行業(yè)發(fā)展建議如下。
1.加大關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，降低能耗和成本。重點(diǎn)圍繞反應(yīng)催化劑、生產(chǎn)設(shè)備、加工處理手段等技術(shù)壁壘開展攻關(guān)和創(chuàng)新，破除加工條件嚴(yán)苛導(dǎo)致生產(chǎn)成本高企的困境，以技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)我國UHMWPE行業(yè)能耗和成本的大幅降低。
2.鼓勵(lì)以企業(yè)為主體、以產(chǎn)業(yè)鏈為紐帶建立產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。針對創(chuàng)新鏈條的薄弱環(huán)節(jié)，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究、應(yīng)用技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化的統(tǒng)籌銜接，助力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)集中化、規(guī)?；?、效益化、綠色化動(dòng)態(tài)發(fā)展，以技術(shù)創(chuàng)新幫助企業(yè)打開產(chǎn)業(yè)新局面。
3.生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)，形成“產(chǎn)、學(xué)、研、用”全面發(fā)展的格局，加強(qiáng)新材料產(chǎn)業(yè)高端人才規(guī)劃與建設(shè)。UHMWPE行業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L，我國相關(guān)行業(yè)發(fā)展時(shí)間短、經(jīng)驗(yàn)不足，缺乏大量資深有經(jīng)驗(yàn)的生產(chǎn)人員。鼓勵(lì)與企業(yè)聯(lián)合辦學(xué)歷教育，形成緊密對接產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的專業(yè)培養(yǎng)體系。堅(jiān)持走出去與請進(jìn)來相結(jié)合，培養(yǎng)一批產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)軍人才。
4.進(jìn)一步完善激勵(lì)政策，督促企業(yè)自覺抓優(yōu)化、上水平、促發(fā)展。合理引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展，發(fā)揮引導(dǎo)和帶動(dòng)作用，推動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。探索建立與技術(shù)發(fā)展階段相適應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制，把握好產(chǎn)業(yè)培育的時(shí)機(jī)與發(fā)展節(jié)奏，有序推動(dòng)UHMWPE行業(yè)合理布局。
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