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塑料之王提到PEEK聚醚醚酮,大多数人可能会很陌生,但它有另一个更响亮的名字:“塑料之王”。聚醚醚酮PEEK分子式,结构单元由三个苯环+两个醚键+一个酮键组成之所以称其为塑料之王,是因为PEEK的综合性能实在是太过优秀。由于其分子链中含有大量的苯环,具有优良的物理和化学性质、力学和热等性能。PEEK的熔点达到343℃,玻璃化转变温度(Tg)为143℃,拉伸强度达到100MPa。另外在 250℃的高温下,PEEK也能保持较高的耐磨性和较低的摩擦系数。换言之,它是一种同时具备耐热性、耐磨性、耐疲劳性、耐辐照性、耐剥离性、抗蠕变性、柔韧性、尺寸稳定性、耐冲击性、耐化学药品性、无毒、阻燃等优异性能的特种工程塑料。

聚醚醚酮PEEK站在常用工程塑料金字塔塔尖

相比绝大多数常用的工程塑料,PEEK相对“年轻”,但其问世也已有半个世纪之久。1978年,英国帝国化学公司(ICI)首先开发出聚醚醚酮;三年后,第一批商业化聚合物“VICTREX PEEK”系列问世,在此之后十几年间一直在军工领域有小批量应用。1993年,威格斯收购ICI公司的PEEK业务并开始独立运营并几乎处于垄断地位。2005年之后,赢创德固赛、索尔,包括国内吉大中研等公司也陆续将PEEK产业化生产;截至目前,英国VICTREX公司仍然在PEEK市场上占据主要地位,目前全球市场占有率仍在50%以上。其应用领域包括了航空材料、汽车零部件、电子元器件、医用材料、油气开采、3D打印、半导体等等。然而真实的现实是:PEEK的2021年全球用量仅为7300多吨。对比一下其他的工程塑料:PP高达7500万吨;PC年消耗量为560多万吨;甚至相对高端的PTFE,都有30多万吨的年用量。PEEK的用量,尚不及这些材料的零头。这个问题自然脱口而出:既然PEEK材料性能如此优异,潜在应用场景如此广泛,究竟是什么因素限制了它进一步的应用?    

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PEEK的尴尬答案有两个:1. 价格 2. 加工工艺。价格自不必说,作为一种以大批量使用为目标而开发的工程塑料,然而PEEK在很长时间内“享受”的是珍贵的化学试剂的待遇:论克卖。即使到目前,即使是相对便宜的国产PEEK材料,价格也在每公斤400-500人民币左右,远高于其他任何一种工程塑料。但往往由于PEEK卓越的综合性能,在合理的工艺设计下,对于整个产品或系统的综合成本增加的并不明显。另一方面,随着越来越多的公司将PEEK产业化,PEEK价格也将进一步下降。另一个重要因素则在PEEK材料的加工难度。以注塑工艺为例,PEEK是一种令工程师最感棘手的材料,它有非常高的熔点343°C,同时流动性较差,结晶率高,这就导致了PEEK精密注塑存在非常多的难点,包括冷料点、银纹、气孔、毛边、熔接痕、尺寸控制等等。同时由于绝大多数聚合物都会在PEEK的加工温度下降解,因此在注塑环境的杂质污染也是令人相当头痛的问题。在机加工艺中则会碰到另一些问题,PEEK材料出色的硬度和耐磨性,在切削及攻丝场景,对传统硬质合金刀具以及丝锥等都提出了挑战。PEEK的弹性模量较高,加工过程中容易出现震动和变形;同时由于PEEK材料的热膨胀系数较大,加工后的尺寸精度也容易受到影响。由于价格和加工难这两个因素,极大的限制了这种综合性能卓异的塑料之王的大规模应用。PEEK仿佛是一朵带刺的玫瑰。

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“摘下那朵带刺的玫瑰”尽管困难重重,但PEEK以其不逊于合金材料的性能,还是在不断的吸引着人们尝试着将其应用在各个传统材料难以解决的场景。半导体方面,PEEK拥有高耐磨性、高纯净度、高加工精度,被用于CMP保持环、晶圆载具、光罩盒等。医疗领域,由于PEEK优异的生物相容性,被用于颅骨修复、脊柱类应用等。航空航天领域,PEEK轻质高强、抗疲劳、耐腐蚀,碳纤增强复材可以用作飞机机身。工业领域,PEEK耐腐蚀、机械性能优异,自润滑效果好,被广泛用作密封件、轴承、挠性电路板等等。在新能源汽车领域,PEEK同样拥有非常广泛的潜在应用。发动机内罩、轴承、离合器齿环、密封件等等均有以塑代钢等轻量化的应用前景。但其中发展速度最快的,要数漆包线。针对新能源汽车里程焦虑,车企工程师孜孜不倦的致力于提升能量利用效率和补能速度。比如电机方面,扁线电机由于在槽满率上有优势,提升了电机功率密度,已经大规模的取代了原有的圆线电机。针对补能痛点的快充方面,随着保时捷Taycan率先了拉开800V高压电气平台的序幕,800V平台正在逐步走上前台,替代原有的400V系统。高电压平台技术升级实则为一项繁杂的系统工程,影响到包括电池、电机、电控、OBC、车外充电桩等方方面面。以电机为例,传统的PI漆包线就难以满足电压平台提升带来的耐电晕问题。如果要满足800V电机的安全性,则需要将PI绝缘膜不断加厚到150μ以上,除了工艺难度增大和成本增加,还带来了一系列新的问题;如厚漆膜难以满足主流的Hair-pin电机或波绕电机对漆包线的弯折性能的要求,以及油冷替代液冷趋势对绝缘漆的腐蚀要求等。为什么不试试PEEK呢?PEEK拥有优异的耐电晕性能,耐腐蚀性和机械性能,可以用更薄的厚度达到更高的耐电晕指标,是800V电机漆包线的理想材料。话虽如此,用PEEK做漆包线又谈何容易。PEEK熔点高,流动性差,和其他材料难以结合。而制作漆包线,恰恰需要绝缘材料具有高流动性,还要具备较高的熔体强度,需要同时满足这一对矛盾的特性,才能挤出细薄制件。同时还要解决与铜材的附着力问题,解决不同规格的扁线的均匀性问题等等。种种问题困扰着工程师们,也一直限制着PEEK漆包线的应用。技术困难终究会被征服,数年前,日本古河电工作为老牌漆包线厂商,凭借其深厚的技术功底全球率先推出了PEEK线产品,并且成功的运用在了丰田普锐斯混动车型。与此同时,国内也有一家不怕山有虎,同样对这朵带刺玫瑰跃跃欲试的企业,经过4年艰苦的研发,终于将其成功的摘下。这家企业的名字,叫做佳腾电业。

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PEEK线与Wellascent佳腾

佳腾电业2006年成立,是国内首家专业化从事扁平漆包线业务的企业,目前在国内微细型/中型扁线领域排名第一,在全球电感、线圈、电源行业享有较高的品牌知名度和全球化产业链角色,客户基本涵盖全球大部分知名的电感、线圈、电源制造商。直接或间接客户包括如ASML,华为,三星、爱默生、TDK、村田、LG等等全球知名企业。

佳腾电业在扁线领域深耕已有17年,产品规格齐全。在中小扁线领域,佳腾电业以超过60%的市占率占据着这一细分领域的龙头地位。在超微细扁线领域,下游主要应用于一体成型电感,佳腾电业也是国内唯二的两家有能力大规模生产应用的企业之一,供应该领域日韩台知名企业以及国内龙头上市公司。在佳腾电业的产品序列中,不乏类似超微细扁线、超高深宽比扁线等具备相当技术难度的产品。但对于2016年初次接触到PEEK线的佳腾,还是深感碰到了难啃的骨头。但凭着一股不服输的精神,技术团队经过4年多艰苦开发,解决了一项又一项技术难题,终于实现了PEEK扁线的大规模工业化量产。目前,佳腾电业与日本古河电工,欧洲GG公司并列,成为了全球第三家,也是国内惟一一家具备PEEK线量产能力的企业。同时,佳腾PEEK线产品也以其比肩国际友商,部分领域甚至超越的优异性能吸引了下游整车厂客户的广泛关注,目前与上下游合作伙伴,包括采埃孚、舍弗勒等知名企业通力合作,取得了路特斯、宝马、奥迪、戴姆勒、大众、沃尔沃斯特兰蒂斯等多家全球领先车企的项目定点;目前路特斯与宝马项目已成功实现量产,戴姆勒、奥迪、大众、沃尔沃等项目也量产在即。随着800V高压平台的不断渗透,PEEK线的应用前景愈发广阔,趋势也愈加明显。昇和资本通过对佳腾电业进行股权投资,参与到了此轮产业升级趋势中。昇和资本团队多年来专注于以新材料、高端装备、核心零部件等为代表的先进制造业。在十余年的投资历程中,积累了将近20家IPO及并购案例。从2015年投资团队开始接触并研究PEEK材料,到数年后发现佳腾电业并果断下注投资,昇和资本团队一路见证了PEEK材料及下游产业应用的发展不易,也与佳腾电业携手体会其一路走来的艰辛与成长。昇和资本也将继续全身心投入先进制造领域投资,见证并参与到不可逆转的中国产业升级之路中。

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