環(huán)氧樹脂在電器領(lǐng)域中的應(yīng)用及市場分析

畢治功

(神華(福州)羅源灣港電有限公司，福建 福州 350000)

環(huán)氧樹脂是環(huán)氧氯丙烷與雙酚A或多元醇的縮聚產(chǎn)物，多種含有活潑氫的化合物可使具有化學(xué)活性的環(huán)氧基開環(huán)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的電絕緣性能、物理機械性能和黏接性能，比其他熱固性材料更具有使用工藝的靈活性，可以制成涂料、澆注料、膠黏劑、復(fù)合料、注射成型料和模壓料等，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域[1-2]。

在電子電器領(lǐng)域，環(huán)氧樹脂主要應(yīng)用于絕緣子和電力互感器以及變壓器等電器澆注材料、半導(dǎo)體元件和集成電路塑封材料、灌封材料、絕緣涂料、覆銅板和線路板材料、高壓絕緣子芯棒、絕緣零部件絕緣膠黏劑等絕緣材料[3-5]。

1 環(huán)氧樹脂在電器領(lǐng)域中的應(yīng)用

以環(huán)氧樹脂為基材的絕緣件廣泛應(yīng)用于電器領(lǐng)域，如在三相交流高壓開關(guān)設(shè)備上用環(huán)氧樹脂制造的套管、觸頭盒、極柱、支撐絕緣子和絕緣筒等[6]。

1.1 絕緣材料

由于環(huán)氧樹脂具有黏接強度大、絕緣性能好以及密封性能優(yōu)異等特點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高低壓電器電子元器件和電機封裝及絕緣行業(yè)。電機封裝及絕緣方面的應(yīng)用如接觸器線圈、電磁鐵、干式變壓器、互感器等，高低壓電器整體全密封絕緣封裝件等。

戢炳強等[7]利用多巴胺優(yōu)異的包覆性能實現(xiàn)對氮化硼(BN)粉末和石墨烯微片(GNPs)的表面修飾，將功能化的BN和GNPs作為導(dǎo)熱填料,制備了系列環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料,研究了填料種類及含量對復(fù)合材料導(dǎo)熱和電絕緣性能的影響。結(jié)果表明，經(jīng)多巴胺改性后的BN和GNPs能比較均勻地分散于環(huán)氧樹脂體系中，當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的填料時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達(dá)到0.61 W/(m·K)，比純環(huán)氧樹脂材料提高了238.9%，且該復(fù)合材料仍保持優(yōu)異的絕緣性能。陳逸儒[8]針對環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器外絕緣以及內(nèi)絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，通過對環(huán)氧樹脂的絕緣老化特性分析、進(jìn)行干式變壓器套管以及避雷器的合理選擇，以滿足變壓器出廠前的工頻交流耐壓、操作沖擊電壓以及雷電過電壓測試。左新斌等[9]針對當(dāng)前高壓線路對絕緣材料性能的要求，以E-51型環(huán)氧樹脂作為原料，分別通過納米SiO2和納米Al2O3對E-51型環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，以介電常數(shù)和閃絡(luò)電壓作為評價標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明，納米Al2O3改性環(huán)氧樹脂具有較大的介電常數(shù)，通過減小納米材料的粒徑，并經(jīng)偶聯(lián)劑處理后可有效提高絕緣材料的介電常數(shù)和閃絡(luò)電壓，進(jìn)而提高整體性能。

1.2 導(dǎo)電材料

電力系統(tǒng)的接地網(wǎng)所用的傳統(tǒng)材料是金屬材料，使用時直接埋入地下，容易受到電化學(xué)腐蝕而遭到破壞，從而危及地面設(shè)備的安全運行。崔弘妍等[10]以石墨和環(huán)氧樹脂為原料，通過填充碳纖維織布，摻雜金屬粉，采用混煉-模壓成型工藝制備了石墨/環(huán)氧樹脂導(dǎo)電復(fù)合材料。結(jié)果表明，該復(fù)合材料具有較好的導(dǎo)電性和力學(xué)性能。孫永遠(yuǎn)[11]利用阻燃導(dǎo)電預(yù)處理后的填料制備復(fù)合材料，并研究了材料的力學(xué)性能、導(dǎo)電性能、阻燃性能等。張帆等[12]研究了改性后預(yù)處理過程對復(fù)合材料導(dǎo)電性能的影響，并進(jìn)一步分析了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成的原因。研究表明，100 ℃、10 h預(yù)處理后，體系黏度增大，表現(xiàn)出明顯的非牛頓流體行為，復(fù)合材料的導(dǎo)電性能得到提高。當(dāng)填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時，處理后體系的體積電阻率明顯降低。

1.3 電子元器件

環(huán)氧樹脂以其良好的綜合性能和可設(shè)計性在工程材料領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，更因其具有較強的開發(fā)潛力而在電力互感、集成電路、覆銅板材料、絕緣封裝件、導(dǎo)電膠黏劑等電子電器材料領(lǐng)域中受到了越來越多的重視[13]。孔令龍[14]以環(huán)氧絕緣子為研究對象，從環(huán)氧絕緣子配方出發(fā)，采用4種不同的硅烷偶聯(lián)劑對微米氧化鋁表面進(jìn)行修飾，修飾后的微米氧化鋁/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的體積電阻率、介電性能、擊穿場強等均得到改善。楊建明[15]采用化學(xué)鍍方法制得了具有較大長徑比和高導(dǎo)電率的鍍鎳碳纖維，并采用模壓加化學(xué)發(fā)泡的方法制備了環(huán)氧樹脂/鍍鎳碳纖維導(dǎo)電復(fù)合泡沫。

2 環(huán)氧樹脂市場情況分析

2.1 生產(chǎn)情況

我國環(huán)氧樹脂裝置分布區(qū)域主要是江蘇、廣東、安徽、山東等，其中江蘇地區(qū)大型裝置較為集中，占全國總產(chǎn)能的50%左右，其他地區(qū)生產(chǎn)裝置較為分散，但多與下游需求對應(yīng)分布，國內(nèi)環(huán)氧樹脂應(yīng)用最集中的地區(qū)是華南和華東。固體環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)主要集中在安徽黃山地區(qū)，占全國固體環(huán)氧樹脂總產(chǎn)量的60%，液體環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)主要集中在江蘇[16]。表1為2019年國內(nèi)主要環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能情況。

表1 2019年國內(nèi)主要環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能

國內(nèi)環(huán)氧樹脂產(chǎn)能排名第一的是江蘇三木集團(tuán)公司，產(chǎn)能約為27.00萬t/a，占總產(chǎn)能的12.71%，排名第二的是昆山南亞環(huán)氧樹脂公司，產(chǎn)能為25.00萬t/a，占總產(chǎn)能的11.77%，圖1為2019年國內(nèi)環(huán)氧樹脂產(chǎn)能分布圖。

圖1 2019年國內(nèi)環(huán)氧樹脂產(chǎn)能分布圖

國內(nèi)環(huán)氧樹脂產(chǎn)能占全球的45%，2000年我國環(huán)氧樹脂產(chǎn)能為16萬t/a，2007年產(chǎn)能達(dá)到100萬t/a，2019產(chǎn)能進(jìn)一步增至230萬t/a，預(yù)計未來中國環(huán)氧樹脂產(chǎn)能還將進(jìn)一步增長。2018年4月商務(wù)部出臺的對美國加征關(guān)稅商品清單中也有環(huán)氧樹脂，這有利于國內(nèi)環(huán)氧樹脂企業(yè)的發(fā)展。

廣州宏昌電子材料工業(yè)有限公司是中國第一家高端電子級環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廠商，電子級環(huán)氧樹脂為公司主要產(chǎn)品，應(yīng)用于發(fā)光二極管、覆銅板、電容器、變壓器等電器零部件，以及環(huán)氧模塑料、軍事及航天等特殊用途復(fù)合材料、工藝品與膠黏劑等行業(yè)。公司生產(chǎn)的高端電子級環(huán)氧樹脂完全可以替代進(jìn)口產(chǎn)品，填補了我國高端電子級環(huán)氧樹脂的空白。

2.2 應(yīng)用領(lǐng)域需求分析

環(huán)氧樹脂的消費結(jié)構(gòu)與地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展密切相關(guān)。電子電器行業(yè)是我國環(huán)氧樹脂的最大應(yīng)用領(lǐng)域，約占環(huán)氧樹脂消費量的43%，其次是涂料領(lǐng)域， 約占環(huán)氧樹脂消費量的41%，復(fù)合材料及其他領(lǐng)域約占環(huán)氧樹脂消費量的9%，膠黏劑約占環(huán)氧樹脂消費量的7%。每個領(lǐng)域發(fā)展速度略有差異，但總體呈正增長趨勢[17-18]，環(huán)氧樹脂消費結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 環(huán)氧樹脂消費結(jié)構(gòu)

2.3 價格走勢分析

根據(jù)以往，環(huán)氧樹脂每年都會經(jīng)歷至少一大波漲價，2020年經(jīng)過兩波漲價后，環(huán)氧樹脂價格已經(jīng)突破了10年以來的高點[19]。環(huán)氧樹脂出廠價格走勢如圖3所示。

日期圖3 環(huán)氧樹脂出廠價格走勢圖

環(huán)氧樹脂價格的狂飆，很大一部分原因是其上游原料價格的大幅上漲，成本的拉升使廠商不得不跟漲。環(huán)氧樹脂最主要的原料之一是雙酚A，2020年11月雙酚A價格為1.48萬元/t，創(chuàng)年內(nèi)新高，國產(chǎn)貨源非常緊張，進(jìn)口貨源也是只有少數(shù)大型貿(mào)易商手中有貨；另一重要原料環(huán)氧氯丙烷市場也呈現(xiàn)漲價趨勢，2020年11月環(huán)氧氯丙烷價格為1.25萬元/t。環(huán)氧樹脂雙原料行情走勢堅挺，加之市場供需基本面良好，多重利好有望持續(xù)給予行情一定支撐，市場分析師預(yù)計環(huán)氧樹脂整體市場行情有望延續(xù)[20]。

2.4 進(jìn)出口情況

目前我國已是世界最大的環(huán)氧樹脂生產(chǎn)國和消費國，中低端產(chǎn)品已基本能夠自給，但部分高端產(chǎn)品仍需進(jìn)口。據(jù)中國海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年我國環(huán)氧樹脂進(jìn)出口貿(mào)易總額為113 442萬美元，同比下降3.09%，2020年1月～11月中國環(huán)氧樹脂進(jìn)出口貿(mào)易總量如圖4所示[21-22]。

月份圖4 2020年1月～11月中國環(huán)氧樹脂進(jìn)出口貿(mào)易總量

從進(jìn)口來源國(地區(qū))方面來看，2020年1月～5月中國臺灣依舊處于榜首位置，進(jìn)口量占比為35.29%，其次為韓國和美國，占比分別為25.74%、12.10%。國內(nèi)環(huán)氧樹脂貨緊價高，且存套利空間，進(jìn)口量有增無減。2020年1月～5月中國環(huán)氧樹脂行業(yè)進(jìn)口來源國(地區(qū))統(tǒng)計如圖5所示。

圖5 2020年1月～5月中國環(huán)氧樹脂行業(yè)進(jìn)口來源國(地區(qū))

從出口來源國(地區(qū))方面，據(jù)海關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年1月～5月中國環(huán)氧樹脂主要出口泰國，出口量為786.15 萬t，占比約為24%，其次是越南，占比約為12%，其他出口地區(qū)占比均在10%以下，2020年1月～5月中國環(huán)氧樹脂行業(yè)出口來源國(地區(qū))統(tǒng)計如圖6所示。

圖6 2020年1月～5月中國環(huán)氧樹脂行業(yè)出口來源國(地區(qū))

3 結(jié)束語

環(huán)氧樹脂的產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括環(huán)氧氯丙烷和雙酚A，下游為涂料、復(fù)合材料、電子電器等應(yīng)用領(lǐng)域。電子電器領(lǐng)域中主要以高端環(huán)氧樹脂作為原料，目前我國能夠用于電子電器領(lǐng)域的高端環(huán)氧樹脂生產(chǎn)量還很少，而且品種也比較少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場需求。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，環(huán)氧樹脂在電子電器領(lǐng)域中的應(yīng)用會更加廣泛，應(yīng)用量會更多，必須要解決長期依靠進(jìn)口的問題，這就對環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)和研究單位提出了更高要求。可以預(yù)測未來10年，中國環(huán)氧樹脂行業(yè)將會進(jìn)一步規(guī)范，生產(chǎn)成本過高、環(huán)保不合格、產(chǎn)品檔次低的企業(yè)將會被淘汰。