一、全氟醚橡膠是合成橡膠中綜合性能最佳品種
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)全氟醚橡膠行業(yè)現(xiàn)狀深度分析與發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告(2025-2032)》顯示,橡膠是具有可逆形變的高彈性聚合物材料,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。根據(jù)使用特性,合成橡膠可分為通用橡膠和特種橡膠兩大類(lèi)。其中特種橡膠根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)主要分為氟橡膠、鹵化丁基橡膠、溶聚丁苯橡膠、丙烯酸酯橡膠、硅橡膠、氟硅橡膠等。而在這其中,氟橡膠因具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、耐油、耐老化性能和優(yōu)良的物理性能等,被稱為“橡膠王”,在特定應(yīng)用領(lǐng)域中占有重要地位。根據(jù)聚合物的化學(xué)組成,氟橡膠可以分為普通氟橡膠、全氟醚橡膠、四丙氟橡膠等。
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全氟醚橡膠是一種高分子彈性材料,由四氟乙烯(TFE,構(gòu)成主鏈)、全氟烷基乙烯基醚(PAVE,形成支鏈)以及少量含硫化點(diǎn)的第三單體(CSM)三元共聚而成,.其分子結(jié)構(gòu)中完全不含C-H鍵使得分子鏈結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,從而賦予其卓越的耐化學(xué)介質(zhì)性能和耐高溫性能等,同時(shí)由于氟原子的電負(fù)性高且體積較大,其形成的緊密保護(hù)層可進(jìn)一步增強(qiáng)全氟醚橡膠的耐化學(xué)介質(zhì)和耐高溫性等。因此,相比普通氟橡膠和四丙氟橡膠,全氟醚橡膠含氟量高,具有更優(yōu)異的物理力學(xué)性能、耐熱性、耐化學(xué)藥品性、抗輻射性、電絕緣性、耐氧化性、低滲透性、阻燃性、耐真空性等優(yōu)點(diǎn),是所有合成橡膠中綜合性能最佳的品種,可有效滿足苛刻工況下的密封需求。
普通氟橡膠、全氟醚橡膠、四丙氟橡膠對(duì)比情況
項(xiàng)目 | 普通氟橡膠(FKM) | 四丙氟橡膠(FEPM) | 全氟醚橡膠(FFKM) |
單體成分 | 偏氟乙烯、六氟丙烯等單體共聚物 | 四氟乙烯與丙烯的共聚物 | 四氟乙烯、全氟烷基乙烯基醚與第三硫化點(diǎn)單體聚合而成 |
化學(xué)鍵結(jié)構(gòu) | 引入氟原子(F),氟原子(F)取代部分氫原子(H);碳-氟鍵(C-F)取代部分碳-氫鍵(CH);碳-氟鍵鍵能高,具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。 | 與普通氟橡膠類(lèi)似,其結(jié)構(gòu)中含有的碳-氟鍵(CF)具有較高鍵能,同樣具備良好的化學(xué)穩(wěn)定性。 | 全氟化改性,氟原子(F)取代全部氫原子(H);碳-氟鍵(C-F)取代全部碳-氫鍵(CH),進(jìn)一步提高其化學(xué)穩(wěn)定性。 |
配方難度 | 中等 | 較高 | 高 |
加工難度 | 加工技術(shù)成熟 | 加工難度較高 | 加工難度極高 |
應(yīng)用領(lǐng)域 | 汽車(chē)工業(yè)、電子設(shè)備、醫(yī)療、機(jī)械、家用電器等 | 汽車(chē)工業(yè)、石油工業(yè)等 | 半導(dǎo)體、液晶面板、光伏、航空航天、石油化工等 |
工況環(huán)境 | 油性介質(zhì)腐蝕、中等化學(xué)腐蝕、高溫環(huán)境 | 油性介質(zhì)腐蝕、強(qiáng)堿性 | 超高溫、極端氣液化學(xué)腐蝕、富等離子體 |
功能用途 | 汽油密封、液壓密封、通用工業(yè)密封等 | 化學(xué)反應(yīng)釜密封、耐堿管道、熱水系統(tǒng)等 | 半導(dǎo)體設(shè)備、航空燃料密封、核反應(yīng)堆密封等 |
物理機(jī)械性能(硬度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等) | 1、硬度(邵氏A):70~95;2、拉伸強(qiáng)度(MPa):10~25;3、斷裂伸長(zhǎng)率(%):150~600 | 1、硬度(邵氏A):65~85;2、拉伸強(qiáng)度(MPa):15~25;3、斷裂伸長(zhǎng)率(%):200~600 | 1、硬度(邵氏A):60~90;2、拉伸強(qiáng)度(MPa):15~25;3、斷裂伸長(zhǎng)率(%):150~300 |
耐高低溫性能 | 工作溫度-20℃~230℃ | 工作溫度-20℃~230℃ | 工作溫度-30℃~300℃ |
耐介質(zhì)性能 | 耐油/酸,不耐堿 | 耐堿/蒸汽、耐燃油 | 優(yōu)異的耐介質(zhì)性能,幾乎能承受一切化學(xué)介質(zhì)和等離子體的腐蝕,對(duì)1,600多種化學(xué)介質(zhì)都具有耐受性。 |
耐等離子體性能 | 耐等離子體性能有限 | 耐等離子體性能有限 | 優(yōu)異的耐等離子體性能 |
超潔凈性能 | 低 | 中 | 高(滿足半導(dǎo)體制造中的超潔凈要求) |
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二、行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,全氟醚橡膠市場(chǎng)擁有廣闊發(fā)展前景
全氟醚橡膠應(yīng)用廣泛,包括半導(dǎo)體、液晶面板、光伏、航空航天、石化和油氣開(kāi)采等工況環(huán)境極為嚴(yán)苛的密封領(lǐng)域。全氟醚橡膠在這些領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色。例如在航空航天領(lǐng)域,全氟醚橡膠展現(xiàn)出了出色的耐腐蝕性和耐高溫性,確保了火箭燃料的安全儲(chǔ)存和運(yùn)輸。在半導(dǎo)體領(lǐng)域,全氟醚橡膠憑借其耐等離子體腐蝕、氣體腐蝕、酸堿腐蝕、高溫腐蝕以及高潔凈度的特性,成為半導(dǎo)體制造中密封件的首選材料,用于O型圈、墊圈等產(chǎn)品,確保芯片生產(chǎn)過(guò)程的密封完整性,減少維修次數(shù),提高安全性和生產(chǎn)效率。因此隨著上述應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展,以及高性能密封材料的需求不斷增長(zhǎng),全氟醚橡膠擁有廣闊發(fā)展前景。與此同時(shí),隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展和工藝技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化,這一材料有望在更多關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,為國(guó)家重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力支撐。
全氟醚橡膠部分應(yīng)用領(lǐng)域情況
應(yīng)用領(lǐng)域 |
具體應(yīng)用場(chǎng)景 |
工作條件 |
重要作用 |
半導(dǎo)體制造 |
光刻工藝:等離子蝕刻機(jī)密封件 |
需具備高耐腐蝕性 |
決定設(shè)備使用壽命,保障蝕刻工藝穩(wěn)定進(jìn)行。 |
晶圓清洗:氫氟酸管路閥門(mén)密封 |
接觸氫氟酸等腐蝕性物質(zhì),單件成本高 |
防止氫氟酸泄漏,確保清洗工藝安全與質(zhì)量。 |
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真空鍍膜 |
要求漏氣率く0.001% |
保障納米級(jí)鍍膜精度,提升芯片制造品質(zhì)。 |
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航天航空 |
火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃料閥 |
面臨-196℃液氧至3000℃燃?xì)獾臉O端溫度 |
實(shí)現(xiàn)極限密封,保障火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃料輸送安全。 |
超音速戰(zhàn)機(jī)液壓系統(tǒng) |
承受20MPa高壓與高頻振動(dòng) |
確保零泄漏,維持戰(zhàn)機(jī)液壓系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 |
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能源化工 |
深海鉆井 |
需抵抗150MPa壓力與硫化氫腐蝕 |
保障鉆井作業(yè)安全,防止泄漏事故。 |
核反應(yīng)堆 |
耐受300℃高溫蒸汽與輻射老化 |
保證核反應(yīng)堆密封性能,維持運(yùn)行安全。 |
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生物制藥 |
疫苗生產(chǎn) |
耐受強(qiáng)氧化劑(如臭氧)、超純水環(huán)境 |
滿足生產(chǎn)環(huán)境要求,確保疫苗質(zhì)量安全。 |
生物反應(yīng)器 |
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保證生物反應(yīng)器密封性。 |
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汽車(chē)領(lǐng)域 |
汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱 |
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能夠承受高溫油腐蝕和高溫環(huán)境的影響,保證汽車(chē)的正常運(yùn)行和使用壽命。 |
石油工業(yè) |
石油開(kāi)采、煉制 |
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全氟醚橡膠能夠抵御這些腐蝕介質(zhì)的侵蝕,確保密封件在惡劣的石油工業(yè)環(huán)境中正常工作,防止泄漏事故的發(fā)生。 |
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三、我國(guó)全氟醚橡膠行業(yè)起步晚、發(fā)展慢,高性能產(chǎn)品仍嚴(yán)重依賴進(jìn)口
我國(guó)全氟醚橡膠行業(yè)起步晚、發(fā)展慢,未來(lái)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)一步推進(jìn)亟需技術(shù)研發(fā)上的重大突破。我國(guó)于20世紀(jì)60年代才開(kāi)始探索全氟醚橡膠自主研發(fā)。到70 年代,中昊晨光(現(xiàn)屬昊華科技(600378.SH))等機(jī)構(gòu)開(kāi)始涉足全氟醚生膠和橡膠的實(shí)驗(yàn)室研究,但受限于生產(chǎn)工藝和原材料供應(yīng),產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,主要停留在試驗(yàn)階段。到80年代-90年代,雖然航天 703 所成功研制了 F-400 型全氟醚橡膠,但受限于生產(chǎn)工藝和成本,工業(yè)化程度低,民用市場(chǎng)仍然依賴進(jìn)口。
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),我國(guó)全氟醚生膠和橡膠行業(yè)發(fā)展逐步加快。一方面,隨著我國(guó)半導(dǎo)體制造、液晶面板、光伏、航空航天、汽油開(kāi)采等高技術(shù)行業(yè)蓬勃發(fā)展,全氟醚氟橡膠的需求將不斷增長(zhǎng)且增速顯著高于其他國(guó)家,含氟材料已被列入國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)目錄。其中,全氟醚橡膠已被工信部發(fā)布的《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄》(2024年版)列入先進(jìn)化工材料,屬于國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的高科技產(chǎn)品。
另一方面,國(guó)內(nèi)企業(yè)也正不斷研究和開(kāi)發(fā)全氟醚生膠和橡膠復(fù)合材料,力求突破關(guān)鍵硫化點(diǎn)單體和合成技術(shù)、新型硫化助劑和配方加工技術(shù)等,不斷拓寬應(yīng)用領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)全氟醚生膠和橡膠的國(guó)產(chǎn)替代、自主可控。例如福建永泓展現(xiàn)了全品類(lèi)生膠的研發(fā)能力,正朝著大規(guī)模量產(chǎn)的目標(biāo)邁進(jìn)。
目前我國(guó)全氟醚生膠行業(yè)相關(guān)研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)水平以及工業(yè)化程度也有較大提升,中昊晨光、三愛(ài)富、巨化股份、福建永泓等少數(shù)機(jī)構(gòu)具備全氟醚生膠合成生產(chǎn)能力;中昊晨光、芯密科技等少數(shù)企業(yè)掌握了全氟醚橡膠的復(fù)配配方和生產(chǎn)工藝技術(shù),實(shí)現(xiàn)了自主開(kāi)發(fā),使得國(guó)產(chǎn)化率正逐步提高。但與國(guó)外領(lǐng)先企業(yè)相比仍有一定差距,尤其是高端產(chǎn)品系列的質(zhì)量和性能還有較大的改善和提升空間,目前仍嚴(yán)重依賴進(jìn)口。例如,當(dāng)前全氟密封圈市場(chǎng)高度依賴進(jìn)口,自給率不足1%,高端半導(dǎo)體級(jí)FFKM的國(guó)產(chǎn)化率也低于15%。
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四、半導(dǎo)體制造領(lǐng)域是當(dāng)前全氟醚橡膠最大下游應(yīng)用市場(chǎng)
全氟醚橡膠主要被用于制成全氟醚橡膠密封件,以滿足不同應(yīng)用工況下的密封需求。根據(jù)不同的產(chǎn)品形態(tài)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),全氟醚橡膠密封件主要包括全氟醚橡膠密封圈、全氟醚橡膠功能部件、墊圈、隔膜等,其能在苛刻條件下保持良好密封性,有效提高設(shè)備使用壽命。其中全氟醚橡膠密封圈是全氟醚橡膠密封件重要產(chǎn)品類(lèi)型之一。
目前全氟醚橡膠密封圈廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、液晶面板、光伏、航空航天、石油化工、醫(yī)療等嚴(yán)苛工況環(huán)境中。其中半導(dǎo)體制造領(lǐng)域是全氟醚橡膠密封圈的最大下游應(yīng)用市場(chǎng)。根據(jù)弗若斯特沙利文統(tǒng)計(jì),2024 年度我國(guó)全氟醚橡膠密封圈市場(chǎng)規(guī)模為70.10 億元,其中應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模為 56.80 億元、占比 81.00%、排名第一。也就是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域是全氟醚橡膠的最大下游應(yīng)用市場(chǎng)。
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半導(dǎo)體是持續(xù)支撐起中國(guó)科技創(chuàng)新發(fā)展的重要領(lǐng)域。在經(jīng)歷2022-2023年市場(chǎng)低迷后,進(jìn)入2024年受存儲(chǔ)芯片、邏輯芯片推動(dòng),半導(dǎo)體市場(chǎng)正在經(jīng)歷從底部開(kāi)始的緩慢復(fù)蘇,從而也帶動(dòng)第三方實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析需求提升。數(shù)據(jù)顯示,2023年,受半導(dǎo)體行業(yè)訂單不足影響,我國(guó)電子氣體市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)速度放緩,為3.9%。2024年,隨著半導(dǎo)體訂單恢復(fù),我國(guó)電子氣體市場(chǎng)逐漸回暖,規(guī)模達(dá)195億元,同比增長(zhǎng)4.3%。預(yù)計(jì)2025年我國(guó)電子氣體市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)至208億元,同比增長(zhǎng)6.7%。
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