人形机器人关键材料：PEEK材料全景解析
时间：2024-12-02 12:34
上述文章报告出品方/作者：乐晴智库精选；仅供参考，投资者应独立决策并承担投资风险。
上周特斯拉发布了人形机器人Optimus-Gen2最新视频，展示了其灵巧手的最新进展。
马斯克计划将于2025年“小批量”生产Optimus，供特斯拉内部使用，并有望在2026年实现“大批量”出货，销售给其他客户。特斯拉Optimus-Gen2二代人形机器人在不牺牲性能的情况下减重10公斤，主要依靠的是一种轻量化材料：PEEK材料。PEEK材料在特斯拉人形机器人的关节、四肢、躯体和四肢骨架等部位都有广泛应用，轻量化特性有助于降低人形机器人的整体重量，提高机器人的能效和灵活性，成为人形机器人“轻量化”的解决方案。
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机器人常用的轻量化材料包括镁合金、铝合金、碳纤维复合材料、工程塑料等。在当前“以塑代钢”和“轻量化”的大背景下，PEEK材料作为一种高分子新材料，以其优异的性能用于在中高端领域逐步替换金属材料的使用。PEEK（聚醚醚酮）材料是金字塔尖的特种工程塑料，具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、自润滑等特性，其绝缘性和耐化学性方面均优于普通金属。密度约为铝合金的一半，能够实现轻量化，同时保持高强度和刚性。这种材料的主要应用场景为航空航天、电子电气、机器人、汽车、能源、医疗等多个领域。其中，当前市场份额最大的领域是航空航天，未来人形机器人有望成为增速最快的应用方向之一。
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PEEK材料在人形机器人中的应用
根据公开披露数据对比，特斯拉、优必选、智元等机器人平均重量约在58Kg。PEEK齿轮：应用于人形机器人的关节四肢等部位，提供稳定的传动和支撑。PEEK轴承：应用于人形机器人的关节等位置，具有优异的耐磨性和自润滑性，能够减少摩擦和磨损，提高机器人的使用寿命。PEEK骨架：应用于人形机器人的躯体和四肢，相比金属材料，PEEK骨架能够减重40%，同时保持足够的强度和刚性，满足机器人的负载和灵活性需求。
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PEEK材料产业链梳理
PEEK属于合成树脂，产业链上游是化学原料和化学纤维制造行业，原材料主要包括氟酮（最关键）、对苯二酚、二苯砜和碳酸钠等，添加剂包含碳纤维、玻璃纤维和PTFE；中游包括PEEK颗粒、PEEK粉末、PEEK增强颗粒等PEEK产品制造；下游为各类终端领域。
PEEK材料产业链上游材料
PEEK的生产需要使用高纯度的原材料，并对原材料进行严格的筛选和处理，以确保最终产品的质量。产业链上游原材料整体成本占比较高，其中氟酮成本占比过半。氟酮（DFBP）是合成PEEK的关键原材料，其纯度和品质直接影响PEEK的产品质量。氟酮合成工艺复杂价格高昂，每生产1吨PEEK需要消耗约0.7-0.8吨氟酮单体。在全球范围内除英国威格斯有部分自有产能以及印度有少许产能外，全球氟酮主要产能集中在我国的三家企业：新瀚新材，中欣氟材和营口兴福。根据公开资料，2023年国内主要氟酮由新瀚新材和营口兴福供应，产能分别为4200和2000吨。2023年中欣氟材和新瀚新材分别新增5000、2500吨氟酮进入试生产阶段，2025年全国氟酮总产能有望达1.37万吨。此外，对苯二酚是PEEK聚合反应的主要原材料，占粗粉成本比例15%左右；碳酸钠成本占比仅占1%，且为大宗化学品，由PEEK带来的弹性较小。该环节对进口产品不存在依赖，国内主流对苯二酚生产厂商包含南京华虹化工、南京新化原和上海棋成原力化工等公司。碳纤维、玻璃纤维和PTFE占PEEK复合增强类产品成本约20%，占全部产品成本比例约5%。玻璃纤维随全球需求转移至中国后，逐步实现国产替代，目前碳纤维需求也正在往中国转移，吉林系、宝旌系、上海石化、中复神鹰、中简科技、恒神股份和光威复材等厂商引领国产替代。
PEEK材料中游生产环节
PEEK材料市场中游生产进入门槛高，生产工艺复杂，工业化生产难度大，行业具有较高的壁垒，新进入者难以在短时间内与深耕行业的头部企业抗衡。PEEK的合成过程涉及复杂的化学反应和工艺步骤，需要高度的专业知识和技术实力。国际厂商对其技术、配方、设备等相关知识产权和技术秘密的保护和封锁十分严格，国内厂商完全需要自主研发。在PEEK树脂研发成功后的近50年中，全球范围内仅有英国威格斯、比利时索尔维、德国赢创、中研股份（中国）4家产能达到千吨级的企业。当前全球PEEK生产厂商呈现“一超多强”的竞争格局。英国威格斯是全球最大的PEEK生产商，其次是比利时索尔维和德国赢创，三家企业的产能占比超过全球总产能的80%。目前我国PEEK的研发集中在高校、科研院所和极少数企业之中。主要产能集中在中研股份、浙江鹏孚隆、吉大特塑料等公司。当前国内企业在原料和设备方面具有成本优势，国产PEEK市场售价显著低于国际市场价格。中研股份是全球第四大PEEK生产商，是继英国威格斯、比利时索尔维和德国赢创之后全球第4家PEEK年产能达到千吨级的企业，也是目前PEEK年产能和产量最大的中国企业，现已超越英国威格斯成为中国市场销量最大的公司，在国内市场引领进口替代。当前下游多领域需求跟进，并朝着高端化、精细化方向发展，PEEK的需求量有望持续提升，国产产品售价下降也将带动我国PEEK产品出口量增长。近年来国内企业已突破海外技术封锁，多个国产PEEK产品主要性能指标已达国际先进水平，且得益于较低的原料、人工等成本，高性价比优势明显，PEEK国产替代步伐有望加快。随着全球电子信息、汽车、航空航天产能持续向亚太地区转移，我国PEEK材料市场增长迅猛。在政策扶持下人形机器人和低空经济等新兴领域对PEEK材料需求强劲，国内PEEK材料应用空间十分广阔。
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