聚四氟乙烯应用5G领域

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    2020年全球经济下滑的大背景下，5G时代迎来“新发展”。2020年至2035年，全球预计实际GDP(国内生产总值)将以2.9%的年平均增长率增长，其中5G将贡献0.2%的增长率。5G为年度GDP创造的年度净值达贡献达2.1万亿美元。在此背景下，5G无线通信技术对于网络发展的技术需求，要实现高频传输，必须使用低介电常数、低介质损耗材料，而聚四氟乙烯作为目前有机材料中介电常数最低的材料必将得到广泛应用。
    1.5G的发展历程
    “高可靠体验”物联网时代，5G网络计划2020年正式商用。5G具有低延迟、高速率、低功耗等特点，是将多种新型无线技术和现有无线接入技术集成后的方案总称。
    经过了几十年的发展，5G和之前我们使用的移动网络的最大的区别是高速率，低迟延。传输速度快，波长短，工作频率高，要求材料对信号的干扰小，介电常数和介质损耗小，传统材料无法满足要求，这时候聚四氟乙烯的优异性能显得尤为重要，从而被广泛的应用于5G领域。
    2.5G时代的来临，PTFE需求可能出现大幅增长
    含氟聚合物是化学工业发展到较高水平后的产物，聚四氟乙烯随着各种新兴领域发展成为产量最大、消费增长最快的氟聚物品种。尤其随着5G时代的来临，更加快了聚四氟乙烯需求量的步伐。
    按照实际发展，5G建站密度将至少达到4G的1.5倍，预计建设我国5G宏基站数量将达600万个，聚四氟乙烯材料市场规模约将达到30亿~40亿元。全球5G基站数量将超过800万个。由于2016年中国4G基站数量占全球约65%，假设5G时代中国将进一步领先全球，5G基站数量占全球70%，可推出全球将建设5G宏基站800多万个，高端聚四氟乙烯的市场空间更加庞大，发展前景广阔。所以随着全球5G市场的兴起，高端聚四氟乙烯消费预计将在高频覆铜板、高频线缆、半导体等领域迎来大幅增长。
    2.1 高频高速线缆
    5G时代的快速应用，我国航空航天、国防军事及通信事业的飞速发展，特别是在空中电子系统和无线雷达的不断升级，对电缆的工作频率、传输速度和信号保真度等要求越来越高。不同的绝缘材料决定了电缆的传输速率、功能容量、温度范围和相位幅度稳定性等，并对电缆的柔韧性也有一定影响。聚四氟乙烯是一种优异的电缆材料，具有较理想的电热参数、较好的耐热性能、较低密度和较小的线膨胀系数，在温度变化、弯曲等条件下，绝缘的介电常数变化非常小，是低损电缆的最佳绝缘材料。同时聚四氟乙烯在高频条件下的低介电性能、低损耗因子可以达到高速数据传输线缆所需的性能，在提高电气性能的同时，还可通过发泡等方式进一步减少信号衰减，提高传输速度。
    2.2 半导体制造
    5G正在影响半导体行业的发展，并改变该行业的需求。半导体行业中，1979年以前中国是孕育阶段，1979-1999年中国是起步阶段，1999-2009年中国是全面发展阶段，2009-2019年中国快速发展阶段，2019年以后中国走向半导体强国，这也意味这我国的半导体制造走向发展高峰。半导体在制作过程中，对材料有几大要求：第一，运输及清洗过程有各种强酸和强碱溶液，需要材料的耐渗透性及耐化学性好；第二，根据工艺不同，清洗液会加热到不同的温度，需要材料的耐高温性好；第三，装置的离子析出会影响器件的质量和成品率，需要材料的纯度高。基于以上几点，聚四氟乙烯因各方面优异性能在半导体制造工艺中也发挥着重要作用。
    2.3 高频PCB板
        覆铜板在5G产业链处于上游位置，为PCB提供基板材料，以此构成5G基站，即高频覆铜板是生产PCB的基础材料，5G时代聚四氟乙烯(PTFE)将取代FR-4成为PCB板最佳基材。在5G时代，印刷电路板(PCB)将高度依赖高性能氟聚合物材料，可以提高5G传输的质量，PTFE用于PCB和天线系统中的预浸组件，实现高频连接。高频PCB板材其核心要求是低介电常数(Dk)和低介电损耗因子(Df)：介电常数(Dk)越小越稳定，高频高速性能越优； 介质损耗(Df)越小越稳定，高频高速性能越优。 PTFE作为介电常数和介电损耗最低的树脂，在高频PCB板基材中有着不可取代的地位。目前国内掌握高频覆铜板生产技术并能提供稳定货源的企业较少，部分仍需要依靠进口。
    不同材料的介电常数(Dk)及介质损耗因子(Df)

基板材料	参数
Dk	Df
FR-4	3.9-4.3	0.02-0.025
PTFE	2.17-3.20	0.0013-0.009
LTCC	5.7-9.1	0.0012-0.0063
PI	4.0	0.004-0.007
LCP	2.7-3.16	0.002-0.0045

3.国内产能占市场份额较大，但缺乏高性能产品
    全球聚四氟乙烯产能经过多年的稳定发展，行业竞争格局相对稳定。目前国内聚四氟乙烯产能占全球产能的50%以上，随着近几年中国萤石资源的开发，我国聚四氟乙烯产能整在逐步走向扩大，但技术较国外还相差一定高度，缺乏高性能产品。目前海外产能主要集中在日本大金、美国杜邦、日本旭硝子等企业，具有国际上的领先水平，高性能聚四氟乙烯相对较多，我国高端制品需求大部分还依赖于进口，我国在技术水平上的发展有待快速提高。我国也一直处于贸易逆差状态，而这些很大程度上是受制于核心材料。
    4.国内外高性能氟材料企业近况
    近十年来，国际上从事氟化工的跨国公司通过多年的垄断经营和收购重组，形成了以杜邦为首的氟化工跨国公司，它们是美国杜邦、3M、霍尼韦尔、日本大金、日本旭硝子、比利时苏威、法国阿科玛等，这些氟化工企业占有世界高端氟材料产量的80%。然而随着经济的发展，我国也利用自身具有丰富的萤石矿藏，经过半个世界的发展，已经形成山东东岳、中昊晨光、浙江巨化、江苏梅兰、上海三爱富等为首的氟聚合物生产企业，氟化工的快速发展也推动一批氟化工产业园的建设，其中影响最大的是江苏常熟的国际氟化工园区，聚集了国内外的生产企业，包括上海三爱富、大金氟化工(中国)有限公司及阿科玛(常熟)氟化工有限公司等企业，产业链完整，产业结构合理，是世界最大的氟化工园区。
    高端生产技术及产品主要集中在发达国家，美国杜邦、日本大金等氟化工巨头国外公司占据了高端氟化工市场，在氟材料品种和质量方面遥遥领先并纷纷在中国设立生产基地。但经过不断的努力，山东东岳、四川中昊晨光等国内优秀企业打破了国内高性能聚四氟乙烯依赖于国外的僵局，能产出代替国外产品的高性能产品。
    中昊晨光生产的2022/2021等型号高端聚四氟乙烯分散树脂产品定位于高性能、高端应用，代替了日本同类进口产品。因其下游加工性能好，生产成品稳定，产品传输速率快，受到市场的青睐。
    山东东岳高分子的DF2406和DF161等型号聚四氟乙烯生产高端类产品，已经替代了国外同类进口产品，打破国外产品的唯一性，目前被广泛应用于各个领域。
    随着5G技术的不断发展，相应高频低介电材料的需求也日益增长。含氟聚合物在高频条件下具有良好的低介电性能、低损耗因子，能够为数据中心、信号发射塔及个人电子设备提供超高频和高速性能。因此，随着5G的加速推进和不断扩大，市场对高性能氟聚合物的需求也在不断增长，其需求量指日可待。(来源：卓创资讯)