环氧树脂在电器领域中的应用及市场分析

毕治功

(神华(福州)罗源湾港电有限公司，福建 福州 350000)

环氧树脂是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物，多种含有活泼氢的化合物可使具有化学活性的环氧基开环形成网状结构。环氧树脂具有优良的电绝缘性能、物理机械性能和黏接性能，比其他热固性材料更具有使用工艺的灵活性，可以制成涂料、浇注料、胶黏剂、复合料、注射成型料和模压料等，广泛应用于国民经济的各个领域[1-2]。

在电子电器领域，环氧树脂主要应用于绝缘子和电力互感器以及变压器等电器浇注材料、半导体元件和集成电路塑封材料、灌封材料、绝缘涂料、覆铜板和线路板材料、高压绝缘子芯棒、绝缘零部件绝缘胶黏剂等绝缘材料[3-5]。

1 环氧树脂在电器领域中的应用

以环氧树脂为基材的绝缘件广泛应用于电器领域，如在三相交流高压开关设备上用环氧树脂制造的套管、触头盒、极柱、支撑绝缘子和绝缘筒等[6]。

1.1 绝缘材料

由于环氧树脂具有黏接强度大、绝缘性能好以及密封性能优异等特点，已经广泛应用于高低压电器电子元器件和电机封装及绝缘行业。电机封装及绝缘方面的应用如接触器线圈、电磁铁、干式变压器、互感器等，高低压电器整体全密封绝缘封装件等。

戢炳强等[7]利用多巴胺优异的包覆性能实现对氮化硼(BN)粉末和石墨烯微片(GNPs)的表面修饰，将功能化的BN和GNPs作为导热填料,制备了系列环氧树脂导热绝缘复合材料,研究了填料种类及含量对复合材料导热和电绝缘性能的影响。结果表明，经多巴胺改性后的BN和GNPs能比较均匀地分散于环氧树脂体系中，当添加质量分数为30%的填料时，复合材料的热导率达到0.61 W/(m·K)，比纯环氧树脂材料提高了238.9%，且该复合材料仍保持优异的绝缘性能。陈逸儒[8]针对环氧树脂浇注干式变压器外绝缘以及内绝缘结构进行设计，通过对环氧树脂的绝缘老化特性分析、进行干式变压器套管以及避雷器的合理选择，以满足变压器出厂前的工频交流耐压、操作冲击电压以及雷电过电压测试。左新斌等[9]针对当前高压线路对绝缘材料性能的要求，以E-51型环氧树脂作为原料，分别通过纳米SiO2和纳米Al2O3对E-51型环氧树脂进行改性，以介电常数和闪络电压作为评价标准。结果表明，纳米Al2O3改性环氧树脂具有较大的介电常数，通过减小纳米材料的粒径，并经偶联剂处理后可有效提高绝缘材料的介电常数和闪络电压，进而提高整体性能。

1.2 导电材料

电力系统的接地网所用的传统材料是金属材料，使用时直接埋入地下，容易受到电化学腐蚀而遭到破坏，从而危及地面设备的安全运行。崔弘妍等[10]以石墨和环氧树脂为原料，通过填充碳纤维织布，掺杂金属粉，采用混炼-模压成型工艺制备了石墨/环氧树脂导电复合材料。结果表明，该复合材料具有较好的导电性和力学性能。孙永远[11]利用阻燃导电预处理后的填料制备复合材料，并研究了材料的力学性能、导电性能、阻燃性能等。张帆等[12]研究了改性后预处理过程对复合材料导电性能的影响，并进一步分析了导电网络形成的原因。研究表明，100 ℃、10 h预处理后，体系黏度增大，表现出明显的非牛顿流体行为，复合材料的导电性能得到提高。当填料质量分数为30%时，处理后体系的体积电阻率明显降低。

1.3 电子元器件

环氧树脂以其良好的综合性能和可设计性在工程材料领域得到了广泛应用，更因其具有较强的开发潜力而在电力互感、集成电路、覆铜板材料、绝缘封装件、导电胶黏剂等电子电器材料领域中受到了越来越多的重视[13]。孔令龙[14]以环氧绝缘子为研究对象，从环氧绝缘子配方出发，采用4种不同的硅烷偶联剂对微米氧化铝表面进行修饰，修饰后的微米氧化铝/环氧树脂复合材料的体积电阻率、介电性能、击穿场强等均得到改善。杨建明[15]采用化学镀方法制得了具有较大长径比和高导电率的镀镍碳纤维，并采用模压加化学发泡的方法制备了环氧树脂/镀镍碳纤维导电复合泡沫。

2 环氧树脂市场情况分析

2.1 生产情况

我国环氧树脂装置分布区域主要是江苏、广东、安徽、山东等，其中江苏地区大型装置较为集中，占全国总产能的50%左右，其他地区生产装置较为分散，但多与下游需求对应分布，国内环氧树脂应用最集中的地区是华南和华东。固体环氧树脂生产企业主要集中在安徽黄山地区，占全国固体环氧树脂总产量的60%，液体环氧树脂生产企业主要集中在江苏[16]。表1为2019年国内主要环氧树脂生产企业及产能情况。

表1 2019年国内主要环氧树脂生产企业及产能

国内环氧树脂产能排名第一的是江苏三木集团公司，产能约为27.00万t/a，占总产能的12.71%，排名第二的是昆山南亚环氧树脂公司，产能为25.00万t/a，占总产能的11.77%，图1为2019年国内环氧树脂产能分布图。

图1 2019年国内环氧树脂产能分布图

国内环氧树脂产能占全球的45%，2000年我国环氧树脂产能为16万t/a，2007年产能达到100万t/a，2019产能进一步增至230万t/a，预计未来中国环氧树脂产能还将进一步增长。2018年4月商务部出台的对美国加征关税商品清单中也有环氧树脂，这有利于国内环氧树脂企业的发展。

广州宏昌电子材料工业有限公司是中国第一家高端电子级环氧树脂生产厂商，电子级环氧树脂为公司主要产品，应用于发光二极管、覆铜板、电容器、变压器等电器零部件，以及环氧模塑料、军事及航天等特殊用途复合材料、工艺品与胶黏剂等行业。公司生产的高端电子级环氧树脂完全可以替代进口产品，填补了我国高端电子级环氧树脂的空白。

2.2 应用领域需求分析

环氧树脂的消费结构与地区的经济发展密切相关。电子电器行业是我国环氧树脂的最大应用领域，约占环氧树脂消费量的43%，其次是涂料领域， 约占环氧树脂消费量的41%，复合材料及其他领域约占环氧树脂消费量的9%，胶黏剂约占环氧树脂消费量的7%。每个领域发展速度略有差异，但总体呈正增长趋势[17-18]，环氧树脂消费结构如图2所示。

图2 环氧树脂消费结构

2.3 价格走势分析

根据以往，环氧树脂每年都会经历至少一大波涨价，2020年经过两波涨价后，环氧树脂价格已经突破了10年以来的高点[19]。环氧树脂出厂价格走势如图3所示。

日期图3 环氧树脂出厂价格走势图

环氧树脂价格的狂飙，很大一部分原因是其上游原料价格的大幅上涨，成本的拉升使厂商不得不跟涨。环氧树脂最主要的原料之一是双酚A，2020年11月双酚A价格为1.48万元/t，创年内新高，国产货源非常紧张，进口货源也是只有少数大型贸易商手中有货；另一重要原料环氧氯丙烷市场也呈现涨价趋势，2020年11月环氧氯丙烷价格为1.25万元/t。环氧树脂双原料行情走势坚挺，加之市场供需基本面良好，多重利好有望持续给予行情一定支撑，市场分析师预计环氧树脂整体市场行情有望延续[20]。

2.4 进出口情况

目前我国已是世界最大的环氧树脂生产国和消费国，中低端产品已基本能够自给，但部分高端产品仍需进口。据中国海关数据显示，2019年我国环氧树脂进出口贸易总额为113 442万美元，同比下降3.09%，2020年1月～11月中国环氧树脂进出口贸易总量如图4所示[21-22]。

月份图4 2020年1月～11月中国环氧树脂进出口贸易总量

从进口来源国(地区)方面来看，2020年1月～5月中国台湾依旧处于榜首位置，进口量占比为35.29%，其次为韩国和美国，占比分别为25.74%、12.10%。国内环氧树脂货紧价高，且存套利空间，进口量有增无减。2020年1月～5月中国环氧树脂行业进口来源国(地区)统计如图5所示。

图5 2020年1月～5月中国环氧树脂行业进口来源国(地区)

从出口来源国(地区)方面，据海关数据统计，2020年1月～5月中国环氧树脂主要出口泰国，出口量为786.15 万t，占比约为24%，其次是越南，占比约为12%，其他出口地区占比均在10%以下，2020年1月～5月中国环氧树脂行业出口来源国(地区)统计如图6所示。

图6 2020年1月～5月中国环氧树脂行业出口来源国(地区)

3 结束语

环氧树脂的产业链上游主要包括环氧氯丙烷和双酚A，下游为涂料、复合材料、电子电器等应用领域。电子电器领域中主要以高端环氧树脂作为原料，目前我国能够用于电子电器领域的高端环氧树脂生产量还很少，而且品种也比较少，远远不能满足市场需求。随着我国经济的飞速发展，环氧树脂在电子电器领域中的应用会更加广泛，应用量会更多，必须要解决长期依靠进口的问题，这就对环氧树脂生产企业和研究单位提出了更高要求。可以预测未来10年，中国环氧树脂行业将会进一步规范，生产成本过高、环保不合格、产品档次低的企业将会被淘汰。