化工新材料产业观察系列报告：超高分子量聚乙烯：特种材料新星，新能源及机器人双轮驱动成长

超高分子量聚乙烯：高分子量的线形特种材料。超高分子量聚乙烯是由乙烯经过茂金属催化剂等催化合成，其分子量在150万-600万。因其较高的分子量及线形结构，超高分子量聚乙烯具有超强的耐磨性、自润滑性，强度比较高、化学性质稳定、抗老化性能等，主要用于国防军工、航空航天、新能源、户外/家纺、医疗、海洋、人形机器人等领域。 全球市场需求达百亿，新能源及机器人有望驱动需求爆发。根据Grand View Research的统计，2030年全球超高分子量聚乙烯树脂市场规模预计达到63.1亿美元，2025-2030年均复合增速为15.8%，而根据GYR的统计和预测，超高分子量聚乙烯纤维口径2023年市场规模预计为10.35亿美元。超高分子量聚乙烯下游主要用于锂电池隔膜、军工防弹防爆设备、户外用具、医疗器械等场景，并且未来可能用于人形机器人的腱绳材料。根据隆众资讯统计，2023年隔膜领域需求达到11万吨，占总表观需求量的40%，板材及异型材需求量达到7万吨，占总表观需求量的25%，纤维、管材占比分别为15%、13%。预计随着锂电池、人形机器人、军工等需求的拉动，超高分子量聚乙烯需求增速可观。 国产化率显著提升，成本及效率持续优化。超高分子量聚乙烯树脂最早由德国Hoechst公司在1958年将其商业化，荷兰DSM公司在20世纪70年代将纤维产业化。虽然性能优异，但高昂的成本限制其市场空间。中国北京助剂二厂在1994年首次实现万吨级产线投产，1999年东华大学实现超高分子量聚乙烯纤维的产业化合成。至此，中国企业开始持续投入超高分子量聚乙烯行业。近年来，随着锂电池隔膜需求显著增长，国内超高分子量聚乙烯树脂产能快速释放，截至目前，国内超高分子量聚乙烯在产产能合计约为27万吨/年，在建产能32万吨，另有约48万吨/年拟新建产能。国内企业内卷的结果是生产成本的快速下降以及生产效率的快速提升。超高分子量聚乙烯树脂的单价从2017年的1.59万元/吨下降至2023年的1.39万元/吨，超高分子量聚乙烯纤维的单价从2017年的10.44万元/吨下降至2023年的8.11万元/吨。 纤维环节具有更高的技术壁垒与资金壁垒，因而产品附加值更高。超高分子量聚乙烯树脂近5年均价为1.3-1.4万元/吨，而超高分子量聚乙烯纤维单价虽然持续下降，但价格在6万元/吨以上。一方面，纤维的纺丝工艺更为复杂，技术壁垒更高；另一方面，纤维环节的投资强度更大，玩家相对较少。超高分子量聚乙烯树脂的单吨投资额为2.28万元，而超高分子量聚乙烯纤维单吨投资额为8.35万元，远高于树脂环节，因此具有更高的资金壁垒。 建议关注：1）同益中：公司拥有超高分子量聚乙烯纤维产能8560吨，无纬布产能2175吨。2）南山智尚：公司目前超高分子量聚乙烯纤维产能合计为3600吨。 3）联泓新科：公司拥有2万吨隔膜级超高分子量聚乙烯树脂产能。4）东方盛虹：公司拥有2万吨超高分子量聚乙烯树脂产能。 风险提示：新产能投放速度超预期导致价格大幅下跌；下游军工、医疗等需求不及预期等。 投资主题 报告亮点 1、本报告较为详细的分析了超高分子量聚乙烯树脂及纤维材料的材料本征特性、产业链分布、合成壁垒及投资强度、供给格局、需求空间测算等。 2、本报告详细测算了锂电隔膜对超高分子量聚乙烯树脂的需求空间。 投资逻辑 全球市场需求达百亿，新能源及机器人有望驱动需求爆发。根据Grand View Research的统计，2030年全球超高分子量聚乙烯树脂市场规模预计达到63.1亿美元，2025-2030年均复合增速为15.8%，而根据GYR纤维口径2023年市场规模预计为10.35亿美元。超高分子量聚乙烯下游主要用于锂电池隔膜、军工防弹防爆设备、户外用具、医疗器械等场景，并且未来可能用于人形机器人的腱绳材料。预计随着锂电池、人形机器人、军工等需求的拉动，超高分子量聚乙烯需求增速可观。 国产化率显著提升，成本及效率持续优化。超高分子量聚乙烯树脂最早由德国Hoechst公司在1958年将其商业化，荷兰DSM公司在20世纪70年代将纤维产业化。虽然性能优异，但高昂的成本限制其市场空间。近年来，随着锂电池隔膜需求显著增长，国内超高分子量聚乙烯树脂产能快速释放，截至目前，国内超高分子量聚乙烯在产产能合计约为27万吨/年，在建产能32万吨，另有约48万吨/年拟新建产能。国内企业内卷的结果是生产成本的快速下降以及生产效率的快速提升。超高分子量聚乙烯树脂的单价从2017年的1.59万元/吨下降至2023年的1.39万元/吨，超高分子量聚乙烯纤维的单价从2017年的10.44万元/吨下降至2023年的8.11万元/吨。 建议关注：1）同益中：公司拥有超高分子量聚乙烯纤维产能8560吨，无纬布产能2175吨。2）南山智尚：公司目前超高分子量聚乙烯纤维产能合计为3600吨。3）联泓新科：公司拥有2万吨隔膜级超高分子量聚乙烯树脂产能。4）东方盛虹：公司拥有2万吨超高分子量聚乙烯树脂产能。 一、超高分子量聚乙烯：高强度高耐磨材料，国产化推进成长 超高分子量聚乙烯（UHMWPE超高分子量聚乙烯）是一种分子量在150万至600万之间的聚乙烯材料，其分子链是线型结构，具有超强的耐磨性、自润滑性，强度比较高、化学性质稳定、抗老化性能： 1）耐磨性：超高分子量聚乙烯的耐磨性是所有工程塑料中最好的之一，其耐磨性是普通聚乙烯的数倍。因此可以用于户外绳索用具以及人工关节中。 2）耐冲击性：即使在低温下，超高分子量聚乙烯也能保持优异的耐冲击性，甚至在液氮中（-196℃）也表现出良好的冲击强度。因此可以用于防弹防爆设备中。 3）自润滑性：由于其低摩擦系数，超高分子量聚乙烯具有良好的自润滑性，适用于需要低摩擦的应用场景。 4）化学稳定性&生物相容性：超高分子量聚乙烯具有良好的化学稳定性，耐腐蚀性强，不易被化学物质侵蚀。 5）轻量化：其密度仅为0.935 g/cm³，比其他工程塑料低，制品具有轻量化特点。 图表1超高分子量聚乙烯纤维 图表2超高分子量聚乙烯关节件 图表3超高分子量聚乙烯与聚乙烯分子结构差异 超高分子量聚乙烯由乙烯聚合而成，且以超高的分子量区别于常规的聚乙烯产品。从产业链来看，乙烯经过特殊催化剂聚合成高分子量的聚乙烯树脂，树脂经过进一步的加工，分为板材、管材、纤维和隔膜类产品，终端下游涵盖国防军工、航空航天、新能源、户外/家纺、医疗、海洋等领域。 图表4超高分子量聚乙烯产业链图 二、供给格局：国内加速扩产，性价比持续提升 （一）超高分子量聚乙烯树脂的合成壁垒主要在于催化和聚合技术 超高分子量聚乙烯树脂商业化接近70年。超高分子量聚乙烯最早诞生于20世纪50年代，由美国的联合化学公司采用齐格勒-纳塔催化剂合成。1958年德国Hoechst公司将其商业化。20世纪70年代，日本三井化学、荷兰DSM公司先后发明注射成型技术和凝胶纺丝技术加速超高分子量聚乙烯工业化。 超高分子量聚乙烯的合成壁垒主要在催化技术和聚合技术。超高分子量聚乙烯主要由过渡金属催化剂配位聚合合成。由于超高分子量聚乙烯流动性差、熔融状态下黏度高，很难用一般的方法加工，而主要采用压制烧结、柱塞挤出、注射成型、凝胶纺丝等工艺进行加工，其中关键步骤在于催化技术和聚合技术。 催化技术：用于超高分子量聚乙烯聚合的催化剂按照不同的发展阶段分为三类：Ziegler-Natta（Z-N）催化剂、茂金属催化剂和非茂过渡金属催化剂，Z-N催化剂是最早的催化剂路线，也是目前最主流路线，而后续发展的茂金属催化剂路线更适用于高纯度薄膜及医用级的聚合。 图表5催化剂路线优劣对比 聚合技术：主要有高压聚合、气相聚合、淤浆聚合与溶液聚合等工艺，目前生产超高分子量聚乙烯树脂的工业装置大多采用淤浆聚合。淤浆工艺进一步分为搅拌釜工艺与环管工艺，具体细分为Hostalen釜式淤浆技术、CX釜式淤浆技术与环管淤浆技术，其中Hostalen釜式淤浆技术产品稳定性高，但是溶剂回收复杂、生产过程中的能耗较高。CX釜式淤浆技术连续化效率高，但是干燥工艺繁琐，成本高。环管淤浆技术规模经济性较好，但对原料纯度要求较高。 图表6聚合路线优劣对比 中国超高分子量聚乙烯的研发始于20世纪70年代。20世纪70年代，安徽化工研究院、上海化工研究院、上海高桥化工厂、广州塑料厂、北京助剂二厂等对超高分子量聚乙烯材料进行了研发、设备引进以及工业化生产的尝试。到了80年代初期，北京市塑料研究所成功制备得到超高分子量聚乙烯髋臼和金属股骨组成人工髋关节，同时期开始超高分子量聚乙烯纤维的研发。 北京助剂二厂在1994年首次实现万吨级产线投产。据艾邦高分子，1994年北京助剂二厂建立了1万吨/年的超高分子量聚乙烯生产线，产品质量经过多年研发和改进，有了明显提高，但该企业已于2012年8月停产。1999年东华大学及各家企业、科研院校进行产学研结合，发明混合溶剂凝胶纺丝新工艺，打破了超高分子量聚乙烯纤维的技术封锁。 2001年超高分子量聚乙烯管材被科学技术部列为国家科技成果重点推广计划，并被列为优先发展的高科技产业重点领域项目。2013年扬子石化研究院开始了锂电池隔膜超高分子量聚乙烯专用料的工业化研发，并于2017年首次实现了超高分子量聚乙烯隔膜专用料的工业化试生产，打破了该产品完全依靠进口的局面。 新能源需求带动国内企业加码投入，行业产能高速增长。近年来，随着国内技术的突破以及下游需求的快速增长，我国超高分子量聚乙烯行业扩产加速，行业规模快速扩大。 截至目前，国内超高分子量聚乙烯在产产能合计约为27万吨/年，在建产能32万吨，另有约48万吨/年拟新建产能。 图表7国内超高分子量聚乙烯树脂企业产能明细 （二）超高分子量聚乙烯纤维的技术壁垒及资金壁垒更高，具备更高的附加值 超高分子量聚乙烯纤维的生产需要进一步的纺丝工艺。目前根据使用溶剂及脱除方式不同，分为干法路线和湿法路线。干法路线以荷兰DSM公司为代表，生产的Dyneema系列纤维针对不同的应用领域，力学性能优良，产品质量稳定。湿法路线是目前国内外纤维企业用得更多的一种工艺技术路线，最早是1985年由美国Honeywell公司购买DSM专利后进行产业化生产。湿法路线使用低挥发性溶剂（如白油），需通过凝固浴析出纤维，流程较长但成本较低。 图表8纺丝工艺路线对比 目前全球超高分子量聚乙烯纤维总产能约为6.61万吨，多数生产装置集中在国内。此外还有1.36万吨在建产能。荷兰帝斯曼曾是全球首家实现超高分子量聚乙烯纤维工业化生产的企业，2022年其超高分子量聚乙烯纤维业务被美国埃万特收购，目前埃万特是超高分子量聚乙烯纤维全球最大、产品质量最佳、品牌最全的生产厂商。美国霍尼韦尔、日本东洋纺也是海外超高分子量聚乙烯纤维的主要玩家。国内企业则以江苏九九久、同益中、山东爱地、南山智尚为主要代表企业。 图表9超高分子量聚乙烯纤维产能明细（2025年，单位：万吨） 超高分子量聚乙烯纤维的价值量高于超高分子量聚乙烯树脂。从同益中的招股书可以看出，公司采购的超高分子量聚乙烯粉的单价约在1.5万/吨，而制成的超高分子量聚乙烯纤维的售价在2017-2019年可以达到10万元/吨，纤维的价值量高于树脂。 图表10超高分子量聚乙烯树脂及纤维的价格对比 超高分子量聚乙烯纤维的资金壁垒高于超高分子量聚乙烯树脂。超高分子量聚乙烯纤维环节的投资强度高于树脂环节，根据同益中的IPO项目以及东方盛虹子公司斯尔邦石化的已投产项目为例，超高分子量聚乙烯树脂的单吨投资额为2.28万元，而超高分子量聚乙烯纤维单吨投资额为8.35万元，远高于树脂环节，因此具有更高的资金壁垒。从供给格局来看，纤维环节的格局也相对优于树脂环节。 图表11超高分子量聚乙烯数树脂及纤维投资额对比 随着国产化替代的逐步演进，超高分子量聚乙烯纤维的成本持续优化。从同益中的报表可以看出，虽然超高分子量聚乙烯纤维的单价总体呈下降趋势，但单吨成本也随着下降，以至于同益中常年维持30%+毛利率。从单吨成本的拆分来