产业研究 | 化工新材料在半导体、机器人中的跨界突破与商业化前景（附：PDF）

新材料：发展新质生产力，自主可控和产业升级是大国博弈背景下的坚定选择。新材料仍然是中国化工的主要发展方向之一，在2025年下半年的主要方向可能包括产业新需求，人形机器人带来上游相关化工材料需求，以及政策驱动下的新需求方向；此外，包括AI带动的泛半导体领域需求及持续的国产替代；以OLED为代表的消费电子代际更替；合成生物学、COC材料以及其他高附加值产品的发展、关税过后国内对美替代产品的发展进展同样值得关注。

人形机器人指模仿人类外观和行为，具备较高智能化水平的机器人。与传统工业机器人、服务机器人相比， 最大的特点是其与人类相似的“肢体”结构、运动方式和感知方式，并在人工智能大模型的赋能下，从体能、 技能、智能三方面，实现对人的模仿，终端可应用在特种作业、工业、医疗、教育、娱乐、公共服务、家庭或 通用等诸多领域。近年来，随着生成式人工智能技术的重大突破，人形机器人领域吸引了众多科技企业的目光， 包括华为、小米、腾讯、特斯拉以及宇树科技等国内外知名企业纷纷涉足并加大在该领域的投资。

轻量化：特斯拉人形机器人始于 2021 年，三年来进步明显，呈现出轻量化趋势。2023 年 12 月特斯拉发布 Optimus Gen-2 的视频，相比于第一代 Optimus 人形机器人，第二代 Optimus 进步明显，速度快 30%、整体重量 从 73kg 减少到 63kg，重量减轻 10kg。机器人轻量化有以下主要优势：第一，更持久；也就是节能，延长续航 时间。第二，更灵活；轻量化可以降低运动惯性，对电机转矩密度要求也会降低，相同的电机，更轻的本体重 量，也就更容易被驱动和控制，也能够发挥出更大的承载力，使机器人在执行复杂动作时更加流畅和精准。第 三，更耐用；轻量化设计可以降低机器人部件之间的摩擦和磨损，从而延长机器人的整体寿命。第四，更安全， 采用轻量化材料，能够提高机器人的灵活性、续航等，保证在和人类一起协作时不会受到机器伤害。 

PEEK 产业链：PEEK 是综合性能和产品附加值最高的特种工程塑料，性能全面，在刚性方面优于绝大多 数特种工程塑料的同时，也兼具韧性，此外也有优异的自润滑性、耐热、耐磨、耐腐蚀性能。而其密度只有 1.29g/cm3，能在满足强度要求的同时大幅减少材料重量。2021 年全球 peek 需求约 7700 吨，供给端，威格斯、 索尔维、赢创占据 80%以上供给，国内企业主要有中研股份、鹏孚隆等。行业进入壁垒高，进入周期长。Peek 在机器人中可用于齿轮、轴承、骨架等环节，假设单台机器人用量约 10kg，若机器人产量达到百万台，将带来 1 万吨新增需求。

超高分子量聚乙烯纤维：超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纤维是目前工业化高性能纤维材料中比强度和 比模量最高的纤维，是分子量在 100 万以上的聚乙烯树脂所纺出的纤维（普通聚乙烯的分子量一般在 4-12 万）， 其断裂伸长率高于碳纤维和芳纶，柔韧性好，在高应变率和低温下力学性能依然良好，抗冲击能力优于碳纤维、 芳纶等。UHMW-PE 的比强度是优质钢材的 15 倍，是玻璃和尼龙 66 的 4 倍，是碳纤维的 2.6 倍，芳纶纤维的 1.7 倍。因超高分子量聚乙烯纤维具备超高强度、超高模量、耐磨损、低密度、耐疲劳等性能，可应用于腱绳传 动材料。因此超高分子量聚乙烯纤维制成的腱绳材料是能够满足机器人末端执行器及其他传动材料的需求。

算力需求升级催生 PCB 树脂材料升级，产业链国产替代持续推进。根据中国信通院，2021 年全球计算设 备算力总规模达到 615EFlops，同比增长 44%，其中基础算力规模为 369EFlops，智能算力规模为 232EFlops， 预计 2030 年全球算力规模将达到 56ZFlps，平均每年增长 65%；而 AI 服务器所用 CCL 材料需要具备更低的损 耗，PCB 面积也有所增加，推动上游 CCL 价值量提升，普通 CPU 服务器的更新迭代也对上游 CCL材料提出新 的要求，随着 PCIe 从 4.0 向 5.0 逐步升级切换，对应普通版也需从 Low-loss 升级为 Ultra-Low-loss 等级。

高速覆铜板对功耗/电性能要求更严苛，PPO、OPE、碳氢等树脂材料受到关注。覆铜板的性能指标大致可以从物理性能、化学性能、电性能、环境性能等进行区分，其中，最为关心的是电性能中的 D_k 与 D_F（介电常数和介质损耗因子），尤其 D_F 指标。高速数据传输对覆铜板材料的电性能提出了新的要求，使用低介电常数和低损耗的基体树脂材料，有利于减小高频化和高速化的信号传输波动及损耗，是提升覆铜板性能的主要方法。目前在高速场景下，主要的树脂材料为聚苯醚、碳氢树脂等。

性能优异的高分子材料，应用空间广阔。环烯烃类聚合物 COC/COP 是一种非晶性透明高分子材料，其特性 为同时具备高透明性和低双折射率，以及耐热性、耐化学性、生物相容性，因此主要用在光学材料、医用包装 材料等领域。根据贝哲斯咨询，2023 年全球 COC 市场规模为 110 亿元，其中国内市场 38.6 亿元，为第一大市 场。从下游应用来看，COC 核心应用在手机镜头领域，同时在汽车 HUD、MR 头显、安防镜头等领域有较大成长 空间。

全球供给主要被日企垄断，国内严重依赖进口。据中国化工信息中心数据，2021 年全球 COC/COP 产能约 8.8 万吨/年，其中瑞翁公司产能 4.16 万吨，宝理塑料产能 3.50 万吨，三井化学产能 0.64 万吨，日本合成橡胶产 能 0.50 万吨。几家巨头之间呈现明显的差异化竞争，其中日本宝理以医药耗材和包装类应用为主，并于医药包 材龙头肖特形成深度合作，而瑞翁和三井则主导光学领域。2021 年我国消费 COC2.1 万吨左右，全部依赖进口。

工艺壁垒极高，国内企业逐步破局。COC/COP 有三大难点，环烯烃单体的制备、茂金属催化剂的研究与开发、聚合及后处理工艺。以单体为例，降冰片烯作为环烯烃聚合物的关键单体和中间体，通常由环戊二烯和乙烯（亲双烯体）在高温高压条件下经 Diels-Alder 反应路线缩合而成，本身就有极高技术难度，合成时面临反 应热控制、副反应控制、产品纯化等问题。 近几年，国内部分企业通过多年研发积累在单体、聚合等环节已经实现产业化突破，COC/COP 国产化进 程加速。其中阿科力 COC 千吨线已进入试生产阶段，有望即将量产放量，并于 24 年 1 月开工 3 万吨环烯烃单 体及聚合物项目；拓烯科技建有 3000 吨/年生产装置，2023 年 11 月试生产，已经生产出合格产品；2024 年 2 月，辽宁鲁华泓锦 500 吨/年环烯烃均聚物/共聚物装置生产出合格产品；金发科技 80 吨/年中试装置已开始进行验证。