1、人形機器人材料發(fā)展歷程
各代材料及減重效果：第一代機器人主要使用鋁合金、鎂合金，減重效果達30% - 50%；第二代采用工程塑料和復合材料，減重40% - 60%；第三代用上碳纖維和鈦合金，相對原始鋼材可減重50% - 70%；第四代使用鎂鋁合金和蜂窩材料，減重60% - 80%；前沿實驗室階段的超材料和可變剛度聚合物，理論減重達80% - 90%。材料的發(fā)展體現(xiàn)了機器人輕量化的不斷進步，且輕量化是強度、重量、成本三角博弈的結果。關鍵技術節(jié)點：1972年杜邦開發(fā)凱夫拉纖維，啟發(fā)復合材料在機器人領域應用；1985年碳纖維汽車部件量產(chǎn)，使碳纖維行業(yè)成本下降，推動其在機器人行業(yè)使用；2020年美國NASA開發(fā)的超輕鎂合金首次應用于人形機器人航天測試。這些關鍵節(jié)點對機器人材料的發(fā)展起到了重要的推動作用。2、碳纖維材料在人形機器人中的應用
性能優(yōu)勢及應用案例：碳纖維復合材料比強度強，強度密度是鋼材四十多倍、鋁合金六倍。以特斯拉Optimus二代為例，采用碳纖維復合材料使機械臂重量較鋁合金減輕30%左右，震動減少40%，精確度提升至0.01毫米左右，且能耗低、運動速度提升、壽命延長。國內(nèi)外有諸多成功案例，如美國康復外骨骼機器人關鍵部位、松下可穿戴機器人都采用了碳纖維復合材料。國內(nèi)測試數(shù)據(jù)及產(chǎn)業(yè)進展：國內(nèi)型材測試顯示，碳纖維機械臂較傳統(tǒng)金屬材料減重大概達70%，機器人骨架重心降低10%，提升了運動穩(wěn)定性和工作效率。全球碳纖維市場長期被東麗、三菱等企業(yè)主導，但我國企業(yè)技術突破和產(chǎn)能擴張明顯，光威復材實現(xiàn)T700和T800級高端碳纖維量產(chǎn)，中復神鷹產(chǎn)能達全球第三，吉林碳谷在原絲領域取得技術突破，國內(nèi)碳纖維產(chǎn)能占全球30%以上且比例持續(xù)提升。3、PEEK材料在人形機器人中的應用
材料特性及應用價值：PEEK材料有“塑料之王”美譽，具有耐高溫、耐磨、耐腐蝕特性。其長期使用溫度達250度，遠高于普通工程塑料；比強度達1500，高于鋼和鋁；具有優(yōu)異耐磨和自潤滑性能，適合機器人關節(jié)部位。特斯拉Optimus two采用該材料使機器人重量減輕10千克，行走速度提升30%。性能對比及成本考量：與超高分子量聚乙烯、PEKK對比，PEEK在熱性能方面最耐高溫、熔點高；機械性能上具有高強度高剛性，適合用作結構件；化學性能方面耐化學性能全面。價格方面，超高分子量聚乙烯20 - 60萬一噸，國產(chǎn)PEEK約30萬一噸，PEKK依賴進口，價格200 - 600萬每噸。綜合性能和成本，用于高強度耐高溫部件，PEEK更具優(yōu)勢。市場應用情況及需求潛力：多家機器人公司已嘗試使用PEEK材料并取得顯著效果，如波士頓動力Atlas人形機器人掌指關節(jié)、UBTECH Walker系列擬人機器人骨架和關節(jié)都有應用。假設齒輪和關節(jié)用1000克純PEEK材料，四肢用碳纖維復合PEEK材料，單個機器人消耗材料約6.56千克；按鋁合金密度計算替換成PEEK材料，單個機器人消耗約7000克。每百萬臺機器人對應PEEK材料需求量為6500 - 7000噸，若未來替代我國5%農(nóng)民工人數(shù)，PEEK潛在需求空間是全球目前年需求量的十倍以上，對應市場規(guī)模約300億，考慮規(guī)模效應后在100 - 150億左右。4、PEEK材料產(chǎn)業(yè)鏈及相關企業(yè)
上游原材料及成本占比：PEEK本質是合成樹脂，上游原材料包括DFBP、對苯二酚、二苯酚、碳酸鈉及碳纖維、玻璃纖維、聚四氟乙烯等添加劑。DFBP最重要，成本占原材料一半以上，生產(chǎn)一噸PEEK約需0.7 - 0.8噸對應單體；對苯二酚占成本15%左右，碳酸鈉占1%左右；PEEK復合材料中添加劑占成本20%。生產(chǎn)難點及相關企業(yè)：PEEK生產(chǎn)對單體純度要求高，如DFBP和二苯酚純度需達99%以上，DFBP上游上市公司中欣氟材有5000噸產(chǎn)能，新瀚新材規(guī)劃產(chǎn)能3400噸左右。生產(chǎn)過程對聚合條件嚴苛，需300度以上高溫和高真空環(huán)境，副產(chǎn)物有氟化氫，需特殊合金反應釜。中研掌握聚合技術，有1000噸配套二苯酚自用，高端產(chǎn)品仍需進口。金發(fā)科技研究超耐溫、耐磨PPA和PEEK材料，其通過金石成長基金間接持股宇樹科技，若機器人放量，產(chǎn)品有望快速切入產(chǎn)業(yè)鏈。5、PEKK材料情況
國產(chǎn)化現(xiàn)狀及成本：PEKK國產(chǎn)化率極低，需要99.5%高純度單體，國內(nèi)尚無企業(yè)可生產(chǎn)，進口價格2000 - 5000元每千克，單體價格占成本40% - 60%，核心單體主要依賴實驗室小規(guī)模合成，未建立工業(yè)化產(chǎn)線，且因用到PEEK單體，國產(chǎn)化率更低。國內(nèi)相關企業(yè)進展：國內(nèi)涉及PEKK的上市公司凱盛新材可合成公斤級PEKK樹脂，但純度為工業(yè)級，聚合工藝不成熟，整體處于早期且價格高昂階段，需持續(xù)跟蹤。
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