海通证券发布研报称,灵巧手是人形机器人重要部件之一,主要传动方式包括腱绳传动、连杆传动、齿轮蜗杆传动等。其中腱绳传动是机器人灵巧手主流传动方式,UHMWPE纤维是机器人灵巧手主要腱绳材料。UHMWPE粉料过去几年需求复合增速约10%,未来受益于人形机器人发展,需求有望加速增长。UHMWPE纤维以UHMWPE粉料为原料生产,加工难度较大,供需格局偏紧,利润较高,随着未来需求增长,相关企业有望受益。
海通证券主要观点如下:
腱绳传动是机器人灵巧手主流传动方式
灵巧手是人形机器人重要部件之一,其主要传动方式包括腱绳传动、连杆传动、齿轮蜗杆传动等。腱绳传动是目前灵巧手研究中被广泛应用的传动方式。腱绳在一定程度上模拟了人手的肌肉驱动的能力,抗拉能力强。由于腱绳传动所需的驱动器在远端,这就减轻了手指末端的负载和转动惯量,提升了抓取的速度和灵活性,容易实现手指的多自由度弯曲和电机驱动力的远距离传输,适用于高自由度灵巧手。同时,腱绳传动空间不需要太大,可以节省空间和成本。
与其相比,连杆传动刚度高、输出力大,能够抓取大型的物体,但结构较冗杂,尺寸和质量较大,抓取的空间较小,运动不灵活,而且柔性不足,导致抗冲击性能较弱,同时在远端的控制上比较困难,容易末端运动速度过快。齿轮蜗杆传动同样有结构复杂笨重,柔性不足的问题,对手内空间配置要求较高,手指的结构比较复杂,容易出现故障且成本较高。
UHMWPE纤维是机器人灵巧手主要腱绳材料
腱绳是一种用于连接和固定键盘按键的细绳或纤维绳,通常由高强度材料制成,如UHMWPE纤维或钢丝绳,以确保按键在长时间使用中保持稳定和耐用。腱绳材料整体分为不锈钢、高分子纤维两大类,其中高分子纤维使用更为广泛;高分子纤维中以Dyneema和Spectra两种纤维为主流,分别为帝斯曼和霍尼韦尔生产的UHMWPE纤维材料;早期使用的腱绳材料还有特氟龙、芳纶纤维、涤纶等,但因性能方面不如超高分子量聚乙烯纤维而被淘汰。若采用UHMWPE纤维的腱绳方案,国产单手用量约1米,对应价值量达千元左右。
UHMWPE粉料供给
未来几年新增产能较多,主要集中在中国。UHMWPE粉料是UHMWPE纤维主要原材料。根据中国化工信息周刊公众号数据,2023年,全球UHMWPE粉料产能约41.4万吨/年,主要分布在亚洲、美洲和欧洲,产能区域集中度高,亚洲产能24.0万吨/年,占全球产能57.9%;美洲产能10.9万吨/年,占比26.4%;欧洲产能6.5万吨/年,占比15.7%。
近年来中国企业逐渐实现技术突破,掌握了UHMWPE粉料生产技术,产能扩张较快。截至2023年,我国UHMWPE主要生产企业共10家,产能合计21.1万吨/年。未来几年行业新增产能集中在中国,预计增量为46.3万吨/年。
UHMWPE粉料需求
过去几年复合增速约10%,未来有望受益于腱绳增量需求。根据中国化工信息周刊公众号数据,全球UHMWPE需求高速增长,2016—2023年年均复合增长率达9.3%。2023年全球需求量约为37.6万吨,较2022年增加3.5万吨,主要由于外科技术的进步及先进材料植入物的快速发展,促进了医用级UHMWPE使用量的大幅提升。中国2022年UHMWPE消费量约23万吨,与全球总消费量格局不同,中国将近半数用作生产锂电池隔膜。2022年中国部分UHMWPE企业扩产,供应能力提升,在下游需求快速增长的情况下,产量达到17.1万吨,进口量6.5万吨,出口量0.6万吨,表观消费量23万吨,自给率从2021年的70%上升到74.3%。
UHMWPE纤维
生产难度较大,供需格局偏紧。由于UHMWPE分子量大、分子链之间的缠绕多,在熔融时呈凝胶弹性体,粘度大,流动性差,且临界剪切速率低,给加工带来了极大困难,故当前产业链内利润较为丰厚的环节为UHMWPE粉料加工纺丝环节。
UHMWPE纤维作为第三代高性能纤维,因其超高强度、低密度和优异的耐化学腐蚀性能,广泛应用于军事防护、海洋渔业、民用安全和工业建筑等领域。全球市场需求快速增长。根据久谦资本公众号数据,2022年全球供需缺口达5.2万吨,预计2030年销售额增至190亿元。同时,中国市场需求持续增长,2022年UHMWPE纤维产量约3万吨,需求量约6万吨。未来几年UHMWPE纤维新增产能约5.1万吨/年。即使规划产能全部落地投产,行业也将保持较高产能利用率。
投资建议
UHMWPE纤维在人形机器人腱绳中应用广泛,受益于人形机器人推广,需求有望较快增长。建议关注UHMWPE纤维企业同益中(688722.SH)、南山智尚(300918.SZ)等,以及UHMWPE企业联泓新科(003022.SZ)、东方盛虹(000301.SZ)、中国石化(600028.SH)等。
风险提示
产品价格大幅波动;原材料价格上涨等。
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