Neue fluorhaltige Materialien: Hervorragende Leistung, die den Wandel in der High-End-Fertigung und der neuen Energiewirtschaft vorantreibt.

Fluorhaltige neue Werkstoffe bezeichnen eine Klasse von Hochleistungspolymeren, die durch den vollständigen oder teilweisen Ersatz von an Kohlenstoffatome gebundenen Wasserstoffatomen in organischen Polymerverbindungen durch Fluoratome entstehen. Aufgrund ihrer hohen Elektronegativität, ihres kleinen Atomradius und ihrer hohen Bindungsenergie verleihen Fluoratome diesen Werkstoffen einzigartige chemische Stabilität und physikalische Eigenschaften. Dazu gehören ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit, chemische Korrosionsbeständigkeit, Alterungsbeständigkeit, niedrige Oberflächenenergie, niedriger Reibungskoeffizient, hohe Isolationsfähigkeit sowie hervorragende Antihaft- und Flammschutzwirkung. Diese Eigenschaften machen fluorhaltige neue Werkstoffe unverzichtbar in zahlreichen Hightech-Bereichen, darunter Luft- und Raumfahrt, neue Energien, Elektronik und Informationstechnologie, High-End-Geräte, Umweltschutztechnik und Medizintechnik.

Die Entwicklung fluorierter Werkstoffe begann Mitte des 20. Jahrhunderts. 1948 synthetisierte DuPont in den USA erstmals Poly-2-fluor-1,3-butadien, dessen Kommerzialisierung sich jedoch aufgrund von Leistungs- und Kostenproblemen, die hinter den Erwartungen zurückblieben, verzögerte. Erst Ende der 1950er-Jahre, als Thiokol in den USA einen gegen starke Oxidationsmittel beständigen fluorierten Kautschuk entwickelte, hielt dieser Werkstoff offiziell Einzug in die industrielle Anwendung. Seit den 1960er-Jahren hat auch mein Land verschiedene fluorierte Kautschuke entwickelt, darunter Typ 23, Typ 26 und Typ 246, und das Spektrum schrittweise um Tetrafluorethylen- und Perfluoretherkautschuk erweitert. Anfänglich waren diese Produkte vorwiegend für die Bedürfnisse der nationalen Verteidigungs- und Rüstungsindustrie bestimmt, wurden aber später nach und nach auch für zivile Anwendungen eingeführt.

Auf politischer Ebene gelten neue fluorhaltige Materialien aufgrund ihrer strategischen Bedeutung in vielen Ländern als Schlüsselentwicklungsfeld. Auch in meinem Land haben die Regierungen auf allen Ebenen aktiv Fördermaßnahmen ergriffen, um die Transformation der Fluorchemieindustrie hin zu einer Produktion mit hoher Wertschöpfung und Raffination zu unterstützen. Fluorchemikalien sind mit ihrer Vielfalt und ihren breiten Anwendungsmöglichkeiten zu einem unverzichtbaren Bestandteil der chinesischen Werkstoffindustrie geworden. Die Branche expandiert weiter, und bis 2024 wird ein Marktvolumen von fast 100 Milliarden Yuan für chinesische Fluorchemikalien erwartet, wobei die Nachfrage weiterhin hoch ist.

Aus Sicht der industriellen Wertschöpfungskette basiert die vorgelagerte Lieferkette neuer fluorhaltiger Materialien primär auf Flussspatressourcen. Dieser wird zu Basischemikalien wie Fluorwasserstoffsäure verarbeitet, die anschließend zu verschiedenen fluorhaltigen Polymeren synthetisiert werden. China verfügt über reichhaltige Flussspatvorkommen, deren Produktion im Jahr 2024 voraussichtlich 6,7 Millionen Tonnen erreichen wird. Dies entspricht etwa 70 % der weltweiten Gesamtmenge und bildet eine solide Rohstoffbasis für die Fluormaterialienindustrie. Die mittlere Lieferkette umfasst hauptsächlich die Synthese und Modifizierung fluorhaltiger Polymermaterialien, während die nachgelagerte Lieferkette eine Reihe strategischer Zukunftsbranchen umfasst, darunter Lithiumbatterien, Photovoltaik, Wasserstoffenergie, Kommunikation und militärische Anwendungen.

Im Bereich der Lithiumbatterien finden fluorhaltige Materialien breite Anwendung in Elektrolyten, Separatoren und Bindemitteln. Das traditionelle Elektrolyt Lithiumhexafluorophosphat ist aufgrund seiner hervorragenden Gesamtleistung weit verbreitet, jedoch herrscht in der Branche derzeit Überkapazität. Das Lithiumsalz der neuen Generation, Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid (LiFSI), etabliert sich aufgrund seiner höheren Leitfähigkeit, thermischen Stabilität und Sicherheit als Alternative. Die Inlandslieferungen von LiFSI werden voraussichtlich bis 2024 jährlich um über 100 % steigen, was ein signifikantes Marktpotenzial belegt. Darüber hinaus findet PVDF, ein Schlüsselmaterial für Bindemittel positiver Elektroden, aufgrund seiner ausgezeichneten elektrochemischen Stabilität und seiner filmbildenden Eigenschaften ebenfalls breite Anwendung.

In der Photovoltaikindustrie werden fluorhaltige Materialien hauptsächlich für die Rückseitenfolien von Solarzellen verwendet. Gängige Typen sind PVDF, PVF und ETFE. Ihre außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen, UV-Strahlung und chemischer Korrosion verlängert die Lebensdauer der Module deutlich. PVDF hat sich aufgrund seines höheren Fluorgehalts, seiner verbesserten Barriereeigenschaften und seiner mechanischen Festigkeit insbesondere für raue Umgebungen als beliebte Wahl etabliert.

Die Entwicklung des Wasserstoffsektors hängt maßgeblich von Perfluorsulfonsäure-Protonenaustauschmembranen ab, einer Kernkomponente von Brennstoffzellen, die die Effizienz der Stromerzeugung und die Lebensdauer direkt beeinflusst. Perfluorsulfonsäureharz, ein Schlüsselmaterial für die Membranproduktion, weist hohe technische Markteintrittsbarrieren auf, und die derzeitige inländische Produktion ist gering, sodass man hauptsächlich auf Importe angewiesen ist. Dies ist ein Schlüsselbereich, in dem die Wasserstoffindustrie meines Landes dringend Durchbrüche erzielen muss.

Mit Blick auf die Zukunft verzeichnet die globale Industrie für fluorhaltige neue Werkstoffe ein rasantes Wachstum. Durch die anhaltende Expansion nachgelagerter Märkte wie neue Energien, Elektrofahrzeuge, Halbleiter und 5G-Kommunikation wird die Nachfrage nach Hochleistungsfluorwerkstoffen weiter steigen. Gleichzeitig werden technologische Weiterentwicklungen und Prozessoptimierungen die Materialeigenschaften weiter verbessern und die Kosten senken, was Durchbrüche in einem breiteren Anwendungsspektrum ermöglicht. Um seine vorteilhaften Fluoritressourcen zu nutzen, muss mein Land die Forschung und Entwicklung von Kerntechnologien stärken, seine industrielle Wertschöpfungskette optimieren und den Lokalisierungsgrad von Produkten mit hoher Wertschöpfung erhöhen, um eine stärkere Position in der globalen Fluorwerkstoffindustrie zu erlangen.