聚双环戊二烯是一种由双环戊二烯经有机金属催化聚合而形成的具有一定交联度的聚合物。聚双环戊二烯作为轻度交联热固性树脂，具有与热塑性工程塑料相似的机械性能，是一种轻质的、兼具高强度和高韧性的优秀材料。目前聚双环戊二烯制品的生产及消费主要集中在日本、美国及欧洲，中国市场消费量较少，没有形成规模应用，市场潜力有待挖掘。聚双环戊二烯产业化的经济效益非常可观，随着其在聚合工艺和加工技术方面的进一步完善以及功能应用的开拓，未来具有非常大的发展空间。
1、双环戊二烯行业概述
双环戊二烯为环戊二烯的二聚物。双环戊二烯室温下为无色结晶体，含有杂质时为浅黄色油状液体，有樟脑气味，在大多数有机溶剂中可溶，高温下解聚成环戊二烯，环戊二烯室温下又易二聚成双环戊二烯。双环戊二烯主要来自石油裂解的副产品，而以石脑油或轻柴油为裂解原料的C5馏分产率较高。
双环戊二烯在空间结构上有桥环式和挂环式两种异构体，双环戊二烯及其单体环戊二烯具有共轭双键及亚甲基上活泼的氢，是生产不饱和聚酯类聚合物的主要原料。双环戊二烯主要应用于制备加氢高级石油树脂，主要用作卫生材料的胶粘剂，用于制备环戊二烯、戊二醛、二茂铁、与乙烯等共聚制备高分子产品、聚合双环戊二烯树脂及制备高能燃料等。质量含量95%以上的DCPD，目前生产企业较少。
2、双环戊二烯行业产业链分析
（1）双环戊二烯产业链概述
石脑油、柴油裂解制乙烯副产品C5馏分是目前生产双环戊二烯的主要原料。我国双环戊二烯的下游产品大部分直接用于替代苯酐来生产改性不饱和聚酯树脂，以降低树脂的生产成本，该领域消耗的双环戊二烯占75%左右；小部分直接用于生产石油树脂；其余的双环戊二烯主要经精制到含量≥95%后用于生产金刚烷（三环癸烷）、2-氯-5-氯甲基吡啶（CCMP）、乙叉降冰片烯（ENB）等精细化工产品。
（2）双环戊二烯下游应用市场分析
近年来我国乙烯产量持续增长，2016年国内乙烯产量达到1781万吨。石油基原料高温裂解制备乙烯过程会副产C5馏分和C9馏分，其产率与组成随裂解原料的种类、裂解深度和工艺条件不同而异。C5馏分和C9馏分分离后可得到环戊二烯。从裂解C5和C9分离环戊二烯的工艺比较简单，常用的是加热二聚法。环戊二烯常温下发生自聚，生成双环戊二烯，使用前将双环戊二烯加热即得环戊二烯，因此，市场上的商品是双环戊二烯。环戊二烯的下游应用包括不饱和聚酯树脂、石油树脂、三元乙丙橡胶、环烯烃共聚物、聚环戊二烯和精细化工产品等。
图表：双环戊二烯应用情况
纯度分布 | 主要应用领域 |
80%—85% | 改性不饱和聚酯树脂、双环戊二烯石油树脂等 |
95%—99% | 乙丙橡胶的第三单体、乙基降冰片烯（ENB）、金刚烷、农药中间体等 |
99%以上 | 聚DCPD（RIM）级、COC（环烯烃共聚物）等 |
资料来源：赛瑞研究
1、聚双环戊二烯行业概况
（1）行业定义及特点
聚双环戊二烯是一种由双环戊二烯经有机金属催化聚合而形成的具有一定交联度的聚合物。双环戊二烯来源于石油裂解制乙烯和煤炭炼焦中的碳5副产物。其中，双环戊二烯是环戊二烯的二聚体，沸点170℃，熔点31.5℃，密度0.979g/ml。在空间结构上有两个张力环，分别含有一个不饱和双键，双键Ⅰ所在的单元为降冰片烯环，双键Ⅱ所在的单元为环戊烯单元，环的张力能分别为20kcal/mol和4.9kcal/mol。含有不饱和双键的两个环都可以发生开环移位聚合反应，由于双键Ⅰ所在的单元的张力能更大，很容易发生开环自聚反应。在开环易位的作用下，发生移位聚合反应，形成具有一定交联度的聚合物。
聚双环戊二烯作为轻度交联热固性树脂，具有与热塑性工程塑料相似的机械性能。同时，黏度低（300cp），低压（15-30psi）挤出成型，易充满复杂零件模具腔体，且零部件上的孔可以直接成型，且没有接缝。
图表：PDCPD的各项主要性能指标
项目 | 测试标准 | 数值 |
密度g/cm3 | GB/T2568 | 1.058 |
拉伸强度MPa | GB/T2568 | 45.2 |
断裂伸长率% | GB/T2568 | 35.1 |
弯曲强度MPa | GB/T2570 | 68.7 |
缺口冲击强度J/m | GB/T2571 | 441 |
资料来源：赛瑞研究
图表：PDCPD性能特点
性能 | 具体内容 |
力学性能优异 | 机械性能平衡性好，兼具高抗冲击强度和高弯曲模量，较尼龙和聚氨酯好。同时，可实现制品形状的自由设计且成型周期自由调整，使其特别适合作表面饰件和结构性部件。 |
耐药性、耐酸碱性以及耐水性能 | 具有极好的耐腐蚀性，特别耐酸和耐碱，适宜制作有耐腐蚀要求的工件；对水无亲和作用，耐水性能很好。 |
耐候性 | 低温特性好，物性变化不易受温度影响，即使在低温环境（-30°C）下也不发脆，适合制造用于低温环境的工件。
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表面涂饰性、电绝缘性以及使用性能 | 涂饰性卓越，成型后能在表面形成氧化膜，与涂料的附着性好，也能进行电镀；电绝缘性能良好；低密度，在温度是23°C时，PDCPD制件的密度是1.04g/cm.，制件具有轻巧化的特点，同时，加入阻燃组分，可以实现其阻燃性。 |
资料来源：赛瑞研究
聚双环戊二烯同时具有高模量、高抗冲性和高抗蠕变性，与其他工程塑料相比，显示出优良的综合机城性能。鉴于此种优势，聚双环戊二烯制品有取代金属和其它工程塑料的趋势，市场应用前景包括：交通车辆轻量化：覆盖件、内饰、空调等；工程车覆盖件；大型电气设备壳体；体育娱乐：摩托雪橇、冲浪板、高尔夫球车等；轻量化物流工具：集装箱、托盘、保温冷藏车厢；环保化工容器与管道。
（2）聚双环戊二烯合成工艺研究
作为一种轻度交联的热固性聚烯烃，除了具有更好的综合力学性能外，更具优势的是低的原料粘度(300cp)与低的(15-30psi)成型压力特点，这使得聚双环戊二烯可以采用反应注射成型（(ReactionInjectionMaudling，简称RIM)）工艺来成型，该工艺将聚合与成型集于一体，容易充满大型复杂零件的模腔，零部件上的孔可以直接成型，且没有接缝。RIM成型工艺本身比FRP喷射、RTM或SMC等工艺更容易实现自动化，具有成型快、周期短、成本低、产品质量好的优点。
反应注射成型的特点如下：
（1）反应速度快。双环戊二烯的聚合是按开环移位聚合机理进行，属放热反应，即使不加热，在催化剂的作用下，反应一旦引发，聚合反应也能在瞬间完成;
（2）单体粘度低。液态双环戊二烯的粘度很低(约0.3Pa.s，)，可以在短时间内充满模具。该特点使其特别适合制造大型的形状复杂的模塑制品;
（3）聚合反应开始时间可调节。通过加入有效的调节剂，可以控制聚合反应开始的时间，这就使得有充分的时间混合、充模。再加上液料粘度低，使其可采用低压成型。
（4）采用双组分催化体系。在成型过程中，将原料分为A、B两组分，A组分包括双环戊二烯、助催化剂、调节剂、添加剂，B组分包括双环戊二烯、主催化剂、调节剂、添加剂，然后将A、B液在混合头中快速混合均匀，注入预热好的模具，在极短的时间内引发聚合反应，生产出大型的或形状复杂的制件。
（3）聚双环戊二烯改性研究
聚双环戊二烯虽然综合性能较好，但在实际应用过程中，希望聚双环戊二烯具有某一方面更出色的性能，因此现在越来越多的研宄着眼于聚双环戊二烯复合材料的改性探索。
纤维具有韧性好、强度高、耐高温、耐腐烛等优点，常被用于聚合物的增强增韧方面。随着工业化的生产，纤维增强的复合材料在工程和生活中得到越发广泛的应用。
①碳纤维增强聚双环戊二烯复合材料
碳纤维(CF)是一种高性能先进的非金属材料，它是由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳。碳纤维能否提高复合材料性能，这主要取决于碳纤维和周围基体树脂之间的界面结合力和结构。而界面是纤维和基体树脂发生化学作用的区域所以要对碳纤维的表明进行处理使其更好的发挥自身的优异性能。
②超高相对分子质量聚乙烯纤维增强聚双环戊二烯复合材料
超高相对分子质量聚乙烯纤维(UHMWPE)是一种线型结构的综合性能优异的热塑性工程塑料，它具有高强度、高模量等优点，具有很强的应用前景。通过采用反应注射成型技术将聚乙烯纤维加入到双环戊二烯中，以钨系催化剂和烷基铝助催化剂引发反应，得到了聚乙烯/聚双环戊二烯复合材料。实验测试表明，由于聚双环戊二烯与聚乙烯纤维结构相似，因而二者熔融可以形成一个互穿网络结构，使得该复合材料的各项性能相比较纯聚双环戊二烯来说有较大幅度的提高。
③芳纶纤维增强聚双环戊二烯复合材料
芳纶纤维即聚对苯二甲酰对苯二胺，是具有超高强度、高模量、耐高温及酸碱等优良性能的新型高科技合成纤维。由于芳纶纤维还具有良好的绝缘性和抗老化性能，因此有很长的使用寿命。
芳纶纤维表面的氨基含量较高，有很强的极性，但双环戊二烯为非极性，若将芳纶纤维直接添加到双环戊二烯中会很快沉降，因此需要对芳纶纤维进行表面改性从而增强芳纶纤维/聚双环戊二烯复合材料的界面结合力。目前对芳纶纤维改性的方法有两种，分别为物理改性和化学改性。物理改性包括等离子改性、超声波改性和γ射线改性等。化学改性是在纤维表面引入活性基团来提高纤维与基体之间的界面粘合强度。
④玻璃纤维增强聚双环戊二烯复合材料
玻璃纤维(GF)是一种性能优异的无机非金属材料，主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙等。由于它具有拉伸强度高、刚性好、阻燃且廉价等优点，因而被广泛应用。通过比较了多种硅烷偶联剂对玻璃纤维织物的表面处理效果，采用注射成型的方法制备出了玻纤/聚双环戊二烯复合材料，结果表明，材料的弯曲强度和模量分别提高了30%和25%，玻纤对材料的增强效果显著。
⑤聚双环戊二烯纳米复合材料
纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。
2、聚双环戊二烯行业市场情况分析
（1）重点生产企业
聚双环戊二稀生产分布主要集中在美国以及日本，中国产量不多，目前主要生产企业有日本Sojitz（双日株式会社）的METTON®LMR、日本帝人株式会社、日本ZEON（瑞翁）的PENTAM®、美国Materia Inc收购原Cymetech的Telene®和PrometaTM，以及1995年从美国大力神（Hercules）公司收购Metton业务的美国Metton公司。
（2）我国聚双环戊二烯行业发展历程
20世纪90年代初，国内一些科研机构开始跟踪国际前沿，开始了聚双环戊二烯材料方面的探索，进行了实验室研究。但由于我国的石化产业相对落后，原料双环戊二烯产量很少，加上国内对聚双环戊二烯制品的需求基本没有市场。而且，也由于PDCPD技术长期被美日垄断，原料提纯技术和模具工艺设计等因素制约，导致推广应用的成本较高，中国在该领域的发展进展缓慢，市场认知度也不高，造成了国内对于双环戊二烯应用研究和聚双环戊二烯材料技术开发研究一度停滞不前。
进入新世纪，随着我国石油化工的发展，我国石化生产中的碳5馏分产量逐年增加，已可满足聚双环戊二烯材料制品生产的需求。国内对聚双环戊二烯材料性能和应用的认识也逐步深入，应用需求越来越多。
我国的主要研发机构有湘潭大学、天津大学、黎明化工研究院、河南科技大学、中油海科燃气有限公司和西北工业大学，但现仍处于技术不成熟阶段。
2006年日资企业廊坊森辉新材料有限公司率先在国内生产推广PDCPD制品，并具备一定产能，由于市场需求不振，目前企业PDCPD相关生产设备及技术人员已移交中国一拖集团。
2010年前后，河南科技大学的PDCPD新材料研究获得了河南省创新人才科技专项的资助，该领域的研究取得了长足的进步，经过多年的探索，目前，包括原料改性、新型催化剂合成、反应注射成型工艺和设备改进方面进行了广泛研发，已开发出了高强、高韧、阻燃等高性能聚双环戊二烯材料复合材料。现已获得专利20多项，出版专著一部，发表论文30多篇，整体水平在国内处于领先地位，由于技术及资金原因目前依旧无法实现量产。
2015年成立的PDCPD新材料产业联盟是目前国内PDCPD制品主要生产组织，目前该联盟10万吨/年的大型DCPD制品材料基地正在筹建。
总体而言，目前国内聚双环戊二烯材料制品发展相对滞后，市场认知不足，相关生产设备自主化程度不高，规模量产有较大难度，市场潜力有待挖掘。
（3）聚双环戊二烯行业生产情况
从全球市场来看，美国、日本等国已实现聚双环戊二烯的工业化生产，目前美国与日本聚双环戊二烯产量占据全球市场份额95%以上。2007-2016年美国聚双环戊二烯产量年均增长率2.9%，2012-2016年日本聚双环戊二烯产量年均增长率达6.7%，相比2009年之前的10%以上高速增长有所放缓。2016年全球聚双环戊二烯产量突破7万吨。
我国目前对于聚双环戊二烯材料的研究处于起步阶段，产量较少，市场需求量不大。
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