摘要：特斯拉官方平台更新了下一代人形机器人Optimus，最新外观呈金色外型、紧凑度有明显变化，同时轻量化和集成化也是关键。

特斯拉官方平台更新了下一代人形机器人Optimus，最新外观呈金色外型、紧凑度有明显变化，同时轻量化和集成化也是关键。

其中，材料端以PEEK为代表的轻量化有望成为持续演绎方向。

此外，新展示的Optimus在核心关节的体积明显更小，除了材料带来的变化，与核心部件技术更新迭代也有关系。

在之前的文章中，我们梳理了人形机器人六大核心新技术解析、人形机器人减速器核心赛道、灵巧手核心零部件：腱绳+丝杠全解析

根据特斯拉规划，Optimus3 2025年工厂部署5000台，2026年推3万美元内消费机型，四年目标年量产100万台。

当前OptimusV3定型渐进，后续产业将陆续迎来高频正向催化。人形机器人商业化进程加速有望打开轻量化材料远期需求增长空间。

本文重点解析人形机器人轻量化材料端PEEK材料。

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结构件和骨骼总计占人形机器人总重量比例为20-50%。

当前人形机器人自重与性能挂钩，过高的自重会影响灵活度，无法满足精细化场景需求；同时会导致人形机器人关节处的电机及零部件负载压力过大，进一步影响用寿命。

当前轻量化势在必行，成为主流主机厂正在发力的方向。

人形机器人实现轻量化主要可通过结构优化、零部件替换、原材料替换三个角度出发。

结构轻量化：通过优化机器人结构形状、尺寸和拓扑来实现减重。例如，采用一体化关节、或者直接减少不必要的外观结构件。该方案无需更换材料，且具有成本低、易实现的优势。在机器人整机重量分布中，关节模组占比较大，结构件次之。

零部件替换：主要通过采用更高性能的产品实现，如采用更高效率和功率密度的电机，使得其能够在较小的体积和重量下输出较大的功率，进而降低所需电机数量。

材料轻量化：是人形机器人轻量化的核心路径之一，通过采用高强度轻质材料如铝合金、镁合金、高性能工程塑料等替代传统金属，主要替换部位为机器人外壳、精密零部件等，在保证结构强度的同时实现减重。

轻量化创新材料可以减少机器人在运动过程中的能量损耗。

高端工程塑料包含聚醚醚酮（PEEK）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）、液晶聚合物（LCP）、热塑性弹性体（TPE）和超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）等。

综合考虑市场空间、竞争格局、技术难度：PEEK>镁合金>尼龙。

对比通用金属材料，高性能特种塑料PEEK可以大幅度减小材料本身的自重。有望加速“以塑代钢”实现轻量化革命。此外，为了解决PEEK低温脆性问题，常用做法是PEEK与碳纤维复合。

PEEK（聚醚醚酮）材料是金字塔顶端的特种工程塑料，在性能和商业价值上都处于工程塑料的“皇冠”位置。

其具有耐高温、耐腐蚀等性能，且具有易于注塑成型、挤出成型和切削加工等优异的加工特性，可作耐高温材料和电绝缘材料，应用广泛。

在机械强度和高温性能等性能上，PEEK都契合人形机器人性能需求，是轻量化首选材料。

当前全球PEEK名义产能1.7w/吨年，实际产能1w/吨年，已有较多案例应用于减速器、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠。

在人形机器人领域，基于减重效果和成本优化的特性，PEEK主要部件包括：结构件（肢体骨骼与关节、机械臂），传动与连接部件（齿轮与链条、轴承与螺栓），防护与外壳（传感器和执行器外壳、装饰部件），能源与储能部件（电池外壳与绝缘部件）。

关节和四肢：

PEEK齿轮：应用于人形机器人的关节四肢等部位，提供稳定的传动和支撑。

PEEK轴承：应用于人形机器人的关节等位置，具有优异的耐磨性和自润滑性，能够减少摩擦和磨损，提高机器人的使用寿命。

躯体和四肢骨架：

PEEK骨架：应用于人形机器人的躯体和四肢，相比金属材料，PEEK骨架能够减重40%，同时保持足够的强度和刚性，满足机器人的负载和灵活性需求。

根据公开披露数据对比，特斯拉、优必选、智元等机器人平均重量约在58Kg。

其中齿轮和关节用1kg纯PEEK材料，肢体中用8kgCF/PEEK，预计单台机器人对PEEK消耗量为6.6kg。

早前特斯拉Optimus-Gen2二代人形机器人在不牺牲性能的情况下减重10公斤，步行速度提升30%，主要依靠的就是轻量化PEEK材料和碳纤维复合材料应用，而Gen3轻量化材料将延续该方案。

特斯拉计划显著提升Gen3中PEEK材料的使用比例，覆盖电机、轴承、外壳等更多部件。

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PEEK属于合成树脂，产业链上游是化学原料和化学纤维制造行业，原材料主要包括氟酮（最关键）、对苯二酚、二苯砜和碳酸钠等，添加剂包含碳纤维、玻璃纤维和PTFE；中游包括PEEK颗粒、PEEK粉末、PEEK增强颗粒等PEEK产品制造；下游为各类终端领域。

PEEK材料产业链：

上游原料端

PEEK上游原材料成本占比较高，主要包括氟酮、对苯二酚、二苯砜、碳酸钠等。

1、氟酮

氟酮（DFBP）是核心原料，占g以PEEK原材料成本的一半以上。

DFBP上游主要偏大宗化学原料，经过多个反应步骤，如傅克酰基化法反应等，最终形成DFBP。

作为PEEK的核心原料，每生产1吨PEEK，需要消耗约0.8吨DFBP单体。

DFBP行业壁垒：DFBP行业合成路线较长，此外由于PEEK材料厂商对供应商验证周期较长，倾向于选择已建立稳定合作关系的行业内领先企业，因此后来者难以完成对下游客户供应链的规模渗透。

DFBP市场竞争格局：全球格局较为集中，产能主要集中在国内。全球除英国威格斯有部分自有产能以及印度有极少产能外，氟酮主要产能集中在我国的三家企业：新瀚新材，中欣氟材和兴福新材。

公开资料显示，新瀚新材客户覆盖索尔维、威格斯等国际巨头，此外与EVONIK（赢创）及国内主要PEEK生产商中研股份、吉大特塑及鹏孚隆均建立长期合作关系；中欣氟材是国内特色氟精细化工龙头，已建成5000吨PEEK核心中间体DFBP的产能，该产品是PEEK材料合成的关键单体，占据PEEK产业链上游核心地位；营口兴福技术来源为中科院上海有机所。此外，凯盛新材生产的DFBP主要用作特种工程塑料PEEK（聚醚醚酮）的单体。

2、对苯二酚

PEEK的合成通过亲核取代缩聚反应实现。

对苯二酚是PEEK聚合反应的主要原材料，占粗粉成本比例15%左右，是仅次于氟酮的第二大原料成本项，其价格波动对PEEK成本产生影响。

其纯度直接影响PEEK的分子量分布和结晶度，进而决定材料的耐热性。

该环节对进口产品不存在依赖，江苏三吉利化工是全球对苯二酚前五大厂商之一，与Syensqo、Eastman等国际巨头并列；国内主流对苯二酚生产厂商南京华虹化工、南京新化原等企业已实现高纯度对苯二酚的稳定供应，完全替代进口；此外公开资料显示，兄弟科技通过全资子公司江西兄弟医药有限公司实施年产2万吨苯二酚及3.11万吨苯二酚衍生物项目，分两期建设。

3、添加剂（碳纤维、玻璃纤维、PTFE）

添加剂在复合增强类PEEK中占20%，在全部PEEK产品中仅占5%。

玻璃纤维：随着全球需求转移至中国后，已逐步实现国产替代。中国不仅是全球最大的玻纤生产国，更是最重要的消费市场，产量占全球总产量的70%以上。中国巨石、泰山玻纤和重庆国际等企业占据全球60%以上市场份额，完全实现国产替代。

碳纤维：需求也逐步往中国转移。2024年中国碳纤维的产能达到15.0万吨，在全球碳纤维总产能中的占比达到48.6%，预计2025年将突破29.9万吨，占全球总产能的40%以上。吉林化纤、宝旌系、上海石化、中复神鹰、中简科技、恒神股份和光威复材等厂商引领碳纤维国产替代。

PTFE：中国PTFE产能全球领先，能够满足PEEK改性需求。东岳集团、巨化股份等企业产能全球领先。其中，东岳集团是全球最大PTFE供应商。

中游：PEEK材料生产制造

PEEK产业链中游生产进入门槛高，生产工艺复杂。

全球PEEK生产厂商呈现“一超多强”的竞争格局。

前三家企业英国威格斯、比利时索尔维（Solvay）、德国赢创工业集团（Evonik）占据主要市场份额，合计占比超85%。

英国威格斯是全球PEEK龙头，产能占比超60%，掌握核心聚合技术，产品覆盖医疗、航空等高端领域；比利时索尔维通过收购印度Garda公司进入PEEK市场，产能占比约15%，专注特种改性PEEK如导电、耐磨牌号；德国赢创产能占比约10%，产品以颗粒料为主。

2016年起，国内企业逐步崛起，推动国产替代。我国PEEK的研发集中在高校、科研院所和少数企业。

当前多个国产PEEK产品的主要性能指标已达到国际先进水平，主要产能集中在中研股份、浙江鹏孚隆、吉大特塑料、山东君昊、盘锦伟英兴、吉林省聚科高新材料、沃特股份等公司。

中研股份是是继英国威格斯、比利时索尔维和德国赢创之后全球第4家PEEK产能超过千吨级的企业，拥有首条国产5000L超临界反应釜（操作压力38MPa）。在国内市场中，中研股份销量超越英国威格斯，成为中国PEEK市场市占率最高的企业。

浙江鹏孚隆产能约500吨/年，专注医疗级PEEK（如骨科植入物），通过ISO13485医疗认证；吉大特塑依托吉林大学技术，产能约300吨/年，在核电和半导体领域有应用。

产业链相关环节中，唯科科技、双林股份、华密新材、南京聚隆、普利特、国恩股份、会通股份、万润股份、同益股份、双一科技、超捷股份、盛邦股份、金田股份、富恒新材、天赐材料、聚赛龙、兄弟科技、明阳科技等厂商都已在PEEK赛道布局。

PEEK材料加工

PEEK熔体粘度高，与纤维的浸润性较差，加工环节需要专业企业。

PEEK材料加工包括注塑成型、热压成型、模压成型等成型方法。

其中，注塑成型是PEEK材料加工中效率最高、应用最广泛的成型方法，尤其适合大批量生产形状复杂、尺寸精度要求高的零件。

需要专用的高温注塑机，料筒、螺杆、喷嘴等耐高温部件。

其中注塑机是关键加工设备，其工作原理与打针用的注射器相似，是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。国内注塑机厂家众多，海天国际、伊之密、力劲科技、博创智能等是主要供应商。

此外，加工环节注塑件厂商包括肇民科技，恒勃股份，唯科科技，富春染织，肯特股份等。例如，恒勃股份提供轻量化解决方案，打通材料、工艺和制造全链条，是机器人轻量化系统性解决方案供应平台公司；肇民科技已拥有精密磨床，进口高端磨床也已采购，将通过先进且高效方式制造Peek行星滚柱等。

PEEK材料与碳纤维复合

当前市场普遍也关心PEEK材料较脆，以及单价偏贵等问题。

根据《CF/PEEK复合材料的性能研究》数据，碳纤维体积含量70%的CF/PEEK织物拉伸强度、拉伸模量与铝合金、钛合金基本相当，而密度仅为铝合金的58%、钛合金的36%。

因此通过CF/PEEK复合，可在解决塑料脆性问题的同时实现轻量化。

目前常用于制造连续CF/PEEK碳纤维增强聚醚醚酮预浸料的技术主要有熔融浸渍、粉末悬浮和混编模压。

预浸料生产海外厂家包括TenCate（原荷兰，现已被日本东丽收购）、GuritSuprem（瑞典）、ICI（英国）等。

国内处于技术追赶阶段，肯特股份、光威复材等一些厂商有相关布局。肯特股份23年建成国内首条连续CF/PEEK熔融浸渍生产线，产能50吨/年，产品通过空客A350材料认证，应用于飞机襟翼作动筒实现减重40%；光威复材与中科院宁波材料所合作开发粉末悬浮技术，建成20吨/年医疗级CF/PEEK预浸料产线，产品用于骨科手术机器人臂。

当前下游人形机器人、低空经济和医疗植入物等多领域需求爆发，对轻量化材料需求强劲。

除了PEEK材料外，例如在镁合金领域，宝武镁业去年与埃斯顿发布了镁合金机器人新品“ER4-550-MI”，相较于铝合金版本重量减轻11%，能耗降低10%，在减震、电磁屏蔽和散热方面也表现卓越，标志着镁合金在机器人应用取得突破。

未来产业趋势有望加速向高端化和精细化方向发展，同时国产产品的成本优势也将带动我国材料领域迎来新一轮增长机遇，行业需求量有望持续提升。

来源：火流星上的小金牛