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化工新材料現狀與未來發展

日期:2015/11/5 8:50:19 閱讀次數:作者:

化工新材料,即通過化學合成的手段生產的新材料,以及以化工新材料為基礎通過二次加工生產的復合材料。從物質結構看,主要是有機材料,也包括部分無機材料(主要是無機非金屬的納米粉體材料);從產品工業類別看,包括:新領域的高端化工材料—工程塑料、合成橡膠、高性能纖維、生物降解塑料、熱塑性彈性體、納米復合材料、有機氟硅材料、無機化工新材料等、傳統化工材料的高端品種—超高分子量聚乙烯、高吸水性丙烯酸樹脂等、通過二次加工生產的化工新材料—木塑材料、功能性膜材料等。

產業發展現狀

中國已成為世界化工新材料最活躍的市場,據測算2010年市場規模達3300億元人民幣,但是中國在各個領域都尚未完全滿足國內需求。為此,化工新材料相關產品被明確列入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》基礎原材料主題。

十一五期間發展成就

中國化工新材料產業經過“十一五”時期發展,已初步形成一個新興的產業門類。2010年全行業總產值約為2000億元人民幣,企業和科研單位數量達2000家,從業人員在100萬左右;ば虏牧细鱾領域主要品種中國均有生產,所有小品種均開始著手進行了研究,部分產品產量已位居世界前列,少量出口,中國已逐步成為世界化工新材料生產大國。

針對國內外下游市場需求,培育了一批化工新材料產業。如中國合成橡膠總生產能力由2005年的132.7萬噸增長到2010的271.7萬噸,年均增長率達到21.0%,超過中國合成橡膠40多年產能發展的總和。中國已成為世界合成橡膠生產大國,總產量位居世界第二。國家多年來的引導和支持加速了中國功能膜產業的形成和發展,F在,全國從事功能膜研究的院所、大學近100家,膜制品生產企業有300余家,工程公司超過1000家,在功能膜幾乎所有的領域中國都開展了工作。

針對國家重大工程及產業需求,突破了一批關鍵化工新材料產業化制備技術并發展了一批龍頭企業。碳纖維一直是航空航天重要的配套材料,這一材料生產技術在“十一五”期間取得產業化突破。威海拓展公司和中復神鷹公司均已建成千噸級碳纖維(相當於日本東麗T300級)生產線。丁基橡膠在汽車內胎、輪胎氣密層、藥瓶橡膠塞中大量使用,以往長期依賴進口!笆晃濉逼陂g,中石化集團開發出聚合級異丁烯生產技術,形成了萬噸級丁基橡膠生產能力,填補了國內緊缺的丁基橡膠生產空白,使中國七大通用合成膠種全部實現了國產化。聚苯硫醚(PPS)工程塑料在“十一五”期間也取得突破。四川得陽科技股份有限公司在“十五”千噸級加壓法合成線性高分子量PPS樹脂生產線基礎上,不斷突破工程化放大技術,目前已形成超過3萬噸的樹脂合成規模,裝置能力居世界第一。

針對國內節能減排的需求,開發了一批新產品并建立了示范裝置。中國已是世界氯堿生產第一大國。山東東岳集團歷經8年科研攻關,完全自主研發的“全氟離子膜”於2010年6月在萬噸級氯堿裝置上一次應用成功,打破了美國、日本長期對該項技術的壟斷,標志著中國成為全球第三個擁有氯堿離子膜核心技術和生產能力的國家。工程型熱塑性彈性體(TPE)替代不可回用的硫化橡膠制造汽車部件勢在必行。道恩集團等單位在“十一五”期間開發出“完全預分散-動態硫化”制備熱塑性硫化橡膠(TPV)產業化技術,批量產品性能可完全替代硫化橡膠和其他同類進口產品,目前已應用於本田、比亞迪等車型。功能膜材料中中、低壓及超低壓分離膜己國產化,用於海水淡化的高壓膜國產制品的性能己接近國際先進水平。國內產品市場占有率由五年前的3-5%提升到目前10%左右。

中國化工新材料產業形成了一批骨乾科研單位及企業:北京化工大學、吉林大學、中科院長春應用化學所、四川大學、中石化、中石油、金發科技股份、中國藍星、東岳集團、煙臺氨綸股份公司等。

產業自身存在的問題

與發達國家相比,中國化工新材料領域產業化核心技術水平較發達國家落後10-15年。目前化工新材料仍然是中國石化行業中為數不多的因技術問題無法滿足國內需求的行業之一。由於涉及國家重大安全,化工新材料核心技術甚至關鍵產品都無法用購買方式獲得,因此只能依靠自主創新。

分析當前中國化工新材料產業發展,主要存在一下問題:

產品品種少、生產規模小,不能滿足市場需求。很多關鍵技術尚未突破,不能滿足國內需求,尤其在高端領域嚴重依賴進口產品。如工程塑料樹脂的自給率僅為1/3,尤其是特種工程塑料,中國只有聚苯硫醚等少數產品實現了工業化,且多是低端產品;合成橡膠自給率約為65%;國產膜元件國內市場占有率只有10%。同時中國化工新材料還普遍存在著品種單一,通用牌號較多,專用、特種等高性能牌號品種缺乏的問題。合成橡膠,中國七大膠種雖然全部實現了國產化,但牌號數量要比國外先進水平少很多,如丁腈橡膠(NBR)中國只能生產5個牌號,而國外牌號有300個之多;碳纖維,中國只實現了東麗公司T300級別產品的產業化生產,更高級別的產品還處於實驗室或中試水平;工程塑料領域,中國已是聚苯硫醚生產大國,但是牌號只有40個左右,而國外先進水平達到70個左右。

創新能力弱、缺乏核心技術,工程轉化能力不強、應用技術落後。中國已完成產業化和中試的化工新材料上千種產品中,目前只有聚酰胺1212(PA1212)等極少數產品為世界首創,只有反式異戊橡膠產業化技術等個別技術有望達到國際領先水平。

與國外主要參與研究的大型企業不同,中國開展研究的大多是高校和科研機構,這些單位普遍存在工程轉化能力薄弱的問題。如北京市化工研究院早在上世紀九十年代就完成了工程塑料聚酰胺11(PA11)的中試研究,但到“十一五”結束仍沒實現產業化技術突破。工程轉化能力較強的企業對於技術較復雜、風險高的化工新材料生產技術更注重於技術引進而不是自主開發,如工程塑料五大品種中的三個產品——聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)和聚甲醛(POM)都是靠引進技術實現產業化。

國際工程塑料巨頭都有龐大的應用開發中心,而國內化工新材料企業普遍缺乏對產品的應用研究,關聯行業之間缺乏溝通、交流。一方面是商業模式上,中國企業習慣於模仿和逆向研發;二是中國工程塑料技術人才知識結構缺陷,從事工程塑料人才多是化工或高分子專業畢業生,他們對力學、機械、模具等知識及其重要性認知極少。如中國合成橡膠企業除個別企業外,龍頭企業如中石油和中石化均沒有自己的橡膠制品生產和研究中心,產品只提供生膠。

部分產品盲目投資、造成大量資金浪費,資源緊張。中國化工新材料整體技術落後,少數技術較成熟甚至不成熟的產品卻面臨著盲目投資的問題。如工程塑料行業中的聚甲醛產品,中國已建成的裝置產能超過40萬噸,2010年開工率約1/3;已建成的產能占世界總產能的28%。

十二五發展目標及重點

2015年中國化工新材料產業的產值達到約4740億元人民幣,年均增長率約為18.8%,約為同期國民經濟增長速度的三倍;國內市場自給率從2010年的60.6%提高到2015年的79.0%,其中合成橡膠和工程塑料及改性塑料也要實現70%以上的自給。

針對這一目標,經調研,我們按行業歸納以下技術應為化工新材料領域“十二五”期間發展重點。

(一)功能膜材料:在功能膜全領域形成完備的、規;哪づc膜元件的生產技術與生產能力,膜性能達到國際先進水準。重點發展超低壓、抗污染、抗氧化反滲透膜及海水淡化用高壓反滲透膜、微孔濾膜(納濾、超濾和微濾);進一步提高氣體分離膜和元件的產能和產品性能;推進醫用膜的開發和產業化,重點提高血液透析膜性能;推進建筑玻璃節能用納米復合膜的產業化,實現低成本化,替代國外進口;發展太陽能電池膜和平板顯示薄膜;開發與膜配套的專用設備,促進多功能膜產業鏈的形成。大力推進功能膜材料在國民經濟各領域的推廣應用。

(二)工程塑料:積極推廣應用具有自主知識產權的聚芳醚酮、聚苯硫醚、聚芳醚樹脂系列產品;提高聚苯醚、聚甲醛和熱塑性聚酯(PET/PBT)等產品品質,增加產品種類;加強功能化、專用化工程塑料新產品及其應用研究;進一步推動聚碳酸酯、長碳鏈聚酰胺、耐高溫聚酰胺、液晶聚合物(LCP)的研制與開發;加快樹脂共混、改性及合金化進程,鼓勵發展環保型改性技術尤其是不含重金屬的改性技術、無鹵阻燃技術。

(三)合成橡膠:加快丁基橡膠(特別是鹵化丁基橡膠)、乙丙橡膠和異戊橡膠工業化技術、設備開發;加快丙烯酸酯橡膠、氯醇橡膠等特種橡膠的開發生產;大力增加國內市場占有率較高的丁苯橡膠、順丁橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠新產品、新牌號;解決國內乳聚丁苯橡膠環保橡膠填充油供應,實現低多芳含量丁苯充油橡膠商業化生產;發展苯乙烯類嵌段共聚橡膠SIS和SEBS等產品,增加專用產品比例;大力發展合成橡膠新產品,推進節能型溶聚丁苯橡膠應用,加快稀土順丁橡膠產業化,開展反式異戊二烯橡膠的應用,增加粉末橡膠、液體橡膠等專用品種和產量。 

(四)有機氟硅材料:有機硅控制總量,限制10萬噸/年以下的單體項目建設;加快核心技術開發,推進產業化進程,重點是甲基苯基二氯硅烷及其四環體產業化技術研究開發;功能性有機硅橡膠產業化技術和產品開發,特別是耐高溫硅橡膠、單組份加成型液體硅橡膠、甲基苯基硅橡膠、特種硅橡膠生膠及制品等的開發及生產;直接法合成烷氧基硅烷先進生產技術及硅烷偶聯劑新品種的開發;有機硅/有機改性材料大規模產業化技術的開發;多晶硅工業副產品四氯化硅綜合利用關鍵技術開發;硅油制備新工藝及系列產品開發;硅樹脂新品種,新技術開發。

有機氟推進系列含氟特種單體的開發及產業化,加快高性能聚四氟乙烯、可熔融性氟樹脂(尤其是F46和F40等含氟聚合物)、含氟膜材料生產及加工應用技術開發;鼓勵耐低溫氟橡膠、汽車專用氟橡膠及預混煉混煉膠新品種的開發;鼓勵氟碳涂料的開發,解決高端涂料級聚偏氟乙烯(PVDF)工業放大問題;鼓勵雜環類、脂肪族含氟中間體和液晶、平板顯示類含氟中間體,以及低毒含氟農藥、含氟醫藥中間體向高附加值方向發展;鼓勵含氟電子化學品、新能源含氟材料的開發。

(五)生物降解塑料重點發展方向:包裝塑料及其制品、日用塑料和醫用塑料及其制品,其次是農業、建筑、工業配套用塑料及其制品。重點發展完全生物降解塑料,包括聚乳酸(PLA)、聚羥基烷酸酯(PHA)、二氧化碳共聚物(PPC)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、脂肪族芳香共聚酯(PBAT)、聚對二氧環己酮(PPDO)、聚乙烯醇(PVA)、聚己內酯(PCL)等,以及基於天然產物淀粉、纖維素、甲殼素等衍生物的生物降解塑料等,并大力開發上述生物降解塑料的應用工作。

(六)特種纖維及其復合材料:大力發展以碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯、聚苯硫醚纖維等特種纖維及其以其為骨架材料的樹脂基復合材料。盡快掌握碳纖維原絲生產、碳化等關鍵技術,攻克T700以上高強度高模量碳纖維生產工藝技術;提高樹脂基材環氧樹脂的品質;加強應用研究,尤其是復合材料在航空、航天、工業領域的應用。

(七)工程型熱塑性彈性體:擴大動態硫化橡膠(TPV)生產規模,大力推進其高附加值品種的開發,實現聚烯烴彈性體(POE)規;a;高耐熱苯乙烯嵌段共聚物(TPS)、高耐熱熱塑性聚氨酯(TPU)和熔紡氨綸用TPU切片實現國產化,填補國內空白。建立功能化熱塑性彈性體(TPE)產業化示范,實現特種功能TPE的國產化。突破新型TPE制備技術。

(八)無機化工新材料:著力培育鋰鹽等新型化工新材料,重點發展無機納米粉體材料、無機功能性新材料、無機有機復合材料;把副產資源綜合利用、循環利用作為行業發展的方向,提高產業集中度培育一批銷售過百億人民幣的大型骨干企業。

(九)汽車專用熱塑性先進型復合材料、熔體靜電紡絲技術。

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