2011年新材料产业链投资机会.doc
《2011年新材料产业链投资机会.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2011年新材料产业链投资机会.doc(17页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、!技术突破是促进碳纤维产业发展的关键 11-06-03 中投顾问据最新消息显示,由中国航天科技集团公司第四研究院西安康本材料有限公司自主研制的高性能碳纤维日前已通过陕西省组织的新产品鉴定,未来这种高性能碳纤维将成为我国发展大飞机所需的重要原材料。中投顾问化工行业研究员常轶智指出,近年来,全球碳纤维正处于高速发展阶段,目前全球碳纤维需求的年增长大约为13%左右。而我国由于碳纤维的需求量增长迅速,最近几年也正在加大力度发展碳纤维。不过由于我国碳纤维产业的发展起步较慢,目前国内现有的碳纤维产能和种类还不能完全满足下游市场的需求,每年都需要进口大量的碳纤维产品。预计此次国内自主研制的高性能碳纤维成功实
2、现产业化之后,我国碳纤维产业严重依赖进口产品状况将能得到缓解。据相关资料显示,由于产品质量、技术水平和生产规模等问题,目前我国的碳纤维产能仅占全球高性能碳纤维总产量的0.4%左右,国内所需碳纤维产品基本都要依赖进口。以碳纤维复合材料为例,目前我国市场所需的碳纤维聚合材料大约为1万吨左右,而国内的碳纤维复合材料的产能仅为0.4-.05万吨。中投顾问研究总监张砚霖则指出,碳纤维产业的发展主要取决于技术水平的进步。目前由于技术等方面的优势,世界碳纤维产能主要集中于日本、美国等发达国家的相关企业。近年来虽然我国的碳纤维产能在不断提高,但是要取得实质性的进步还是要加大研发力度,以尽快突破碳纤维在生产和应
3、用等方面的关键技术。中投顾问发布的2010-2015年中国新材料产业投资分析及前景预测报告显示,碳纤维属于高性能纤维增强材料,此前主要被应用于航空航天和军工等领域,不过近年来其应用范围有逐步扩大的趋势。目前,碳纤维在油田钻探、风力发电叶片、核电、碳纤维复合芯电缆、新型纺织机械、医疗器械、汽车构件、建筑补强材料、文体用品等领域也都有应用。.中国投资咨询网!世界三大高性能纤维:碳纤维 芳纶纤维 超高分子聚乙烯纤维 11-05-31 证券时报中国高性能纤维复合材料需求将日渐强劲,尤其是航天航空、汽车、风电等领域。根据JEC集团研报显示,最近几年全球复合材料需求增长一半都在亚洲,亚洲尤其中国市场增长较
4、快,预计到2013年中国将占据全球复合材料市场增长43%的份额。中国高性能纤维复合材料需求将日渐强劲,尤其是航天航空、汽车、风电等领域。根据JEC集团研报显示,最近几年全球复合材料需求增长一半都在亚洲,亚洲尤其中国市场增长较快,预计到2013年中国将占据全球复合材料市场增长43%的份额;目前国内复合材料用于交通运输的比例相对比较小,只占5%,低于全球24%平均水平;在工业设备领域比例为10%,也低于全球26%的平均水平。目前高性能纤维在飞机上的比例为50%-80%,波音公司预计到2025年中国运输飞机数量将是原有的3倍;国内风电和汽车领域需求旺盛,高性能纤维复合材料作为一种先进的轻质高强材料,
5、符合风力发电机组大容量发展趋势,迎合汽车安全、轻型化发展方向。世界三大高性能纤维:1)碳纤维:目前全球碳纤维产能已供过于求,虽然国内碳纤维进口依赖率高达83.9%,进口替代空间大,但国内碳纤维技术仍待突破,目前进口碳纤维产品价格已逼近国内生产成本。我们认为碳纤维价格若维持低位,将促进碳纤维在高端产业和工业领域中的普及应用,由于碳纤维每一级的深加工都有高幅度的增值,碳纤维下游复合材料企业将从中直接受益。2)芳纶纤维:目前全球芳纶纤维整体已出现供过于求局面,但其中芳纶1414的供求形势依旧偏紧。国内芳纶纤维消费旺盛,年复合增长率约为30%。我们认为,随着供给增加,国内高温滤料用芳纶1313或将出现
6、产能过剩,芳纶1313在需有一定技术含量的防护领域、芳纶纸高端产品应用领域市场潜力大;国内芳纶1414主要依靠进口,供给是关键。3)超高分子聚乙烯纤维:目前全球超高分子聚乙烯纤维供不应求,供给缺口为9万吨以上;国内供给缺口为8000吨左右,国内部分企业产品已达世界先进水平,供给是关键。芳纶简介 芳纶全称为聚对苯二甲酰对苯二胺,英文为Aramid fiber(杜邦公司的商品名为Kevlar),是一种新型高科技合成纤维,具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 56倍 ,模量为钢丝或玻璃纤维的23倍,韧性是钢丝的2倍,而重量仅为钢丝的1/5左右,在560度的温度下,
7、不分解,不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能,具有很长的生命周期。芳纶的发现,被认为是材料界一个非常重要的历史进程。 芳纶纤维是重要的国防军工材料,为了适应现代战争的需要,目前,美、英等发达国家的防弹衣均为芳纶材质,芳纶防弹衣、头盔的轻量化,有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。在海湾战争中,美、法飞机大量使用了芳纶复合材料。除了军事上的应用外,现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。在航空、航天方面,芳纶由于质量轻而强度高,节省了大量的动力燃料,据国外资料显示,在宇宙飞船的发射过程中,每减轻1公斤的重量,意味着降低100万美元的
8、成本。除此之外,科技的迅猛发展正在为芳纶开辟着更多新的民用空间。据报道,目前,芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占78%,航空航天材料、体育用材料大约占40%;轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右,还有高强绳索等方面大约占 13%。 芳纶主要分为两种,对位芳酰胺纤维(PPTA)和间位芳酰胺纤维(PMIA),自20世纪60年代由美国杜邦(DuPont)公司成功地开发出芳纶纤维并率先产业化后,在30多年的时间里,芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程,价格也降低了将近一半。现在国外芳纶无论是研发水平还是规模化生产都日趋成熟。在芳纶纤维生产领域,对位芳酰胺纤维发展最快,产能主要集中在日
9、本和美国、欧洲。如美国杜邦的 Kevlar纤维,荷兰阿克苏诺贝尔(Akzo Nobel)公司(已与帝人合并)的Twaron纤维,日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。间位芳酰胺纤维的品种有 Nomex、Conex、Fenelon纤维等。美国的杜邦是芳纶开发的先驱,他们无论在新产品的研发、生产规摸上,还是在市场占有率上都是世界一流水平,仅他们生产的Kevlar纤维,目前就有Kevlar一49、Kevlar29等十多个牌号,每个牌号又有数十种规格的产品。杜邦公司在去年宣布将扩大Kevlar纤维的生产能力,该扩建项目预计在今年年底完工。帝人、赫斯特等芳纶生产的知名企业也不甘
10、示弱,纷纷扩产或联合,并积极开拓市场,希望成为这个朝阳产业的生力军。德国Acordis公司近期开发出高性能超细对位芳纶 (Twaron)产品,它既不燃,也不会熔融,还有很高强度和极大杭切割能力,主要可用于生产涂层及非涂层织物、针织产品和针剌毡等既耐高温又抗切割的各种纺织服装装备。Twaron超细长丝的细度仅为职业安全服常用对位芳纶的60%,用它织造手套其抗切割能力提高l0%,用它生产梭织物和针织产品,其手感更柔和,使用更舒适。Twaron防切割手套主要用于汽车制造业、玻璃工业及金属零部件生产厂,还能为森林工业生产护腿用品,为公共运输行业提供防破坏装备等。利用Twaron的阻燃耐热性,可为消防队
11、提供防护套装和毡毯等装备,以及为铸造,炉窑、玻璃厂等高温作业部门提供耐热防火服,以及生产飞机座阻燃防火包覆材料。用这一高性能纤维还能创造汽车轮胎、冷却软管、V型皮带等机件、光学纤维电缆和防弹背心等防护装备,还能代替石棉做摩擦材料和密封材料等。据有关部门统计,芳纶纤维世界总需求量在2001年为36万吨/年,而在2005年将达到50万吨/年。全球对芳纶的需求呈现不断增长的态势,芳纶作为一种新兴的高性能纤维进入了飞速发展的时期。 碳纤维碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨,是乱层石墨结构。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳
12、纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的79倍,抗拉弹性模量为2300043000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。材料的比强度愈高,则构件自重愈小,比模量愈高,则构件的刚度愈大,从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景,综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能,不少人预料,人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。 化学性质碳纤维是含碳量高于90的无机高分子纤维 。其中
13、含碳量高于99的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高,无蠕变,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小,耐腐蚀性好,纤维的密度低,X射线透过性好。但其耐冲击性较差,容易损伤,在强酸作用下发生氧化,与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此,碳纤维在使用前须进行表面处理。 碳纤维的制备碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得;按状态分为长丝、短纤维和短切纤维;按力学性能分为通用型和高性能型 。通用型碳纤维强度为1000兆帕(MPa)模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300G
14、Pa以上)。强度大于4000MPa的又称为超高强型;模量大于450GPa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展,还出现了高强高伸型碳纤维,其延伸率大于2。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。 目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化(预氧化)碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括,脱氢、环化、氧化及脱氧等。 碳纤维的强伸性能测试由于原料、模量、强度和最后的热处理温度不同,产生了特性不同的碳纤维,前者硬而脆的常用于复合材料,软而柔顺的常用于纺织;后者多被用于工程用料。由于碳纤维的应用越来越多兼之其特性,碳纤维强力拉伸性能测试的紧迫性摆在
15、了我们面前。强伸性能试验属于破坏性的,试验完毕试样没有可恢复性,又因为碳纤维分离成为单纤维以后非常脆弱,因此在每次试验过程中,需要细心、耐心,试验前不要对试样造成损伤。一般试验需要得到的技术指标是CV值、平均值等。 碳纤维的拉伸性能测试分单丝法和复丝法。碳纤维分离成为单纤维以后非常脆弱,剪切强度很低,稍有不慎就会断裂,因此在每次试验过程中,需要细心、耐心,不要对试样造成损伤。单纤维强伸性能试验通常采用纸框法固定试样,当然也不排除其它方法。单纤维强伸性能试验要采用能测试碳纤维的高强高模纤维强力仪。 超高分子量聚乙烯纤维(英文全称:Ultra High Molecular Weight Polye
16、thylene Fiber,简称UHMWPE),又称高强高模聚乙烯纤维,是目前世界上比强 度和比模量 最高的纤维,其分子量在100万500万的聚乙烯所纺出的纤维。特殊性能1高比 强度,高 比 模量。 比 强度是同等截面钢丝的十多倍,比 模量仅次于特级碳纤维。 2纤维密度低,密度是0.97g/cm 3 ,可浮于水面。 3断裂伸长低、断裂功大,具 有很强的吸收能量的能力,因而具有突出的抗冲击性和抗切割性。 4抗紫外线辐射,防中子和射线,比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高。 5耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。 物理性能:!人类已进入合成材料时代 11-06-03 科技日报 新闻缘起 中国
17、新材料产业市场增长空间巨大据悉,工信部协同多部委共同编制的新材料产业“十二五”发展规划,将于今年8月发布实施。据统计,目前新材料产业约占我国国内生产总值的15%,预计年增长速度保持在20%以上。数据显示,目前,全球新材料市场规模每年已经超过4000亿美元,而由新材料带动产生的新产品和新技术市场则更为广阔,年营业额突破2万亿美元。2010年,中国新材料产业的市场规模超过800亿元;相关专家指出,至2015年,这一数值将达到2000亿元左右,增长空间巨大。材料是人类社会生活的物质基础,材料创新则是科技进步的集中体现。如今,新材料的研发水平及成果转化规模正逐渐成为衡量一个国家经济发展和科技进步的重要
18、标志。材料与化学之间有何关系?聚合物材料、复合材料以及纳米材料等新材料有何优势?当前的研发、运用现状如何?带着这些问题,记者采访了北京化工大学材料科学与工程学院隋刚教授。 专家解读 控制化学反应,合成新材料“不同的材料拥有不同化学组成,即便是化学元素相同,因其原子排列、分子构象发生变化,也会形成物理性质完全不同的材料。因此,材料与化学是两个密切相关的学科。从化学成分角度可以将材料划分为金属材料、无机非金属材料以及有机高分子材料。随着材料研究水平的提高,人类早已超越天然材料时代,进入了合成材料时代。”隋刚教授首先概括介绍了材料与化学之关系。接着,隋刚教授进一步解释说:“如今,材料与化学的关系日益
19、密切,利用化学手段,可以设计新的分子结构,通过控制化学反应过程合成出新材料,满足人类社会发展和生活水平提高的需求。其中有机高分子材料,也称作聚合物,就是一类最重要的合成材料,它是由许多个单体分子经聚合反应而成的。”利用化学,“改造” 聚合物材料塑料、橡胶、合成纤维我们的生产与生活早已离不开这些常见的聚合物材料。而它们的研发与应用,离不开化学学科的贡献。根据聚合物分子的化学结构,可以把有机高分子材料分为热塑性和热固性两大类。热塑性聚合物在适当溶剂中可以溶解,加热到一定温度能够熔化流动,可以反复加工成型,主要在室温或较低温度下使用,如尼龙、聚苯乙烯等。而热固性聚合物,如环氧树脂和酚醛树脂等,在成型
20、前是可溶可熔的,但经过化学交联反应就变为不溶不熔的固体,即使加热至碳化也不会再软化。一般来说,热固性材料的模量和耐热性要优于热塑性聚合物,但韧性较差。化学是怎样“改造”聚合物材料的呢?隋刚教授解释说:“为了让聚合物材料拥有更优异的综合性能,可以采用化学方法进行性能改进。例如,在高分子链中引入芳环结构,能够有效提高热塑性聚合物的模量和耐热性,聚芳砜(PASF)聚苯硫醚(PPS)等热塑性聚合物的热变形温度可以达到250以上。而在热固性聚合物中,通过引入不同化学结构的固化剂进行交联,也可以使材料的模量和韧性得到调节。”改变化学结构,催生复合材料随着科技和工业的发展,对材料性能的要求不断提高,单一化学
21、结构的材料已无法满足某些使用需求,复合材料越来越得到人们的重视。由于复合材料可以将不同化学结构、物理性质的材料组分结合在一起,发挥各自的性能优势,通过结构设计满足高性能和特殊功能要求,因而受到材料研究专家的高度重视,应用范围不断扩展。在航空、航天、能源、交通、军事和体育等领域,有着高强度、高模量和耐高温性能的先进复合材料发挥着不可替代的作用。隋刚教授以树脂基复合材料为例,对复合材料的广泛应用进行了简单说明:“这是技术发展比较成熟,使用范围最广泛的一类复合材料,一般是由短切纤维、连续纤维及其织物增强热固性或热塑性聚合物基体而成。在航空方面,碳纤维树脂基复合材料在减轻结构重量、提高结构效率、改善结
22、构可靠性、延长结构使用寿命方面,具有其它材料无法比拟的优势,已经是应用于A380、波音787等飞机的主结构材料。在航天方面,固体火箭发动机壳体、液体燃料贮箱、仪器舱段、卫星整流罩等重要部件也都是由复合材料制造的。而风能和核能发电设备、轻量化汽车、体育休闲用品等更是离不开复合材料的身影。此外,在集成电路、电磁屏蔽、隐身材料以及生物组织工程等方面,复合材料同样大有可为。”有机化学修饰,带来纳米材料领域新进展材料科学发展到今天,纳米材料越来越多地得到人们的关注。纳米粒子具有许多不同于常规固体的新奇特性,而且,仅用少量的纳米填料就可实现复合材料性能的提高。因此,纳米材料领域受到不少复合材料研究人员的重
23、视与青睐。不过,由于碳纳米管和碳纳米纤维等一维纳米材料在聚合物基体中易团聚、界面粘结差,难以发挥性能优势,这让不少研究者都颇为伤神。针对此项难题,隋刚教授进行了多年研究,终于有所收获。“我们对碳纳米材料表面进行了有机化学修饰,并通过与特殊化合物的力化学反应及后处理技术,得到液态的纳米添加物。这种液态纳米添加物在环氧树脂等聚合物基体中不聚集不缠绕,易于分散,并具有适当的反应活性,能够和环氧树脂基体发生化学及物理结合,形成一种超分子结构。”隋刚教授这样说。当问到这种纳米添加物与传统工艺的简单混合以及普通化学接枝有何不同时,隋刚教授解释道:“它消除了纳米粒子对于环氧树脂黏度的影响,能够通过共价键链接
24、在环氧树脂分子链上,均匀分布在环氧树脂交联网络之中,发挥增强作用。同时,通过调节交联网络密度,改善材料韧性。此外,还可以降低环氧树脂表面能,提高热稳定性,改善聚合物基体与碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维和超高分子量聚乙烯纤维等增强材料的界面黏接。通过碳纳米材料和连续纤维的多尺度协同增强作用,可同时实现纳米复合材料的高强、高韧和良好的界面性能。”(文实习生 马媛媛) 延伸阅读材料与化学的“双重变奏史”材料的每一次发展,都影响着科学技术领域的整体水平,并给人们的生活带来巨大的变化。没有半导体单晶硅材料就不可能有今天的微电子产品,没有先进复合材料也不可能有航空航天工业的飞速发展。天然橡胶产品出现于19世纪
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2011 新材料 产业链 投资 机会
限制150内