中国新材料产业发展动态

2015-08-15 20:23:28 江苏省企业技术改造协会 21

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目  录

 

 

第一章  中国新材料产业发展概况

第一节  产业发展现状

一、特种金属功能材料

(一)稀土功能材料行业

(二)铜材料行业

(三)多晶硅行业

(四)其他行业

二、高端金属结构材料

(一)特殊钢行业

(二)新型轻合金行业

三、先进高分子材料

四、新型无机非金属材料

五、高性能纤维及复合材料

六、前沿新材料

第二节  存在的主要问题

一、部分关键材料依赖进口

二、自主创新能力不强

三、研发投入不足

四、产学研用体系仍待完善

五、平台建设有待加强

第三节  2013年度国内新材料领域标志性事件

第二章  重点新材料领域发展情况

第一节  特种金属功能材料

一、稀土功能材料

(一)产业发展现状

(二)重点品种发展情况

(三)行业发展重大事件

(四)发展趋势预测

二、铜功能材料

(一)产业发展现状

(二)行业发展重大事件

(三)发展趋势预测

三、硅材料

(一)产业发展现状

(二)重点企业发展情况

(三)技术水平

(四)上下游产业发展情况

(五)主要问题

(六)年度标志性事件

(七)发展趋势预测

第二节  高端金属结构材料

一、高品质特殊钢

(一)产业发展现状

(二)重点品种发展情况

(三)高品质特殊钢发展方向

二、铝合金

(一)产业发展现状

(二)产业发展新趋势

(三)重点企业发展情况

(四)行业技术进步

(五)上下游产业发展情况

(六)存在的主要问题及建议

(七)年度标志性事件

(八)发展趋势预测

三、镁合金

(一)产业发展现状

(二)龙头企业情况

(三)技术创新与产业转型升级

(四)行业发展重大事件

(五)行业发展趋势

四、钛合金

(一)产业发展现状

(二)技术进步情况

(三)重点企业情况

(四)行业发展趋势

第三节  先进高分子材料

一、行业发展现状

二、存在主要问题

三、发展趋势

第四节  新型无机非金属材料

一、中空玻璃

(一)产业发展现状

(二)存在的主要问题

(三)发展趋势

二、其他新型非金属材料

(一)综述

(二)产业发展概况及主要问题

(三)市场行情

(四)生产企业

(五)发展思路

第五节  高性能纤维及复合材料

一、高性能纤维材料

(一)行业发展现状

(二)发展趋势

二、铝基复合材料

(一)发展现状

(二)下游行业

(三)发展趋势

三、树脂基复合材料

(一)产业发展现状

(二)发展趋势

四、酚醛

(一)产业发展现状

(二)重点企业发展情况

(三)技术水平

(四)上下游产业发展情况

(五)存在的主要问题

(六)发展趋势预测

第六节  前沿新材料

一、纳米材料—石墨烯

(一)行业发展现状

(二)重点企业发展情况

(三)年度标志性事件

(四)存在的主要问题

(五)发展趋势

二、超导材料

(一)行业发展现状

(二)重点企业发展情况

(三)年度标志性事件

(四)存在的主要问题

(五)发展趋势

三、生物材料

(一)行业发展现状

(二)重点企业发展情况

(三)年度标志性事件

(四)存在的主要问题

(五)发展趋势

四、智能材料

(一)行业发展现状

(二)重点企业发展情况

(三)年度标志性事件

(四)存在的主要问题

(五)发展趋势

增加值为247860亿元,同比



中国新材料产业发展动态

(2014)

 

 

当前,我国新材料产业正处在快速发展时期,产业规模逐步发展壮大,产业化程度不断提高,技术水平也得到了大幅提升。近几年,新材料产业发展日益受到各地政府的关注,全国多个省市将新材料作为地区经济的重要增长点进行重点扶持。


第一章  中国新材料产业发展概况

第一节  产业发展现状


近几年,我国新材料产业迅速发展,据不完全统计,2013年我国新材料产业生产总值为12500亿元人名币左右,同比增长约为25%。

一、特种金属功能材料

(一)稀土功能材料行业

永磁材料、储氢材料、催化材料与2012年相比均呈增长态势,液晶材料略有下降,荧光材料受需求萎缩影响出现大幅下滑。2013年我国稀土永磁体出口量达18825吨,创历史新高;稀土微合金化工艺、超高纯稀土金属制备技术、稀土荧光粉生产低频闪交流LED 产品生产及磁制冷技术等领域取得重大突破。

(二)铜材料行业

2013年中国铜材料生产平稳发展,总产量达到1460万吨的水平,其中铜管,铜板带、铜棒、铜箔、铜线几大类铜产品的产量分别超过250 万吨、260 万吨、180万吨、30 万吨和550 万吨。

(三)多晶硅行业

市场 “先冷后热”,2013 年上半年国内大部分多晶硅企业受下游光伏市场影响纷纷停产,下半年受益于下游政策推动和“抢装”市场行情的影响,多晶硅价格回升,生产企业复产,全年总产量8.2 万吨,比2012 年增长了28%。

(四)其他行业

高强高延性钼合金成功研制,LED 室内照明用低成本高效率改进型MCOB封装材料与技术成功研制并实现大规模产业化。大全新能源突破多晶硅四氯化硅氢化技术,山东天岳先进材料科技有限公司研发出第三代半导体核心材料,天津大学首次用物理方法取得纳米级别半导体材料。

二、高端金属结构材料

(一)特殊钢行业

2013年特钢协会会员单位钢材产量合计11230万吨,同比增长5%。其中,优质非合金钢2494 万吨,同比增长2%;优质低合金刚911万吨,同比减少17%;优质合金钢366 万吨,,同比增长19%;齿轮钢312万吨,同比增长6%;轴承钢287万吨,同比增长3%。

(二)新型轻合金行业

2012 年大型钛合金、铝合金等关键件模锻工艺获突破,宝钛集团钛合金深度应用方面取得进展,航空航天级钒铝合金项目获突破,中国海油深海钢结构防腐技术获突破,纳米金属新工艺获突破。

三、先进高分子材料

国内特种橡胶产量达到185.7万吨,国内自给率67%。高性能树脂673万吨,其中聚氨酯树脂、高吸水性树脂、氟树脂完全实现国内自给,而工程塑料、硅树脂、生物基树脂仍部分依赖进口,特别是聚苯醚、聚碳酸酯和聚苯硫醚的国内自给率尚不足30%,严重依赖进口。

2013年DMC技术获得突破,河南聚甲醛研发获突破,中科院青岛分部改性聚甲醛研究获得新进展,中国诚通集团特种聚酯薄膜开发取得重大突破。

四、新型无机非金属材料

目前,我国利用鳞片石墨生产球形石墨已形成批量生产,在石墨的提纯、球形化方面等生产技术已基本完整,形成固定的生产线,利用鳞片石墨生产柔性石墨板材也已形成批量生产,但是利用柔性石墨纸、板,制造燃料电池双极板,尚处于实验室阶段。我国的石墨乳以中低档制品为主,高性能的拉丝石墨乳、锻造石墨乳制品依靠进口;石墨烯、纳米膨润土材料、硅藻土光催化复合材料等也均无大规模工业生产,主要以实验室物理方法、化学方法等小批量生产。

2013年,国内首条锂铝硅浮法特种玻璃生产项目在青海开工建设,南玻0.7mm超薄玻璃计划量产,兰化所成功制备出系列结构/润滑功能一体化陶瓷复合材料。

五、高性能纤维及复合材料

目前我国碳纤维已实现产业化,但受技术不成熟、装置不稳定等因素影响,许多装置不能正常开车或处于停产状态,2013年我国碳纤维产量为0.25万吨,表观消费量为1.15万吨,国内自给率仅有21.7%。我国间位芳纶生产已有一定基础,但对位芳纶、共聚芳纶还处于产业化阶段,2013年我国芳纶产量为0.68万吨,表观消费量为0.94万吨,国内自给率为72.1%。我国UHMWPE纤维已实现产业化,但国产UHMWPE纤维的质量和性能仍无法与国外的干法产品相比,每年仍有近70%的UHMWPE纤维产品依赖进口。总体来看,我国高性能纤维主要产品基本实现产业化,但产业规模较小,国际竞争力较弱。

2013年高性能复合材料方面,干喷湿纺碳纤维研究取得突破,首条25吨T800碳纤维生产线建成,高强芳纶纤维实现产业化生产,超高分子量聚乙烯纤维关键技术取得重要进展。

六、前沿新材料

目前,我国在超导材料研究、生产制备及应用方面积累了大量经验,实现了低温超导材料和高温超导材料产业化。在纳米材料方面具备了基础研究、应用研究和产业化的能力,并建立了一定规模的纳米材料生产基地,2013年全球首条单层石墨烯薄膜生产线在重庆实现量产,成功填补了国内技术空白;全球首条年产300吨石墨烯生产线在宁波慈溪建成投产。在生物材料方面建成了一批生物材料生产项目,聚乳酸、PBS、PHA等生产项目相继投产。智能材料具备了一定的产业基础,形成了一批能够从事生产的企业。铁基超导研究取得系列进展。


第二节  存在的主要问题


一、部分关键材料依赖进口

尽管我国新材料产业体系基本形成,但新材料对外依存度很高。一是有些材料仍然停留在实验室技术研发阶段,国内尚未实现产业化,完全依赖进口,如超高纯度金属的溅射靶材、高纯度多晶硅等。二是国内拥有生产能力,但产量、性能和质量不能满足要求,如平板显示器所需要的基板玻璃、液晶材料、光学元件等关键材料大部分仍依赖进口,80%以上的高性能生物材料依靠进口。

二、自主创新能力不强

长期以来我国产业技术发展主要以跟踪模仿为主,技术自主创新意识淡薄,自主创新能力薄弱成为制约当前新材料发展的重要问题。以“硅材料提纯一硅晶片生产一电池片生产一组件封装”的光伏产业链为例,其产业链上游的高纯度硅料生产技术含量高,附加值高。尽管我国是太阳能电池第一生产大国,但由于我国多晶硅提纯技术的缺失,我国光伏产业多数企业的业务主要是低附加值的“电池片生产”和“组件封装’,使光伏产业处于有规模无技术的局面。

三、研发投入不足

从我国新材料领域创新资源投入来看,研发投入不足是制约我国新材料产业发展的现实问题,主要表现在以下3个方面。

(一)研发人才的投入不足。一方面是我国新材料产业缺乏高层次的工程技术人员和管理人才,尤其是缺乏创新型领军人物以及复合型、外向型人才;另一方面是我国吸引高层次人才的机制环境仍需改善。

(二)研发资金投入不足。以我国硬质合金领域为例,其技术研发费用占销售收入的比重不足3%,较高新技术型企业5%的比例低两个百分点。

(三)技术创新所用的试验设备、仪器等物品特别是专用设备的投入力度仍待加强,如由于高温测试仪、超声检测仪、氧氮分析仪、扫描电子显微镜等专用设备价格昂贵,投入严重不足。

四、产学研用体系仍待完善

2013年美国能源部成立关键材料创新中心,由来自科罗拉多矿业学院等近10所大学、能源部橡树岭国家实验室等4所国家实验室以及通用电气公司等近10家私营企业的科研工程技术人员,共同对关键材料加工工艺以及关键材料在清洁能源组件和产品中的作用开展研究与开发活动。这种由政府组织创新中心将高校、科研机构、企业紧密联系起来,共同参与的关键材料研发工作,可以有效地快速推进关键材料由设计、研发到生产、应用的发展过程。虽然目前我国政府积极组织搭建服务平台,推动产学研用紧密结合,也取得了一些成绩,但多是企业出于自身发展需要与高校、科研机构寻求合作,产学研用严重脱节的问题并没有实质性改变,特别是新材料产业涉及范围广泛,更需要产学研用密切结合,才能促进新材料产业的快速发展。

五、平台建设有待加强

虽然我国已经建成一批新材料国家和省部级重点实验室、工程技术中心等研发平台,建立了一批创新和创业服务平台,但公共服务平台仍需进一步完善。例如,研发平台所需的研发设备、人员队伍等配套能力仍待加强;创新服务平台的数量还远远不能满足需要;公共服务平台的服务能力有待进一步提高;国家级的共性技术研发平台和信息共享平台缺乏等。


第三节  2013年度国内新材料领域标志性事件


1.2013年3月15日,《科学》杂志在线发文,宣布中国科学家领衔的团队首次在实验中发现量子反常霍尔效应。这一发现或将对信息技术进步产生重大影响。这一发现由清华大学教授、中国科学院院士薛其坤领衔,清华大学、中国科学院物理所和斯坦福大学的研究人员联合组成的团队历时4年完成。在美国物理学家霍尔1880年发现反常霍尔效应133年后,终于实现了反常霍尔效应的量子化,这一发现是相关领域的重大突破,也是世界基础研究领域的一项重要科学发现。这项研究成果将推动新一代低能耗晶体管和电子学器件的发展,可能加速推进信息技术革命进程。

2.2013年6月18日,富士康集团属下的天津富纳源创科技有限公司通过产学研结合,成功实现了全球首个碳纳米管触控屏的产业化,目前已生产碳纳米管触控屏700万片,2013年内产能达到300万片/月,成功地为华为、酷派、中兴等手机配套。超顺排纳米管阵列是由高质量的碳纳米管整齐排列而成的一种新型材料,这种材料可以直接制膜或者拉丝,在触摸屏、超细导线、瞬时加热器、超薄扬声器等多个领域具有极其广阔的应用空间,被业内评价为架起了一个联系纳米世界和宏观世界的桥梁,打开了一条通向碳纳米管真正应用的道路。

3.2013年6月29日,海峡两岸(镇江)新材料产业合作示范区在江苏镇江新区揭牌。根据规划,到2015年,海峡两岸(镇江)新材料产业合作示范区新材料产业年销售规模将超过800亿元人民币,将成为长三角地区重要的新材料产业集聚区和对台经济合作特色示范区。

4.2013年7月5日,工业和信息化部发布了《新材料产业标准化工作三年行动计划》(以下简称《计划》)。《计划》提出到2015年,要完成200项重点标准制修订工作,立项并启动300项新材料标准研制,开展50项重点标准预研究,争取覆盖“十二五”规划提出的400个重点新材料产品,基本形成重点领域发展急需的、具有创新成果和国际水平的重要技术标准体系。

5. 2013年7月初,同济大学医学院生物医学工程与纳米科学研究院王祎龙博士、时东陆教授与美国辛辛那提大学、密西根大学的的同行紧密合作,研制出一种新型表面双功能化的非对称纳米复合微球。这种新颖的结构为表面选择性耦合生物分子提供了一个独特的方法,为多功能纳米材料载体的构建提供了全新的思路。这种新型纳米结构的优势在于更方便、更高效地将多种功能整合于同一个纳米载体中,使之能同时实现靶向、示踪、磁热疗、载药和可控释药。

6.2013年7月18日,我国首个铝型材行业国际标准ISO28340:《铝及铝合金阳极氧化复合膜》被翻译成西班牙语、法语、俄语等多国语言正式发布,并被ISO标准化组织的120多个成员国采用。该标准的发布对于占全球铝材产业近半产量的中国和铝型材占全国产量近半的佛山,突破技术贸易壁垒、增加铝型材进出口有积极意义。

7.2013年7月31日,第三届中国国际新材料产业博览会全国联络员会议在黑龙江召开。第三届新材料博览会的主题是“新材料、新生活、新装备、新成果”展区设新材料专业馆、新材料生活馆和新材料装备馆3个部分。通过组织产品展示、技术交流、项目推介、招商引资、贸易洽谈和举办报告会、新闻发布会等一系列活动,展示国内外新材料产业发展水平,促进企业信息交流,推动行业技术合作,引导我国新材料产业持续健康发展。

8.2013年8月26日,国家发展改革委出台了《关于发挥价格杠杆作用 促进光伏产业健康发展的通知》(发改价格[2013]1638号)(以下简称《通知》),完善了光伏发电价格政策。《通知》规定,对光伏电站实行分区域的标杆上网电价政策。根据各地太阳能资源条件和建设成本,将全国分为3类资源区,分别执行0.9元/千瓦时、0.95元/千瓦时、1元/千瓦时的电价标准。对分布式光伏发电项目,实行按照发电量进行电价补贴的政策,电价补贴标准为0.42元/千瓦时。此次公布的电价标准高于市场预期,明确了光伏发电项目的投资回报,保障了业主或投资方的长期收益,国内光伏市场有望正式大规模启动。

9.2013年10月,工业和信息化部印发《加快推进碳纤维行业发展行动计划》 (以下简称《计划》)。《计划》提出,经过3年努力,初步建立碳纤维及其复合材料产业体系,碳纤维的工业应用市场初具规模;截至2020年,我国碳纤维品种规格齐全,基本满足国民经济和国防科技工业对各类碳纤维及其复合材料产品的需求,初步形成2~3家具有国际竞争力的碳纤维大型企业集团及若干创新能力强、特色鲜明、产业链完善的碳纤维及其复合材料产业集聚区。《计划》要求在产业推进发展进程中不忘转型升级,并鼓励骨干企业开展跨地区、跨所有制的联合重组,力争到2020年,前5家生产企业集中度提高至70%以上。碳纤维产能如果能够持续稳定生产,必将取得突破并在全球格局中占有一席之地,同时将有力支持我国高性能复合材料发展,调整产业格局。

10.2013年11月18日,由常州第六元素材料科技股份有限公司自主研发的年产100吨氧化石墨(烯)/石墨烯粉体生产线正式投产,标志着我国石墨烯产业进程迈出了突破性的一大进步,将大幅度降低其应用成本,推动石墨烯产品的广泛应用,使我国的石墨烯产业进入一个全新的领域。常州第六元素材料科技股份有限公司自2011年成立以来,在石墨烯粉体的研发、生产工艺、生产设备及产业化应用上,都取得了骄人的成绩。据悉,常州第六元素材料科技股份有限公司自主研发的年产100吨氧化石墨(烯)/石墨烯粉体生产是国内首条实现大规模宏量制备、全自动控制的粉体石墨烯生产线,产品稳定性、一致性、可控性达到了设计指标,所采用的生产工艺技术以及设备全部由该公司自行设计,拥有完全的自主知识产权。

 

 

 

第二章  重点新材料领域发展情况

第一节  特种金属功能材料


一、稀土功能材料

(一)产业发展现状

1.全球产业发展现状

2013年,全球稀土消费量为11.65万吨,同比上升23.8%;中国稀土消费量为7.8万吨,环比上升20.4%。消费量大幅增长的原因在于:2012年,稀土价格高企业抑制消费,全球消费量下滑至9.4万吨,较之2011年下降22.9%;2013年稀土价格持续回落,支持消费上升。尽管2013年稀土消费增速比较高,但较之2010还有较大差距。2010-2013年全球稀土消费量参见表1。

表1  2010—2013年全球稀土消费量

(单位:吨)

年份

2010

2011

2012

2013e

全球消费量

134875

122110

94097

116500

中国消费量

87025

83110

64797

78000

中国占比(%)

64.52

68.06

68.86

66.95

2013年,稀土应用占比最大的领域仍然是磁体,达到24%;催化剂占比为21%,位居第二;金属合金、抛光粉分列其后,占比分别为18%和15%;其他应用领域包括荧光粉金属合金、玻璃、陶瓷等,如图1所示。

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图1  2013年全球稀土应用结构

除中国外,全球主要的稀土消费国包括日本、美国、欧洲、加拿大等,但消费领域各有侧重。

(1)日本。2011-2012年,为了应对稀土价格高企,日本国内加速了稀土替代技术、减量化应用技术研究及开发,以及注重稀土循环利用,使得稀土消费量明显缩减,由2010年的3.303万吨下降至2013年的2.345万吨,降幅高达29%,参见表2。

表2  日本稀土在各领域需求情况

(单位:吨)

年份

2010

2011

2012

2013e

抛光粉

10000

3000

2000

2500

玻璃

3800

2630

1100

650

荧光粉

1300

1060

820

650

催化剂

4460

4910

5455

5970

陶瓷

730

580

550

580

磁体

7610

6680

6340

6930

电池

3360

3370

4765

5120

钢铁冶炼

1570

850

850

850

其他

200

200

200

200

合计

33030

23280

22080

23450

日本稀土消费变化最为明显的是抛光粉,2013年抛光粉领域消费稀土仅为0.25万吨,较之2009年的1.28万吨下降80.5%,这主要是因为:日本企业大量循环利用抛光粉废液;电视机、计算机销售萎靡不振,大型液晶显示器、硬盘驱动器用玻璃基板等领域需求下滑。在催化剂、磁体、电池3个领域不但没有明显萎缩,反而保持了一定幅度的增长。

磁体是日本稀土应用比例最大的领域,为29%;催化剂、电池、抛光粉分列二、三、四,分别为25%,22%和11%,如图2所示。

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图2  2013年日本稀土应用结构

2011年开始,由于进口受限、价格高企,日本企业持续推进摆脱稀土或不用稀土的研究、开发、应用,并取得了较为显著的成果。早在2007年,面对大量投机资金流入商品市场,资源价格快速上涨,日本政府就有了危机感。经济产业省(部)和文部科学省(部)相继开展了“替代技术的基础研究”和“替代技术的应用研究”,日本文部科学省(部)将之命名为“元素战略项目”,核心指导思想可以用东京工业大细野秀雄教授提出的“如果能从周围的元素中提取出未知的性质,就能打开新的用途”来概括,最终有超过20所大学和企业参加了相关项目的研究和开发,研究的重点领域参见表3。

表3  日本稀有金属替代战略的重点研究领域

领域

主要研究课题

磁性

钛合金替代高性能磁体所使用的镝元素

电子材料

铟的替代物,即透明电极所使用的氧化锌

半导体所使用的镓、砷的替代材料

催化剂

混合金属和有机物等替代贵金属催化剂

电池材料

二次电池所使用的新材料

构造材料

高强度钢材添加的铌和钼的减量化应用

稀有金属

切削工具的钨被钛合金替代

荧光粉材料

荧光粉材料需要的铽等替代新材料

“元素战略”能够使得日本成功应对稀土市场的变动,主要原因包括:能够预见到将来的危机,官方与民间得以快速反应并应对;日本在材料专业领域有极为深厚的积累,并对潜力进行充分挖掘。2012年开始,“元素战略”进入第二期。文部科学省(部)提醒,尽管铌、钼当前能够稳定地采购,但进口主要依赖于特定的国家,不能无视这个风险。由此,汽车所使用的高强度钢板中必不可少的铌和钼元素的替代技术被确定为重点课题。2013年4月,日本政府内阁会议确定了海洋基本计划,要求经济产业省、文部科学省、国土交通省等联合推动面向海底资源的开发。

(2)美国。2013年,美国稀土消费量达到0.85万吨,是近年来的消费高峰,主要是因为美国钼公司复产,提升原材料供应保障能力的同时,实施上下游一体化发展战略,促进了稀土应用,参见表4。

表4  2010-2013年美国稀土消费量

(单位:吨)

年份

2010

2011

2012

2013e

美国稀土消费量

7000

7790

5700

8500

美国稀土消费领域与日本明显不同:催化剂领域占稀土消费的比例高达65%,这与其石油、汽车工业发展以及严格的尾气排放标准密切相关。稀土在磁体的消费占比仅为9%,远低于中国、日本等国家,如图3所示。

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图3  2013年美国稀土应用结构

(3)欧洲。欧洲稀土消费量曾一度超过1万吨,但随着产业布局调整,大部分生产线转移至具有资源优势的国家,或者更贴近需求市场。近年来,欧洲本土稀土消费量已经下降至0.3万吨,其应用结构如图4所示。

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图4  2013年欧洲稀土应用结构

(4)加拿大。加拿大稀土应用集中在永磁材料上,主要生产企业为NEO材料技术有限公司(NEO MATERIAL TECHNOLOGIES INC.)。该公司的前身为在加拿大多伦多证券交易所上市的AMR公司,于2005年8月并购麦格昆磁公司后更名。麦格昆磁公司最早于1982年由通用汽车公司(GM)创建,是通用汽车的一个业务分部。麦格昆磁公司以科技为先导,以专利战略为依托,在成立后20年的时间内,成为在黏结钕铁硼磁粉中占有绝对份额,业务领域跨越黏结钕铁硼、烧结钦铁硼、钐钴磁体、铝镍钴磁体以及铁氧体等领域,分公司遍布亚洲、美洲、欧洲的磁性行业巨头。截至2013年,麦格昆磁仍然独家拥有黏结钕铁硼快淬磁粉(MQ磁粉)专利,在黏结钕铁硼领域占据垄断地位。麦格昆磁公司十分重视专利战略的应用,从早期同日本住友公司竞争开始,在世界范围内抢夺基本成分专利拥有权,到添加钴的基本专利延伸,然后到制备专利、外围产品专利网络兴建,再到对全球主要电子公司大范围的专利诉讼,专利战略始终是麦格昆磁公司商业竞争运用的主要手段,并成为该公司发展的核心战略之一,并且为其取得竞争优势打下坚实基础。据不完全统计,麦格昆磁公司在世界各地申请的磁性材料专利达到219项,参见表5。

表5  麦格昆磁公司专利申请区域汇总

国家或地区

专利总数

以通用公司名义

以麦格昆磁公司名义

加拿大

20

19

1

世界知识产权组织

8

1

7

美国

63

56

7

欧洲

32

29

3

德国

34

31

3

中国大陆

9

7

2

西班牙

2

2


巴西

4

4


韩国

3

3


墨西哥

5

5


日本

20

20


英国

1

1


法国

2

2


澳大利亚

12

10

2

新加坡

3

3


中国台湾

1

1


合计

219

194

25

2.国内产业发展现状

2013年,我国稀土消费量为7.8万吨,同比上涨20.38%。其中,永磁材料消费量为3.9万吨,位居第一;随着环保要求越来越严格、汽车尾气排放标准不断升级、油品质量指标要求越来越高,稀土在石油/化工、催化材料领域的应用量保持稳步提升,特别是石油/化工领域,已经成为第二大消费板块;荧光材料消费量迅速下降,主要是因为传统的三基色荧光粉节能灯逐步被LED取代,每只LED稀土单耗大幅下降且寿命更长。其稀土消费结构参见表6。

表6  中国稀土消费结构

(单位:吨)

年份

2010

2011

2012

2013e

传统领域

冶金/机械

11200

10100

1000

3800

石油/化工

7500

7500

7600

8000

玻璃/陶瓷

7600

7000

7000

7500

农轻纺

6900

3500

2500

3000

新材料领域

荧光材料

5000

4800

3100

2800

液晶抛光

4600

4800

5000

4900

永磁材料

34125

36600

30847

39000

储氢材料

6300

4430

3190

4000

催化材料

3800

4380

4560

5000

合计

87025

83110

64797

78000

近年来,稀土消费量受到稀土价格变动的影响非常明显:2011-2012年,投机资金大量进入稀土商品市场,导致稀土价格迅速上扬,抑制了稀土需求,消费量连续2年下滑,2012年仅约为6.5万吨,较之2010年8.7万吨下降25.5%;2013年,随着稀土价格回落至较低水平,消费量回升,环比涨幅明显,但实际消费量远未达到2010年的最高水平。近年来稀土价格变动情况如图5所示。

图片关键词

图5  稀土氧化物月度价格综合指数

(二)重点品种发展情况

1.永磁材料

进入21世纪以来,稀土永磁材料成为推动我国稀土消费量增长的主要力量,消费占比快速上升。我国钕铁硼已经形成的产能约为24万吨,集中在宁波、京津、山西、包头、赣州、山东、安徽、甘肃、福建等地区,企业分布较为零散。据估计,国内拥有合金制备能力高达40万吨,且由于普遍采用氢破技术,制粉能力也达到40万吨。但由于磁体性能要求高、形状多样、工艺流程长,导致压型烧结设备能力完全无法发挥,因而24万吨产能并不等于实际设备能力。目前新建产能还有5万吨,具有特色优势的包括江钨、广晟及中科世纪。

稀土永磁材料相关技术及专利是日本、美国、加拿大、欧洲各国的必争高地,全球磁性材料技术、专利基本由这些国家所垄断。在黏结钕铁硼方面,加拿大麦格昆磁公司长期垄断了钕铁硼磁粉的专利,导致我国生产黏结钕铁硼均需向该公司购买昂贵的磁粉,黏结钕铁硼产量仅为烧结钕铁硼产量的1/19。突破发达国家的专利、技术限制,成为国内稀土永磁材料生产企业的共识。

江西江钨稀有金属新材料有限公司招聘了归国科技人员,启动了稀土速凝纳米合金片项目。经过深入研发及生产经验积累,该公司已经在黏结钕铁硼领域获得专利、技术及装备的突破,基本具备产业化生产的能力。随着项目建设的推进,将打破麦格昆磁公司的全球垄断地位,提升我国自主生产高端磁性材料的能力。

广晟有色金属股份有限公司与日本TDK株式会社、日本东海贸易株式会社共同投资成立中日合资广东东电化广晟稀土高新材料有限公司,年产4000吨高性能烧结钕铁硼永磁材料,并由TDK进行销售。东电化公司注册资本3300万美元,其中广晟以现金出资1221万美元,占该公司注册资本的37%;TDK以现金出资1947万美元,占该公司注册资本的59%;东海贸易以现金出资132万美元,占该公司注册资本的4%。

钐在稀土矿物中含量较高,但目前应用范围狭窄,主要用于钐钻磁体,是过剩量较大的元素之一。钐铁氮磁体是钐的新兴应用领域之一,具有其明确的市场定位:铁氧体性能不及、钕铁硼不易制备的高性能柔性橡胶磁体和刚性尼龙注射磁体,现有的市场潜力已经高达10多万吨。全球范围内,仅有日本实现了钐铁氮磁体的工业化应用,我国钐铁氮的工业化生产处于起步阶段。经过多年的技术攻关,福建中科世纪金属有限公司已经初步具备了钐铁氮磁粉及磁体产业化生产的能力,并在福建龙岩稀土工业园区投产。该项目的投产,不但能平衡稀土元素应用,也使我国成为日本以外有能力自主生产钐铁氮磁体的国家。

2.交流LED

现有的LED照明光源只能使用直流电作为驱动,使用普通照明电源必须经交、直流转换,带来电能耗损高、元器件寿命短、产生热量大、电源成本高、设备占有空间大等问题。交流电在其周期内要经历电流值从大到小和正反向的过程,使用交流电驱动LED芯片时,芯片的发光也会具有同样的周期变化过程,从而导致发光频闪。因此,加速开发不需要交、直流电源转换,可直接使用交流电驱动的新一代LED照明光源成为各国竞相研发的焦点、抢占战略制高点的关键。

中科院长春应化所研究员张洪杰、李成宇带领的课题组和四川新力光源公司联手在国际首创了新型交流LED新技术—AC-LED照明技术。课题组创新性地发明了发光寿命可调并与交流供电频率匹配的稀土LED发光材料,以此为核心发明了新一代交流LED白光照明光源技术,解决了交流LED发光频闪的世界性难题。该技术已经投产,制作了泡灯、筒灯、管灯、射灯4大类产品,与传统直流电源驱动的LED相比,具有散热好、能量转换效率高、体积小等优势,寿命提高1倍以上,能耗和成本分别降低15%和20%以上。产品通过美国UL和欧盟CE认证,年产能超过千万套,并销往海外多个国家。

(三)行业发展重大事件

1.2013年12月19日,国务院副总理马凯主持召开研究加强稀土行业管理有关工作的专题会议,国家工信部、国家发改委、国家财政部等12个部门的负责同志参加了会议。会议研究了进一步加强稀土行业管理的各项措施并部署了下一阶段工作,同时批复了“1十5”稀土大集团组建方案。大集团组建方案的批复将对我国稀土产业格局产生重大影响。

2.包头稀土研究院磁制冷技术取得较大进展,在材料方面掌握了公斤级La系、Gd系材料及各种形状磁工质的批量制备和La系吸放氢控制工艺。

3.五矿稀土集团下属广州建丰五矿稀土有限公司与日本村田制作所合资成立的佛山村田五矿精密材料有限公司在佛山五沙工业园顺利竣工投产,填补了我国稀土粉体加工及应用的空白。

4.2013年,科力远下属湖南科力远长沙工厂正式投产,成为我国首条镍氢车用动力电池全自动化生产线,首次实现了国际先进镍氢汽车动力电池制造的国产化。 

(四)发展趋势预测

2014年,稀土价格将大体保持平稳,较之2013年略有下降,有利于稀土消费量的增长。预计2014年稀土消费量将达到12.7万吨,环比增长9%。稀土永磁材料消费占比进一步扩大,达到26%;金属合金占比19%,位居第二;催化剂、抛光粉分列其后,占比分别为17.5%和15.5%,如图6所示。

图片关键词

图6  2014年全球稀土消费结构

中国是稀土生产大国,也是消费大国,但消费规模与生产的长期失衡导致稀土产业发展经济效益较差。已有的稀土应用工业体系几乎均来自于国外,更多的是承接应用强国相对落后的生产技术及装备,且应用体系尚不完整,诸多领域处于空白,技术储备单薄,更加剧了产业上下游环节的矛盾。促进稀土应用必然成为我国稀土产业发展的重中之重,要努力扩大稀土应用领域,挖掘市场潜力,弥补应用缺口。对于位居世界领先地位、拥有自主知识产权的先进技术,如磁制冷技术、交流LED、钐铁氮磁体等,应积极推进工业化生产,尽早布局国内外市场,占据竞争主动地位,力争引领新型稀土新材料的发展;同时要注重科学制订专利战略,最大限度地维护自身利益。

二、铜功能材料

铜是重要的导电功能材料,是现代信息社会建设的重要支撑,尤其是在电力、电子以及空调制冷领域,铜材料具有广泛用途。

(一)产业发展现状

1.全球产业发展现状

2013年世界铜材料产业总体运行平稳,总体呈现恢复增长势态。

(1)生产量出现明显增长。2013年世界铜材料产量超过2250万吨,比2012年增长12.5%。

(2)消费量继续温和回升。2013年世界铜材料消费量为2280万吨,比2012年提高近3.3%。

(3)贸易量降速开始趋缓。2013年世界铜材料的贸易总量为890万吨,比2012年下降1.4%。其中,进口总量为 380万吨,同比提高3.4%;出日总量为510万吨,同比下降4.7%。

(4)产业重心加剧倾斜。2013年世界主要铜材料生产国,即中国、美国、德国、日本、韩国、意大利“六强”国家的合计产量在世界生产总量中的占比达到92.9%,比2012年提高了0.9个百分点;而2013年亚洲铜加工材料的生产量在世界总产量中的比例也由2012年的72.4%上升至75.6%,再次创下历史新高。同时,德国、中国、美国、意大利、法国5个铜材料贸易大国2013年的贸易量占世界总量的45.1%,比2012年扩大0.5个百分点。

总体看,2013年世界铜材料的生产、消费、贸易形势都在继续好转,并显现企稳回升趋势。这主要是由于中国铜材料产业的快速发展,成为世界铜材料行业得以平稳运行且恢复增长的最主要支撑。目前,德国Aurubis公司依然保持世界最大铜材料生产企业地位,每年可生产大约100万吨的阴极铜和超过120万吨的铜加工材及制品,铜材产品包括铜线杆、连铸铜型材、轧制铜材、特殊铜线材等。当前世界铜材料产业发展具有以下几个突出特征。

第一,生产继续向新兴经济体转移。2013年日本古河电工关闭了国内的Imaichi铜箔生产工厂。该工厂主要生产电子工业用印制电路板电子铜箔,关闭后,其业务将转移至中国台湾的铜箔生产厂,以降低经营成本。同时,该工厂整合旗下铜板带业务,其铜板带产量将缩减10%左右,同时扩张在中国的铜板带产量和销售量,以应对日本汽车制造商的需求。

第二,国际贸易争端加剧。2013年,加拿大国际贸易法庭对原产于和进口自中国、巴西、希腊、韩国和墨西哥的铜管做出反倾销产业损害终裁,并对原产于和进口自中国的铜管做出反补贴产业损害终裁,裁定涉案产品对加拿大国内产业造成了损害。因此,加拿大边境服务署将继续对涉案产品征收反倾销和反补贴税。

第三,开发贴近人民生活的新材料。2013年,日本三菱伸铜公司开发出一种新型高性能铜合金,该新铜合金具有高强度和出色的耐变色性,同时具有强力杀菌性能。日本北里大学医学部和北里大学医院对其杀菌性能和医院环境下的耐变色性进行了大约两年的野外试验,证实这种材料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌以及这些致病菌的耐药菌具有出色的杀菌特性。

2. 2013年我国铜材料产业发展情况

(1)生产和消费。2013年我国铜材料产业继续平稳发展,总产量达到1460万吨的水平,其中铜管、铜板带、铜棒、铜箔、铜线几大类铜产品的产量分别超过250万吨、260万吨、180万吨、30万吨和550万吨,其中铜线产量持续快速增长。2010-2013年我国铜材料生产量参见表7。


表7  2010-2013年我国铜材料生产量

(单位:万吨)

种类

2010年

2011年

2012年

2013年

铜加工材

985.2

1037.3

1101.4

1350.0

其中:铜管

176.2

211.3

208.5

250.0

      铜板带

213.8

202.0

226.8

268.0

      铜棒

146.4

157.9

157.7

186.0

      铜箔

29.9

29.0

23.7

31.0

      铜线

374.4

399.0

434.0

555.0

      其他

44.5

38.1

50.7

60.0

浙江、江西、江苏、安徽、广东5个省份是全国铜材料生产的主要地区,2013年上述5个省份的合计产量为920万吨,占全国总量的68.1%。

随着中国经济的稳步发展,特别是在加速区域经济建设与产业集聚效应的推动下,中国铜材料生产出现从沿海快速向内陆中西部省份转移的趋势,尤其以江西和安徽的发展最为迅速。2013年,江西铜材料产量突破200万吨,安徽产量达到170万吨水平。内蒙古自治区、湖南、云南等地也因铜线建设项目的陆续投产,产量进入快速增长期。

近几年,我国铜材料的消费量呈现快速增长之势,2013年超过1366万吨,比2012年增长22.1。我国主要铜材料的消费结构保持相对稳定,消费量在200万吨左右的主要是3大主导产品。其中,铜线材的消费一直呈现持续快速增长的势头,2013年消费量超过570万吨,占总消费量的41.8%;铜板带与铜管材的消费增长相对平稳,2013年分别为278万吨和234万吨,在总消费量中的比例为20.4%与17.1%。2010-2013年我国铜加工材表观消费量参见表8。                   

从实物表观消费情况来看,铜材料主要生产地也是消费最多的地区。从铜材料生产最多的5个省——浙江、江西、江苏、安徽、广东的情况看,其表观消费量基本都在130万吨以上,占全国消费总量的75%以上。

(2)进出口贸易。我国铜材料一直呈净进口格局。2013年,我国铜材料进口量为65万吨,比上年下降2.8%;出口量为49万吨,比上年下降0.8%;净进口16万吨。

表8  2010-2013年我国铜加工材表观消费量

(单位:万吨)

种类

2010年

2011年

2012年

2013年

铜加工材

1025.3

1065.4

1118.9

1366.0

其中:铜管

162.6

196.6

194.3

234.0

      铜板带

227.6

213.8

236.6

278.0

      铜棒

154.2

165.2

164.1

192.0

      铜箔

44.2

40.5

32.4

39.0

      铜线

399.7

419.4

449.3

571.0

      其他

37.0

29.9

42.2

52.0

从当前国际经济形势与市场需求状况分析,未来我国铜材料的进出口贸易虽有保持稳定或略为回升的可能性,但总体上仍将继续承受较大压力,面临极大考验。

我国铜材料进口量中最多的是铜箔、铜丝、铜板带3大类产品。2013年,这3类铜材产品的进口量分别为25万吨、18万吨和13万吨,分别占全部铜材料进口总量的38.5%、27.7%和20%。近年来,中国台湾、韩国、日本、印度尼西亚、德国、马来西亚、俄罗斯等地成为中国铜材料进口的主要来源地。其中,前5个来源地的进口量近3年一直占到总进口量的80%以上。

铜箔、铜管、铜管附件是我国铜材料中出口最多的3类主导产品。2013年,这3类产品的出口量分别为17万吨、17万吨和8万吨。与2012年相比,除铜管的出口量出现恢复增长外,其他两类产品的出口量将有所下降,在全部铜材料出口总量中的占比分别为35.4%、34.8%和17.4%。中国铜材料出口以周边近邻国家和地区为主。其中,中国香港、韩国、美国、泰国、日本、印度、马来西亚等一直是出口的主要目的地。不过,对前3大目的地——中国香港、韩国和美国的出口量,在2012年下降至19.7万吨的基础上,2013年继续减少至18.8万吨,且在总出口量中的占比也从2012年的40.0%再次缩减为38.5%。特别是美国对中国产精炼铜管进行反倾销制裁后,中国对美国的出口量在2010年骤降近1/2,但从2012年开始已显现出回稳的迹象,且2013年保持恢复之势并至3.5万吨水平。

(3)铜材料生产企业经济效益情况。2013年,由于原材料价格跌宕起伏、产品同质化竞争加剧、生产加工费不断下降、国内外经济形势复苏缓慢导致市场需求不确定等因素,使得国内多数铜材料生产企业处于“微利时代”。

铜材料上市企业的业绩报告显示,随着产量的增长,企业销售业绩继续保持上升趋势,经济效益也逐步摆脱了2012年的低迷阶段,出现小幅回升。

①铜管行业。2012-2013年间,国内外经济环境依然不佳,虽然美国及欧洲等主要消费国的经济出现复苏迹象,但铜管产品的下游消费依然低迷,同时国内虽然有空调行业能耗标准调整导致下游消费增长的提振,但下游行业需求还是不旺,导致铜管行业整体经营业绩偏弱。业绩报告显示,2013年1~3季度铜管企业的销售收入一直保持增长,表明企业的产销量处于恢复期;虽然上半年企业的利润依然处于近几年的低位,但三季度铜管企业的利润水平出现反弹走势,2013年全年铜管生产企业的利润较好。例如,2013年前三季度,海亮股份公司营业收入为102.02亿元人民币,同比增长29.68% ;净利润为2.11亿元人民币,同比增长75.22%;毛利率和资产利润率分别为2.07%和2.77%。精艺股份公司营业收入为19.48亿元人民币,同比增长28.94%;净利润为-0.11亿元人民币,同比减少186.38%;毛利率和资产利润率分别为-0.58%和-0.82%。

②铜棒材行业。2012—2013年间,我国铜棒材企业经营业绩较好,企业产量保持稳定增长,销售收入保持小幅增长。但受到生产成本增长以及铜价波动的影响,按照铜棒材企业“铜价+加工费”的运营方式来看,加工费下滑导致企业的利润水平低迷,因此的营业利润出现不同程度的下滑,2012年的企业毛利率达到了近几年的低点,2013年随着企业的整体业绩好转,企业毛利率同比有所增长。整体来看,2013年我国铜棒材企业已经逐渐摆脱了前期的低迷阶段,并有好转的起色。2013年前三季度,博威合金公司营业收入为12.03亿元人民币,同比增长0.01%;净利润为0.43亿元人民币,同比减少18.75%;毛利率和资产利润率分别为3.6%和1.81%。宏磊股份公司营业收入为17.55亿元人民币,比增长2.82%;净利润为0.23亿元人民币,同比减少26.93%;毛利率和资产利润率分别为13.1%和0.93 %。

③铜板带材行业。2012-2013年间,我国铜板带企业业绩依然处于一个负利润阶段。受到国内外经济环境影响,铜价大幅下跌,导致企业的原材料成本高于销售加工成本,因此企业利润出现负增长。从2013年下半年开始,国内铜板带企业利润有所回升,但仍未能摆脱负利润阶段,这主要是由于国内铜板带企业众多,且多以低端产品为主,准入门槛低,企业竞争激烈,盈利空间缩小,致使公司盈利水平下降。但随着市场环境回暖,企业的业绩水平也出现好转,业绩呈现逐步反弹。

④铜箔材行业。2012-2013年间,我国铜箔企业的利润水平增速放缓。铜箔产品利润较高,市场尚未饱和,竞争力度不大,加之近几年其下游电子产品的产量稳步增长,国内外需求量逐步上升,因此企业的销售及利润水平稳步增长。但受铜价波动影响,企业运营成本增长,加之下游消费有所放缓,因此我国铜箔企业高盈利时期已经过去,逐渐进入低利润时期。2013年前三季度,中科英华公司营业收入为10.21亿元人民币,同比增长36.58%;净利润为0.04亿元人民币,同比减少59.36%;毛利率和资产利润率分别为0.41%和0.07%。超华科技公司营业收入为6.4亿元人民币,同比增长27.17%;净利润为0.34亿元人民币,同比增长9.56%;毛利率和资产利润率分别为5.27%和1.46% 。

(二)行业发展重大事件

1、2013年1月,河南省新乡全顺铜业公司投资25亿元的年产10万吨铜加工材产品项目首期投产。

2.2013年3月,安徽鑫科新材料有限公司新建年产15万吨铜线杆项目投产。

3.2013年3月,由中国香港华坤国际有限公司和浙江唐门金属结构有限公司投资20亿元的江西金品铜业科技有限公司年产15万吨高精宽幅铜板带以及电子级铜箔项目在抚州金巢经济开发区开工建设。

4.2013年4月,由中国有色金属加工工业协会牵头组织的“中国海水淡化铜管产业技术创新战略联盟”在浙江省诸暨市成立,确认国内23家铜加工企业加入该联盟。海亮集团有限公司为联盟理事长单位。

5.2013年5月,中色科技苏州研究院研发的全新750mm铜箔轧机在苏州院完成带负荷调试并试生产。

6.2013年7月,总投资8亿元人民币的上杭清景铜箔公司在经过1年的设备安装和调试后,成功研发出7μm的超薄铜箔。

7.2013年8月,金龙集团出口美国铜管获反倾销税退款。

8.2013年11月,铜陵有色公司年产22.5万吨高导铜材项目建成。

9.2013年11月,国内最大超薄壁紫铜管在中铝洛阳铜业公司拉制成功(外径大于300mm、壁厚仅3mm)。

(三)发展趋势预测

1.世界铜材料行业的发展形势

2014年,世界铜材料行业的总基调不会出现明显变化。一方面,生产与消费继续低位企稳、缓慢回升;另一方面,贸易壁垒渐渐森严,国内外市场融合的难度加大。

在当前世界铜材料产业分工与贸易格局下,亚洲地区以及中、美、日三国在今后全球铜材料行业中的作用至关重要。而世界经济复苏与主要经济体制造业的好转,将成为未来全球铜材料消费保持增长、贸易活跃的最基本条件。

总体来看,我国在全球铜材料行业中的地位十分重要,作用极为突出。随着世界经济的逐渐复苏,预计未来3年世界铜材料产量增长速度将有所加快,2014年全球铜材料产量将超过2460万吨,而2013—2016年全球铜材料产量将以4.9%左右的速度增长,参见表9。

表9  2014—2016年全球铜材料产量与消费量预测

(单位:万吨)

项目

2014年

2015年

2016年

生产量

2359.5

2475.6

2598.8

消费量

2318.0

2351.0

2384.6

产销平衡

41.5

124.6

214.2

2.中国铜材料行业发展趋势

2014年,中国铜材料行业的结构性矛盾仍将继续存在。一方面,在产品同质化严重的背景下,国内产能的扩张热情依然高涨;另一方面,市场需求增长相对平稳,将对企业改善经营状况造成压力。因此,2014年,中国铜材料产量与消费量将继续保持增长,预计产量将超过1410万吨,表观消费量则接近1460万吨,参见表10。

表10  2014—2016年中国铜材料产量与表观消费量预测

(单位:万吨)

项目

2014年

2015年

2016年

生产量

1444.5

1545.6

1653.8

表观消费量

1460

1561

1668

产销平衡

-15.5

-15.4

-14.2

从消费结构来看,2013-2016年,中国电力行业的铜材消费量将从2013年 483万吨增长到2016年的597万吨;轻工行业的消费量将从2013年的170万吨提高到2016年的210万吨;交通运输行业的消费量将从149万吨扩大到180万吨;电子通信行业的消费量从51万吨扩大60万吨;建筑行业的消费量从80万吨扩大到97万吨。

3.主要产品价格走势

铜材料的价格多以“电解铜价格+加工费”的形式确定。2014年影响我国铜材产品价格的因素主要还是国内市场需求的变化。电力行业是我国铜材消费的第一大户,预计电力行业将继续加大投资力度,“电能替代战略”和风能源、光能源并网以及国家特高压工程等项目的实施,预示着未来电力行业对铜材需求的旺盛;汽车工业、电子工业和船舶制造业的发展也将继续扩大对铜材产品的需求。但对于多数产品而言,随着我国铜加工产能的继续扩张,大众产品的价格竞争将更加激烈,2014年铜价格或将继续延续下滑态势。特别是国内铜加工企业产品同质化的矛盾依然严峻,市场需求增长空间又相对有限,致使大众化产品的价格基本没有上涨的支撑条件。

受到几年新建铜材料产能部分在2013年释放的影响,2013年我国铜加工新增产能达到130万吨左右,行业总产能预计达到1492万吨。预计2014年还将有以前的新建项目陆续投产,我国铜加工生产总产能将达到1626万吨。由于新增产能主要集中在中低端产品上,因此铜材料的同质化程度将加剧,未来行业竞争将更加激烈,预计2014年我国铜材料行业的平均产能利用率将在88.8%左右,较2013年略有下降。

三、硅材料

(一)产业发展现状

1.全球产业现状

2013年下半年开始,国内外半导体行业触底反弹,但由于上半年半导体材料行业表现较为惨淡,致使全年业绩略有下降。2013年全球硅片产量90.67亿平方英寸,较2012年的100亿平方英寸有所减少;全球半导体硅片销售收入为79.6亿美元,同比2012年的91亿美元(修正)下降12.5%。

2013年全球多晶硅总产量(包括电子级和太阳能级)约为25万吨,同比增长约为10%;总产能约为40万吨;市场总需求量约为25万吨,其中包括半导体用多晶硅约为3万吨,太阳能电池用多晶硅约为22万吨。总体来看,全球多晶硅产业仍处于供过于求的阶段性产能过剩阶段,平均产能利用率约为55%,剔除中国多晶硅以外的海外多晶硅企业的平均产能利用率基本超过80%。受下游市场以及国际贸易政策环境等影响,国际多晶硅现货价格触底反弹,尤其是11月份以后,受“抢装”等影响,多晶硅价格大幅度上升,到2014年3月已经回升至22.6美元/千克左右,同比2013年初的15.4美元/千克上涨幅度达到46.75%。

全球200mm和300mm硅片的主要供应商是日本信越、SUMCO、美国MEMC、德国Siltronic 4大家,占有80%以上的市场份额。多晶硅产业的集中趋势也越来越明显:排名前4位的多晶硅企业产能达到19.5万吨(其中有江苏中能硅业公司),占全球总产能的50%;2013年产量超过18万吨,占全球总产量的72%。海外多晶硅主要集中在德国Wacker,美国Hemlock、MEMC、REC,韩国OCI,日本德山化工6家企业。目前,国外主要多晶硅生产企业开工率较高,大都达到了90%左右。

2011-2013年间,随着多晶硅销售价格不断刷新历史新低,受困于严重供过于求的市场局面,多晶硅企业被迫不断寻求降低成本的空间。部分企业陆续关停生产成本较高的老旧太阳能级多晶硅生产线;同时,国际先进企业在关键生产设备、原材料和生产工艺等各方面,依靠其多年的生产运营积淀以及西方国家先进的装备制造、基础研发能力,不断地进行技术改进演变和创新,除了使用传统钟罩式还原炉外,低成本流化床工艺开始应用和改进,如美国REC公司流化床反应器(FBR)多晶硅在2013年继续增产,产量达16145吨,在该公司全部产品的比重由2012年的73%提升至82%。

区域分布方面,全球半导体硅片产能主要集中在日本、韩国、中国台湾和美国,分别占全球总产能的23%、20%、19%和15%;中国大陆硅片产能约占全球总量的8%。多晶硅产品供应商主要集中在中国、美国、韩国、国、韩国、德国和日本。2013年,中国多晶硅产量约8万吨,连续3年位居全球首位,占全球总产量的32%;美国、韩国、德国和日本产量分别为5.5万吨、4.8万吨、4.3万吨和1.4万吨,占比分别达到22%、19%、17%和6%。

2.国内产业现状

(1)产业规模。国内硅材料(包括多晶硅、单品硅、铸锭硅、硅片等)主要应用领域仍然是以太阳能电池为主。2013年上半年,受下游光伏市场影响,国内大部分多晶硅企业停产;下半年,在多晶硅“双反”初裁前后,多晶硅进口量有所抑制;同时,受下游政策推动、“抢装”市场行情影响,多晶硅价格回升,国内多晶硅企业纷纷复产,全年总产量达到8.2万吨,较2012年6.4万吨增长了28%;产能约为18万吨,同2012年基本持平。2013年,国内硅锭/硅棒总产能已超过30万吨,太阳能硅片产能超过40G W,全年硅锭/硅棒总产量约13.5万吨,其中直拉单晶硅产量约为4.5万吨(含电子级以及区熔单晶硅约为1200吨),同比2012年基本持平。

半导体用硅片制造方面,我国依然是小尺寸(6英寸以内)自主供应为主,8英寸硅片北京有研硅公司、浙江金瑞泓公司已有部分供应。2013年,我国4~6英寸半导体用硅片和外延片产量约2.5亿平方英寸,销售总额预计约为40亿元人民币。集成电路用大尺寸300mm和200mm(8英寸和12英寸)硅片仍以进口为主,与我国大尺寸硅片快速增长的市场需求形成巨人反差。

(2)市场需求。2013年下半年开始,国内外半导体行业触底反弹,但由于上半年整体表现较为惨淡,硅材料价格同比有较大幅度的下降,致使全年硅材料市场规模缩减。2013年,国内半导体硅材料市场规模约为65亿元人民币,同比下降18%。

2013年以来,受“双反”落地以及中国光伏利好政策的影响,国内太阳能电池多晶硅市场用量仍保持了增长势态,但增速放缓;2013年,全年多晶硅用量为16万吨,同比2012年14.5万吨增长10%;但同样受价格下跌影响,全年国内太阳能电池用多晶硅市场规模约为220亿元人民币,同比下降12%。

(二)重点企业发展情况

国内从事半导体用硅片生产和研发的企业主要有:北京有研硅股份有限公司、浙江金瑞泓科技股份有限公司、天津环欧半导体材料技术有限公司、河北普兴电子科技股份有限公司、上海新傲科技股份有限公司、南京国盛电子有限公司等。在国家“O2专项”项目的支持下,多家单位研发成功8英寸硅片并批量进入市场。例如,浙江金瑞泓科技股份有限公司自2010年开始大批量产出8英寸硅片并供应市场,截至2013年年底,已累计实现销售8英寸硅抛光片和外延片产品40万余片。2013年全年实现销售收入为60 000万元人民币,同比增20%;实现利润总额为5200万元人民币,同比增长23%。天津市环欧半导体材料技术有限公司是我国大直径区熔硅单晶产业化基地,主导产品电力电子器件用半导体区熔单晶硅片综合实力居全球第三,市场占有率达到18%(国内市场占有率超过75%),截至2013年年底,已形成年产4~6英寸直拉、区熔硅单晶片3300万片产能,全年销售总额超过10亿元人民币。

我国多晶硅企业实力发展迅速,但总体竞争能力分布悬殊。2013年,国内最大生产企业江苏中能硅业科技发展有限公司一家产量已达5万吨,占国内总产量的60%,产能利用率达到90%。而其他具有市场竞争力的一、二类企业纷纷扩产技改,如新特能源股份有限公司多晶硅项目2013年年底实现平稳生产,总产能达到1.7万吨,全年产量超过1万吨,这两家企业占国内总产量的73%以上。新疆大全新能源有限公司一期5000吨项目,2013年产出多晶硅4800吨,到2015年产能将扩至12 000吨;洛阳中硅高科技有限公司经过近10个月的停产技改后,年产10000吨的生产线也已基本满产。以上企业大部分产能都超过5000吨/年,直接生产成本在25美元/千克以内,目前的售价已经可以实现盈利(至少可保证现金流为正)。而目前仍停产的大多数多晶硅企业,产能相对较低,生产成本一般仍超过25美元/千克,也没有足够的资金投入技改。随着我国多晶硅行业整合的深入,中小企业逐渐被市场淘汰,大型企业继续通过扩大规模、技改提升技术,走集中化、集约化的路线,产业集中度将进一步增强。

(三)技术水平

在国家“02专项”等项目的扶持下,北京有研硅股份有限公司、上海新傲科技股份有限公司、浙江金瑞泓科技股份有限公司、天津环欧半导体材料技术有限公司、河北普兴电子科技股份有限公司和南京国盛电子有限公司等分别承担了12英寸硅单晶及硅片、8英寸硅单晶片及外延片、8英寸SOI材料、6~8英寸区熔硅单晶和产业化等技术开发,其中8英寸硅片已批量进入市场,初步应用于分立元器件制造的重掺杂衬底片(抛光片)和重掺杂衬底外延片;8英寸区熔硅单晶生产技术也取得突破;12英寸硅片产品已完成关键技术开发,部分企业自主研发了12英寸单晶生长技术和切片、磨片技术,并与设备供应商合作的方法实施了12英寸抛光技术研发,确定了12英寸抛光技术线路,但距实际市场应用还有一定的距离。天津市环欧半导体材料技术有限公司的高效太阳能电池用CFZ硅单晶,拥有授权专利1项,受理专利4箱,并不断进行过区熔炉的改进设计,以大量投料来提高单炉的产出率,以降低开炉成本来制备出低成本的CFZ硅单品。

国内多晶硅产业化技术进步显著。在市场倒逼的情况下,国内多晶硅企业被迫对生产线进行技改,实现装备的升级更新和工艺的优选优化,在提高产量的同时降低生产能耗和成本。目前在产的多晶硅企业,除新建项目外,基本所有的生产线都进行了较大规模的技改,尤其是冷氢化技术、二氯二氢硅等副产物回收利用技术、热能回收综合利用等技术的应用,对降低生产成本起到了重要作用。例如,陕西天宏、洛阳中硅等公司,在停产期间通过余热利用、废气(如H2)回收、冷氢化系统调整、还原工艺调整等技术改造、优化,实现了生产成本由原来的30美元/千克下降至18美元/千克左右,效益十分明显。同时,我国多晶硅企业也在研发新工艺技术,如江苏中能公司正在做硅烷流化床工艺技术研究。据公司报道,流化床法制取多晶硅的中试项目取得突破,流化床法中试运行中,每千克多晶硅能耗电降至25千瓦时以下,一次转化率达到98%,公司预计大规模生产后,可大幅度降低多晶硅生产成本和综合能耗。

(四)上下游产业发展情况

2013年以来,我国半导体集成电路行业受国家政策支持力度加大和市场需求形势趋好推动,整体复苏态势强劲,产销增长加快,效益大幅提升,企业实力进一步增强,对提高我国电子信息产业核心竞争力发挥了积极作用。全球半导体市场经历2012年的衰退后,在智能手机、平板电脑、机顶盒及汽车电子产品等市场强劲需求的推动下,2013年恢复增长。我国半导体集成电路行业抓住市场契机,在国家加快推动集成电路产业发展相关政策的支持下,全年完成销售产值2693亿元人民币,同比增长7.9%,增幅高于上年2.9个百分点;累计生产集成电路866.5亿块,同比增长5.3%。

2013年,中国光伏产业发展之路可谓一波三折。在欧美反补贴税行动以及重复建设和产能过剩的影响下,国内光伏行业经历了连续近6个季度的亏损,陷入低利润回报、低成本竞争的“传统化怪圈“。2013年下半年,日、美市场的崛起使得供需失衡局面得到一定程度缓解;2013年7月,中欧就光伏双反达成协议,光伏产品价格企稳回升,骨干企业自2013年二季度起相继扭亏为盈;2013年8月,装机规划、上网电价和补贴资金等政策出台后,国内市场加快扩张,部分企业为了抢在年底前并网以获得1元/千瓦时的上网电价,对组件需求迅速扩大,骨干企业都开足产能,同时也寻求中小企业代工,地方政府也积极给予本地企业优惠政策,力促其复工,市场供应正在加速。在国家启动国内应用的系列政策扶助下,光伏产业实现整体性扭亏。

(五)主要问题

随着光伏应用市场的逐渐回暖,多晶硅价格的上升,国内外又有掀起新一轮多晶硅扩展热潮,企业纷纷上调产能目标。海外产能扩充的脚步加快,国内在内蒙古、新疆等煤炭资源富集地区年产万吨甚至5万吨级的新项目规划也是不断出炉。然而,当前市场的供需平衡还比较脆弱,如果盲目扩张、竞相扩产,加之海外多晶硅的大量涌入,会再度出现产能过剩,光伏行业有可能会重新回到2012年的寒冬。因此,建议企业对潜在的产能过剩危机有充分的认识,对多晶硅产业可能引发的盲目扩张和重复建设保持警惕,并尽快做好结构调整、控制好总量。

(六)年度标志性事件

2013年7月18日,商务部发布2013年第48号公告,决定自7月24日起对来自美国和韩国的进口太阳能级多晶硅采取征收保证金临时反倾销措施。初裁认定,自美国进口多晶硅的倾销幅度为53.3%~57%,自韩国进口的倾销幅度为2.4%~48.7%。

2013年9月16日,商务部发布2013年第63号公告,对原产于美国的进口太阳能级多晶硅征收临时反补贴税保证金,反补贴税率为0~6.5%。

2014年1月24日,商务部发布2014年第7号公告,对原产于美国的进口太阳能级多晶硅决定暂不实施临时反倾销措施,并在3月份与德国瓦克化学就对华出口多晶硅达成价格承诺的共识。

(七)发展趋势预测

2014年,随着国内半导体产业的整体发展,对国产化半导体材料的应用验证将加强,国内硅材料企业的技术升级步伐将加快,部分材料在满足8英寸集成电路制造和先进封装技术要求的基础上,产业化应用会加强。随着补贴政策和产业规范政策力度加大,太阳能电池用多晶硅等材料的产业分布更趋合理。但由于国外多晶硅产品仍可通过加工贸易方式规避“双反”,价格继续上行的空间有限,因此企业仍将承受较大压力。


第二节  高端金属结构材料


一、高品质特殊钢

(一)产业发展现状

钢铁新材料是我国钢铁企业及有关科研单位研发创新的热点,代表了钢铁新材料研发的主要方向。一些基础性、前瞻性研究已取得阶段性成果,为进一步生产,开发和应用奠定了基础。为满足下游行业不断升级换代需求,占领高端市场,我国大型钢铁企业积极研发钢铁新材料,核电用钢、高磁感取向硅钢、特殊钢等钢铁材料的研发均取得了明显进展,有效满足了社会发展的需要,为国民经济稳定发展做出了直接贡献。具有自主知识产权的高档取向硅用钢实现批量生产并已替代进口硅钢用于生产50万以上等级的超高压大型变压器;双相钢、复相钢、相变诱发塑性钢和马氏体钢等先进高强度汽车用钢产品批量用于国内外高等级汽车。

据中国特钢企业协会统计,协会会员单位2013年钢材产量合计为11 230万吨,同比增长5%。按化学成分,其中非合金钢4494万吨,同比增长3%,占总量40%(优质非合金钢2494万吨,同比增长2%);低合金钢3676万吨,同比增长4%,占总量33%(优质低合金钢911万吨,同比减少17%);合金钢2391万吨,同比增长7%,占总量21%(优质合金钢366万吨,同比增长19%;齿轮钢312万吨,同比增长6%;轴承钢287万吨,同比增长3%)。按钢材品种,其中棒材2515万吨,占总量22%;线材(盘条)1827万吨,占总量16%;厚板562万吨,占总量5%;中板634万吨,占总量6%。

据中国特钢企业协会不锈钢分会统计,2013年,我国不锈钢粗钢产量为1898.4万吨,同比增长18.0%。其中,Cr-Ni钢(300系)977.1万吨,同比增长23.3%,所占份额为51.5%,同比增长了2.2个百分点;Cr钢(400系)395万吨,同比增长23.1%,所占份额为20.8%,同比增加了0.9个百分点;Cr-Mn钢(200系,包括部分不符合国家标准的产品)526.3万吨,同比增长6.3%,所占份额为27.7%,同比降低了3.1个百分点。同期,我国进口不锈钢77.5万吨,同比增长0.6%;出口不锈钢265.3万吨,同比增长28.5%。2013年,我国不锈钢表观消费量为1482.4万吨,同比增长15.2%。总体上,2013年国产不锈钢材满足国内市场程度进一步提高,自给率达到94.8%,比去年增长了0.8个百分点。

(二)重点品种发展情况

1.高牌号取向硅钢

高牌号取向硅钢研发重点是低铁损、高磁感。主要研发企业是武钢、宝钢、太钢、鞍钢等。目前,我国高牌号取向硅钢的最高水平为铁损低至0.80W/kg的硅钢片,宝钢、武钢采用低温工艺技术,可批量生产铁损低至0. 95 W/kg的硅钢片,已经成功应用于500kV大型变压器制造。

2013年5月,由原材料工业司和装备工业司牵头,部内相关司局、钢铁工业协会、电器工业协会、电工钢生产和应用企业以及相关研究单位共同参加的高性能电工钢推广应用协调组成立。协调组的主要工作任务是推广应用高性能电工钢,加大高效节能电器推广力度,淘汰热轧电工钢等落后产品、Y系列三相异步电动机等。开发生产高牌号无取向电工钢板带和HiB取向电工钢,提高和稳定生产能力并努力降低成本,推进钢铁工业、电器装备制造业结构调整和转型升级,提升电器装备制造全产业链竞争力。

2.新型不锈钢

新型不锈钢研发重点是低成本、耐腐蚀、耐高温、抗菌、高强度等方面,主要品种有新型双相钢、节镍型不锈钢、抗菌型不锈钢等,主要研发企业是太钢和宝钢。

2013年,中国钢铁工业协会组织实施“资源节约型特殊钢关键技术应用示范”国家科技支撑计划项目。该项目设有“镍资源节约型不锈钢产品开发以产业化关键技术研究”、“铬资源节约型不锈钢产品开发及产业化关键技术研究”等子课题。该项目主要预期目标是开发系列节镍不锈钢,包括高性能含氮双相不锈钢和高氮不锈钢,镍用量相对于普通304不锈钢节省10%~30%;研制铬资源及钼资源节约型多种高品质不锈钢板带产品,包括节铬型的微合金化铁素体不锈钢、生态好友铁素体不锈钢,具有TRIP效应的经济双相不锈钢以及节钼型的铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢,节铬型产品相较于传统铬系430不锈钢可节铬10%以上,节钼型产品相较于传统钼系444和铬钼镍系316L不锈钢可节镍20%以上。目前,“镍资源节约型不锈钢产品开发及产业关键技术研究”课题相关产品累计实现供货7622吨以上,申请专利5项,发表论文7篇。其中,双相不锈钢累计开发7000吨以上。“铬资源节约型不锈钢产品开发及产业关键技术研究”课题相关产品累计实现供货7815吨以上,申请专利11项发表论文3篇以上,产生企业技术秘密4项。其中,节Mo超纯铁素体不锈钢累计供货7000余吨,生态友好节Cr型累计供货800余吨。

宝钢在国内率先完成具有自主知识产权的系列超纯铁素体不锈钢B409M、B436L、B439M、 B429及B441的设计与研发,填补了国内空白,批量用于宝马、奔驰、通用、大众等汽车排气系统的热端及冷端的零部件制造。

3.高品质海工用钢

原油轮耐蚀钢材料和普通船用钢材的区别主要在于严格限制了钢材中S、P等杂质元素含量,并添加微量耐腐蚀的合金成分,从而提高油轮用钢的耐腐蚀性。

为推动高品质海洋工程用钢研发及应用,提升相关产业核心竞争力,2013年,中国钢铁工业协会组织筹建高品质海洋工程用钢战略创新联盟。该联盟的主要任务是有分工、有步骤地合作开发用户行业急需的LNG船用耐低温殷瓦合金(也称“殷钢”)及配套焊接加工技术、海洋环境用耐腐蚀用钢及防护技术、可大限能量焊接平台用钢及配套焊接材料、自升式平台用高强钢及配套焊接技术、大壁厚管线钢及配套焊接材料、深海钻采集输用高耐蚀合金及高等级不锈钢海工用钢关键材料品种、关键工艺技术等,全面实现我国海工用钢关键产品的国产化替代和升级换代。

2013年,中国钢铁工业协会组织实施“油气开采与储运用高品质耐蚀钢生产技术”国家科技支撑计划项目。该项目设有“耐腐蚀船板工业生产技术”、“高硫高酸油气环境下低合金钢的耐腐蚀与强韧化技术”等子课题,主要针对石油天然气开采、集输、长距离输送和储运过程中因钢铁材料腐蚀而导致的经济损失、安全风险和环境破坏问题,开发油船或油舱用高品质耐蚀钢、集输和长距离输送管道用耐蚀钢和低成本耐腐蚀油井管,打破国外技术和产品垄断,实现我国石油用钢生产和应用的升级换代,支撑我国钢铁工业的产业结构调整,以及船舶工业和石油工业的发展和进步。目前,船用耐蚀钢国产化工作已经突破了材料研发与检测核心技术难题,实现了批量生产试制,工业钢板各项指标满足IMO耐蚀钢标准和船级社规范要求。

4.第三代汽车用钢

为适应汽车轻量化的要求,汽车板的研发重点在于提高钢板的强度,在满足安全要求的情况下,减少钢材的消耗量。

2013年,宝钢集团正式向市场推出了第三代汽车超强钢产品,高强钢QP980热镀锌产品全球首发。该产品具有更强的耐腐蚀性,能更好地满足汽车用户对材料的个性化需求,有效支撑汽车行业的轻量化发展以及车辆全生命周期的节能减排。第三代超高强钢由于性能优越、成本相对低廉,具有显著的产业化优势和市场竞争力,因此成为国际上各大钢铁公司的研究热点。但该产品对全工序的生产设备和操作人员能力要求极高,之前全球没有一家企业实现稳定批量生产。去年,宝钢成功实现第三代超高强钢冷轧产品全球首发,并批量应用于一汽轿车。同时,该产品成功进入ASP实验室进行评价。宝钢不仅仅是汽车用钢的供应商,更通过新材料与新工艺,参与汽车厂的新车型设计,实现汽车轻量化。2003年,宝钢开始进行汽车用钢轻量化先进成形技术研究。随后,激光拼焊、液压成形、热冲压成形、辊压成形等一系列用户使用技术的产业化应用与推广,使高强钢的应用更加容易、经济,为其大规模的推广应用打下了基础,也带动了整个汽车零部件加工产业链的发展。

5.核电用钢

核电用钢研发重点是耐高温、耐高压、耐腐蚀、超厚、超宽、超薄等方面。主要研发企业有宝钢、鞍钢、武钢等。目前,宝钢、鞍钢均已能够生产AP-1000核电站安全壳用钢板(SA738B ),可工业批量生产,产品综合性能已达到国际领先水平。宝钢成功研发了第三代AP-1000机组核电蒸汽发生器用Incone1690 U形管,以及换热器用特种U形管,并具备规模化生产能力,宝钢已成为我国核电工程最主要的钢管供应商之一。天津钢管公司开发生产的核电用WB36CN 1及20控Cr管已按核电钢管的评定要求,在460℃、300MPa下的持久试样已经挂机超过3000h,试样未断,满足要求。目前,立足满足当前需求。一些核电用钢已基本具备产业化的条件。

太钢在国内率先开发成功C6涂层硅钢产品,是国内唯一进入1000MW核电项目的产品,已应用于宁德、红沿河、福清、秦山1000MW国家重点核电项目工程,国内核电领域占有率达到70%,打破了国外垄断。

6.超超临界火电机组用钢

21世纪初,我国600℃超超临界火电机组所用关键锅炉管全部依赖进口,我国不掌握生产关键技术。为此,国家科技部设立国家重点科研项目,经过8年联合攻关,截至2010年我国600℃超超临界火电机组关键高压锅炉管自给率达100%,实现了批量供货并出口。我国首次形成了以T23, T24, T/P91, T/P92, T122, S30432, S31042耐热钢为代表的600℃超超临界火电机组关键高压锅炉管生产的系统集成技术。

7.高速铁路车轴用钢

高速铁路车轴用钢的研究重点是高强度、高承载力、长寿命。主要研发企业是首钢贵州特钢。

首钢集团贵州特殊钢公司攻克了高速重载机车及车辆车轴用钢在成分控制、冶炼、浇铸、锻造及热处理工艺产业化的技术难题,成功开发出高速重载机车车轴用钢。产品性能达到国际先进水平,满足了重载机车车轴承载能力高、综合性能良好、使用寿命长的需求,取代了进口产品,目前这一产品已经成功应用到9600kW大功率机车轴、7200kW大功率机车轴和地铁车轴上,产品成功推广应用到上海、深圳、广东、武汉的地铁车轴上。高速重载机车车轴用钢的成功开发,加快了高速重载列车及车辆用关键零部件的国产化进程。

(三)高品质特殊钢发展方向

“十二五”期间,我国大力发展战略性新兴产业及下游行业产业升级对我国钢材产品品种和质量提出了新的、更高的要求。

(1)高强度、长寿命钢材。建筑、汽车、机械和家电等行业逐步向减量化的方向发展,迫切需要钢铁工业提供强度更高、综合性能更好的钢材。

(2)环境友好型钢材。随着资源、能源的制约增强以及环境负荷压力的加大,钢铁行业必须调整钢材品种结构,生产全生命周期资源减量化、环境友好型钢铁。

(3)耐腐蚀、耐候钢材。“十二五”期间,研发和生产高性能、低成本的耐候、耐蚀钢,开拓新的应用领域,扩大使用量,是钢铁行业品种结构优化的主要任务。

(4)新型耐高温、耐低温钢材。超超临界火电机组是世界上成熟先进的发电技术,随着蒸汽温度和压力的提高,对耐高温钢材需求上升。为满足大型LNG运输船、保温集装箱和罐式集装箱的发展,需要发展耐低温钢材。

(5)极端环境下的钢铁材料评价体系。全面考虑影响钢铁材料应用的诸多影响因素,建立极端环境下的钢铁新材料产品评价体系,并进行综合分析和评价。

二、铝合金

中国铝加工业通过引进新设备、新技术,以及在消化、吸收基础上的自主创新,生产能力和技术装备得到大幅度的提升。所生产的高质量板带材、箔材、管材、棒材、型材、粉材、锻件已应用到交通运输、建筑、包装、电子等领域。中国生产的易拉罐体、罐盖板带材进入国际主流制罐企业;大截面铝型材在世界一流高铁项目中的成功应用;建筑铝型材被应用到“迪拜塔”等全球标志性地标;“双零”包装铝箔得到利乐公司认证;国产铝材料保证了“巨浪”、“玉兔”等国家重点工程的需要。中国铝材料生产已经进入世界先进行列。

(一)产业发展现状

1.全球产业发展情况

2013年,欧洲和日本等世界主要铝材生产地区受宏观基本面影响,市场需求进一步走低,产量继续低位徘徊,但北美地区产量有所增长,一些发展中国家市场实际表现好于预期。全年产量为5190万吨,比2012年增长5.1%,参见表11。

表11  2013-2014年全球及主要国家铝加工材产量预测

国   家

2013年产量(万吨)

同   比(%)

2014年产量(万吨)

同   比(%)

中国

2760

8.7

2958

7.2

美国

660

1.5

665

0.8

日本

209

-3.1

215

2.9

国家

2013年产量(万吨)

同比(%)

2014年产量(万吨)

同比(%)

德国

240

0

540

0

意大利

66

-8.3

70

-6.1

全球总计

5190

5.1

5408

4.2

资料来源:CRU、WBMS、安泰科公司。

2.国内产业发展情况

2013年,我国铝材初步统计数3962万吨,同比增长24%。在产业转型升级过程中,产业分布格局不断变化,中西部地区依靠能源和资源优势,铝材生产持续发展,其中内蒙古、广西的增幅较大,而东南沿海10省市(辽宁、河北、北京、天津、山东、江苏、上海、浙江、福建和广东)铝材产量在全国的比例则在不断下降,参见表12。

表12  2013年我国铝材产量前10名的地区

排序

地区

产量(万吨)

同比(%)

1

山东

878.5

32.16

2

河南

776.51

16.06

3

广东

510.72

19.29

4

江苏

217.57

16.54

5

广西

185.76

34.02

6

浙江

185.41

17.16

7

湖南

138.09

31.27

8

内蒙古

123.28

69.35

9

福建

122.61

13.95

10

辽宁

117.97

7.41

资料来源:中国有色金属工业协会。

(二)产业发展新趋势

1.航空级厚板项目成为新的投资热点

截至2013年年底,我国拥有航空铝板生产设备的企业达到7家,航空厚板生产能力超过30万吨/年。另外,至少还有5个厚板项目正在建设中,其中不乏世界采用顶尖技术的先进生产线。例如,南山集团和辽宁忠旺集团的中厚板项目都计划引进宽幅热连轧生产线。预计到2015年,中国航空级厚板生产企业将达到10家以上,成为世界上航空厚板生产设备最多、生产能力最大的国家。但由于缺乏软件支持,要在航空材料的基础研究、合金开发、工艺控制、市场占有等方面,全面超越美国、德国、法国等航空厚板生产国,成为全球航空铝材料主要供应国,还有很长、很艰难的路要走。

2.商用汽车轻量化有较大突破

在交通运输领域,丛林集团、晟通集团等企业在全铝厢式半挂车、全铝罐车、全铝多功能专用车等方面全力推进汽车轻量化技术的开发应用,目前已有上百台国产全铝车投入市场运行。2013年12月,晟通集团向新源石油交付18台铝合金运油半挂车。如果中国铝结构挂车应用比例能够达到国外现有水平(70% ),则可增加1000万吨左右铝消费量。另外,神华集团大量采购了铝合金结构铁路运煤车辆,扩大了铝在交通工具领域的应用。

3.国产铝制易拉罐罐料逐渐替代进口

在2006年以前,中国生产罐料的企业只有西南铝业公司1家,年产量不足2万吨,市场供应基本以进口料为主;从2007年开始,生产企业数量逐步增多。截至2013年年底,中国具备罐料生产能力的企业已达到5家,形成生产能力103万吨/年。2013年我国铝罐料产量达到50万吨,其中罐身料36万吨,罐盖和拉环14万吨。2013年罐料的进口量从2012年的13.7万吨减少到12万吨,出口量从2012年的6万吨增加到2013年的6.8万吨,2013年净进口铝罐料5.2万吨,净进口量呈现逐年减少的趋势,预计2015年就将实现铝罐料净出口。

4.拓展新的应用领域助推铝消费上升

在电力领域,铝合金电缆及铜包铝导电排应用发展较快。当前中国建筑用低压电缆用铝量约5万吨,如果中国建筑用低压电缆应用比例能达到北美水平(40%),则可增加30万吨左右铝消费量。2013年12月,中国有色金属工业协会同工信部原材料司联合召开扩大铝在电力行业应用的高层研讨会,共同研究和探讨铝合金电缆及铜包铝导电排等产品生产及应用存在的主要问题,引导行业健康发展。并计划于2014年召开铜包铝导电排等产品的推介会,加大宣传、增加认知。此外,还有铝合金防洪墙、装卸货物用铝制托盘、铝制屋面板等一些新产品的应用。

(三)重点企业发展情况

1.中国铝业公司是国内主要的铝材料生产和开发企业之一。2013年,中铝萨帕的12000吨/年轨道交通用铝挤压生产线,西北铝的36MN反向挤压特材生产线和东轻的中厚板生产线陆续投产,铝材料生产的综合配套能力进一步完善,为产品结构进一步优化创造了条件。

目前,企业拥有分布在重庆、成都、哈尔滨、福州、洛阳。陇西等地的几个主要铝材料生产基地,产品包括铝及铝合金的板带箔等轧制材料、棒形管等挤压材料、铸件和锻件材料,是中国规模最大、品种最齐全的综合性铝材料生产企业。

2.山东南山铝业股份有限公司拥有世界一流的生产设备,铝材料生产涵盖了铝型材、铝板带箔的各个领域。2013年,成功通过美国BE航空航天公司的审核认证,成为其合格供应商;研发了航空发动机用高强耐热2A70-4T6铝合金棒材、高强高韧7xxx系铝合金航空锻件、7xxx系航空用高性能铝合金扁锭和中厚板等产品。

3.山东丛林集团有限公司专门从事大型高端工业铝型材及铝合金轻量化高端装备的研发和生产,拥有100~30MN的大中型铝挤压生产线15条,并配套有先进的铝合金熔炼铸造、模具研发制造、表面处理、试验检测等完整的工业铝材研发生产工艺和装备;拥有多条国际先进水平的自动焊接生产线和大型五轴数控龙门加工中心,通过了国际最高等级的铝合金焊接资质认证。公司核心主导产品有高速列车、铁轻轨等轨道交通车辆车体结构铝型材,导电轨、汇流排、波导管等轨道交通电力与信号传输用铝型材,大型电力管材,汽车、船舶、高端机电装备制造用铝型材,全铝合金商用车(半挂车)、全铝合金船舶、轻质结构工程等。

(四)行业技术进步

2013年,中国铝合金产业的产品结构和装备技术发生了不小的变化。截至2013年年底,投产的“1+3”到“1+5”热连轧生产线15条,“1+1”铝热粗轧—热精轧生产线9条,双机架、三机架、五机架铝冷连轧生产线8条,45 MN以上挤压机82台。

先进高精度板带生产线增加。2013年年底,在产的热粗—精轧生产线有9条,总生产能力188万吨/年,比上年增长41.4%。2013年新投产的此类生产线有4条。其中,南南铝加工有限公司“1+1”式热轧线不但是中国最大的此类生产线,也是世界最大的生产线,可生产板的最大厚度为260mm、最大宽度为3800mm、最大长度为38m(目前航空工业需要机翼厚板的最大长度为36m ));其2800mm CVCR Plus冷轧机是全球已投产的最大宽度的冷轧机,也是唯一可轧硬合金的此类冷轧机。西南铝业(集团)有限责任公司有1条2800mm “1+1”式热粗—精轧生产线,可生产各种软、硬合金板带材;1条2000mm“1 +4”式软合金带材生产线;1条4300mm四辊单机架厚板生产线,这是全世界最大的厚板专业热轧机。魏桥铝电有限公司有1条2400mm热连轧生产线,1条2300mm三机架冷连轧生产,2台2300mm单机架CVCR Plus 6辊冷轧机,是迄今为止全世界投产的最先进的此类生产线。贵州中铝铝业有限公司15万吨/年铸坯项目,分三期建设,一期7条双辊式连续铸轧生产线,1条6辊冷轧机,专业生产铝箔带坯,最大宽度为2600mm,是全世界最宽的铝箔带坯。爱励铝业(镇江)有限公司航空航天及交通运输用大规格高强度铝合金板项目全面投产,将填补国内航空航天用铝合金板材的某些空白。

高端挤压材新产品不断涌现。振兴集团上海松江生产基地投产,专业生产汽车热交换系统微通道铝合金扁管,有3条挤压线,包括1条32.5MN、2条16.3MN挤压机,是目前世界微通道铝合金扁管生产能力最大的企业。河南驻马店中多铝业科技有限公司于2013年6月投产,有12条新挤压线,专业生产高强高韧耐蚀特种工业铝型材,供航空航天等产业用。江苏亚太成功开发铝合金内螺纹管,填补了国内空白。与普通传热光管相比,内螺纹管的冷凝传热系数提高40%~170%,蒸发传热系数提高70%~160%。

西南铝业获得英国劳氏PED认证证书。为进一步开拓国际市场奠定坚实基础。PED认证是欧洲对压力设备上所用材料的强制性规定,是铝材在高端压力设备上应用不可或缺的通行证,对开拓国际市场意义重大。河南万达铝业舰船用铝板获得挪威船级社认证,标志着万达铝板可以进入欧洲市场,河南万达铝业由此成为国内第一家舰船用铝板获得挪威船级社认证的民营企业。

(五)上下游产业发展情况

1.上游发展情况

2013年,中国氧化铝产能约为5900万吨/年,同比增长13.5%;产量为4438万吨,同比增长14.6%,增幅提高4个百分点。电解铝产能约为3100万吨/年,同比增长19.2%;产量为2205万吨,同比增长9.7%,增幅下降2.6个百分点。

2013年,中国铝产品进出口贸易总额为251亿美元,同比增长4.3%,占全部有色金属进出口总额(含黄金)1581亿美元的15.9%。其中,进口额为132亿美元,同比增长4.2%;出口额为 119亿美元,同比增长4.3%;贸易逆差13亿美元,同比增长3.2%。中国铝产品进出口整体呈现氧化铝进口量下降、铝土矿进口量大幅增长、未锻轧铝净进口量下降的态势。

2013年,铝行业实现主营业务收入为12600亿元人民币,同比增长16.5%,占有色金属行业的26.2%。其中,铝采矿企业实现主营业务收入为207亿元人民币,同比增长13.8%;铝冶炼企业(包括氧化铝、再生铝企业)实现主营业务收入为4085亿元人民币,同比增长6.9%;铝压延加工企业实现主营业务收入为8309亿元人民币,同比增长19.3%。

2013年,铝行业实现利润为419亿元人民币,同比下降24.1%。其中,铝采矿企业实现利润为23亿元人民币,同比增长10.7%;铝冶炼企业亏损为23亿元人民币,同比减亏31亿元人民币;铝加工企业实现利润为419亿元人民币,同比增长16.6%。

2013年,铝矿山采选项目完成固定资产投资为115亿元人民币,同比增长19%,增幅回落11.2个百分点,;铝冶炼行业完成固定资产投资为753亿元人民币,同比下降12.1%,而2012年同比增长24.9%。铝压延加工业完成固定资产投资为1570亿元人民币,同比增长67.8%。铝行业投资结构得到进一步优化。

2.下游发展情况

中国目前已经成为全球最大的铝材生产国和消费国,从产品消费领域来看,目前主要集中在建筑、电子电力和耐用消费品行业,2013年这3个领域的铝材消费量占全部消费量的66%,产品消费结构与欧美等发达国家存在很大差异。造成这种差异的主要原因在于:近年来中国国内城镇化进程的不断加快以及大量公共基础设施的建设使得建筑用铝市场迅速扩大,对包括铝门窗、铝幕墙和装饰铝板在内的产品需求增长较快,同时包括农村电网改造、工业企业用电需求的增多导致的大规模配套电网建设也使得电子电力行业成为铝材需求稳定增长的又一驱动力,这些新的消费增长点是欧美市场所不能比拟的。但中国在包装和汽车行业的用铝程度远不及欧美发达国家市场普及,导致这些领域目前占国内铝材市场的消费比例还不高,随着国内购买力的不断提高和节能、减重、降耗观念的日益普及,这些领域可能会发展成为未来消费领域新的增长点。2013年我国铝材分领域消费结构如图7所示。

图片关键词

图7  2013年我国铝材分领域消费结构

(六)存在的主要问题及建议

1.扩大铝材应用,化解产能过剩

不断扩大应用,是化解我国电解铝产能过剩的根本举措。铝材料具有良好的性能,是实现节能减排的重要保障材料。过去几年,我国大力推进“以铝代钢”、“以铝节铜”、“以铝节木”等举措,取得了良好的经济和社会效益。扩大铝的应用,需要国家政策引异。尽管各方面做大量前期准备工作,但目前国家的引导政策尚未出台,对扩大铝应用产生负面影响,需要尽快解决。

2.坚持绿色发展,实现铝加工业可持续发展

铝加工产业转移态势已经形成,并将不断深化。在实现产业转移的进程中,必须坚持“生态红线”,走可持续发展道路。特别是在产业对接、产业转移方面,要严格把关,明确什么技术可以转移、什么技术限制转移、什么技术禁止转移,绝不能再走“先污染,后治理”的老路。无论是新上项目,还是产业转移项目,一定要严把环评关,扭转为招商而招商的错误做法。为此,要做好产业园区发展规划的制订和论证。

3.推广新技术,加快科技成果转化应用

科技是经济增长的发动机,是提高综合国力的主要驱动力。促进科技成果转化、加速科技成果产业化,已经成为世界各国科技政策的新趋势。我国铝加工业每年科技成果鉴定验收不少,但是及时转化应用的数量却十分有限。这不仅制约着产业进步,而且造成极大的浪费。很多专利技术只有单一的产权之名而没有得到丝毫回报。最近几年,全行业以技术创新、科技进步为支撑,促进企业产品开发、节能减排和降低生产成本工作取得很大成效。例如,铝合金蓄热式熔炼炉、空心锭铸造技术、长棒热剪炉加热技术、双牵引技术、模具感应加热技术、铝箔轧制油在线回收技术等已经十分成熟。但在部分企业里却见不到,不能不说是件遗憾的事情。因此,加大科技成果转化率,重视企业创新软实力的建设和培育,确保企业可持续发展是十分必要的。

(七)年度标志性事件

1.2013年10月,国务院发布《关于化解产能严重过剩矛盾的指导意见》(国发[2013] 41号),明确推广交通车辆轻量化用铝材产品的开发和应用。

2.2013年10月,中国有色金属协会在江苏召开“技术进步、产业升级”大会。协会会长陈全训在会上作了“争当建设有色金属工业强国的排头兵”的主题报告。

3.2013年9月,中国有色金属加工工业协会公布了“中国铝箔企业十强”评选结果,入围企业有:厦门厦顺铝箔有限公司、江苏常铝铝业股份有限公司、镇江鼎胜铝业股份有限公司、华北铝业有限公司、烟台东海铝箔有限公司、山东鲁丰铝箔股份有限公司、云南浩鑫铝箔有限公司、河南明泰铝业股份有限公司、昆山铝业有限公司、大亚科技股份有限公司丹阳铝业分公司。这是中国有色金属加工工业协会自2005年之后第二次评选中国铝箔企业10强。

4.2013年4月,中国铝合金板材首次走向国际航空器市场,由西南铝业(集团)有限责任公司与法国赛峰集团(SAFRAN)签订了航空铝合金板材订单,获得了该集团航空铝合金板材生产授权许可证,成为国内首家供应该集团航空铝合金板材生产企业,实现了中国铝合金板材在国际航空市场上的零突破。

赛峰集团是世界领先的跨国集团之一,世界500强集团之一,在干线喷气发动机、起落架、机轮及飞机布线领域的研发与生产方面居世界领先地位。这次在中国采购的铝合金板材将用于制造直升机发动机外壳与飞机短舱。

5.2013年,山东南山铝业股份有限公司组建国家铝合金压力加工工程技术研究中心。

(八)发展趋势预测

1.城市轨道交通

截至2013年9月,我国获得国家批准建设轨道交通的城市已达到37个。预计未来3年至少还有10个以上城市将获得批准。我国城市轨道交通的建设热潮至少持续10年以上。中国城市轨道车辆的铝化率约为35%,每节车厢的铝采购量为7~8吨,城市轨道交通行业的发展将极大推进铝材在城市轨道交通领域的应用,是未来10年都将持续受到关注的热点。

2.房地产行业

房地产行业是中国铝消费的第一大领域,约占铝材总消费的40%左右,同时还带动了耐用消费等其他相关铝应用行业的发展;2014年房地产行业将趋稳,是推动铝加工市场稳定增长的关键动力。

3.太阳能发电用铝材

根据最新一期NPD Solarbuzz Quarterly报告,2014年全球太阳能光伏需求将呈爆炸式增长,预计需求将从2013年的36GW上升至2014年的49GW。2013年第四季度光伏需求新纪录主要来自于前3大主力市场;中国、日本和美国,第四季度安装的2/3的太阳能面板都在这三个区域。

太阳能发电行业用铝材主要应用于太阳能光伏电池板边框以及整体装置的支架。作为太阳能发电产业的重要配套行业之一,铝加工行业一定能够分享太阳能发电行业快速发展所带来的增长空间。

4.铝合金建筑模板

铝合金模板具有质量轻、拆装方便、刚度高、板面大、拼缝少、稳定性好、使用寿命长、周转次数多、回收率高等优点,一经推出,便受到了建筑行业的广泛认可。目前我国每年大约需要7亿平方米的建筑模板,全部采用木材,每年大约需要1.3亿立方米木材,采用铝合金模板替代木制建筑模板,可以有效抑制对森林的过度采伐。所以铝合金模板作为现代化建筑施工机械器具与材料被认为是未来绿色建筑施工的发展方向,将成为2014年及未来重点关注的产品。

5.铝物流托盘

托盘是现代物流领域的基本集装器具之一,是用于集装、堆放、搬运和运输的放置装置,作为单元负荷的货物和制品的水平平台。作为现代物流作业中最基本的载体,托盘应用水平成为衡量现代物流发展水平的重要标准之一。现代物流业发达的美国,托盘拥有总量为,(15~20)亿只,人均拥有7~8只;日本的托盘拥有总量接近10亿只,人均4~5只。托盘的材质,除了钢材、木材、塑料等,质量轻、强度高的铝托盘在发达国家也得到大量应用。

我国物流业现代化水平和发达国家存在较大差距。我国物流托盘仅有2亿只,人均拥有量远低于美国和日本,有着较大的发展空间。因此,大力推进铝托盘的应用,不仅可以提高托盘的循环利用率,降低企业产品储运成本,还有助于减轻环境的压力,对于保护我国生态环境、节约自然资源也有着重大意义。铝托盘的推广利国利民,应当成为一个新的关注热点。

6.铝合金电力电缆

我国电线电缆工业是机械行业中仅次于汽车制造业的第二大产业,铝合金电缆的原铝消费量约占总消费量的10%。目前我国电线电缆工业的规模、产量及增长速度都居世界之首。我国的铝合金电力电缆主要用于高压输送线路,应用比例超过90%;但中低压电力电缆应用刚开始起步,应用比例不及1%,欧美等国家早已大量使用铝芯电力电缆。在铜资源日益萎缩、铜铝价差较大的情况下,电力行业以铝节铜成为必然的发展趋势。铝合金电力电缆以其优良的性价比、良好的盈利能力,将成为未来新的关注热点。

三、镁合金

我国是世界最大的镁合金材料生产国,产量占全球的80%以上。2013年,我国镁合金需求总体平稳,全年产量、出口量、消费量均有新的增长。科技创新推动产业转型发展,特别是镁深加工技术与能力有所提升,全行业总体保持较好的发展态势。

(一)产业发展现状

1.产量显著增加

2013年,中国镁合金产量达到30万吨,比上年增长43.5%,其中镁合金铸件、型材产量达到10.5万吨,比上年增长7.5%。当前,中国镁合金产业布局的特点是,冶炼以陕西、山西、宁夏等中西部能源丰富地区为主;加工以贴近消费的东部沿海地区为主。

2.出口继续上升2013年,中国镁合金出口量为10.2万吨,比上年增长10.4%。其中,出口到荷兰33948吨,占全部出口量的33.3%;出口到加拿大18344吨,占全部出口量的18%;出口到韩国9721吨,占全部出口量的9.5%。中国镁合金主要出口到欧洲和北美,2013年中国镁合金出口前10名国家和地区参见表13。

表13  2013年中国镁合金出口前10名国家和地区

(单位:吨)

序号

国家和地区

数量

1

荷兰

33948

2

加拿大

18344

3

韩国

9721

4

日本

5800

5

罗马尼亚

4850

6

墨西哥

3885

7

法国

3721

8

中国台湾

3540

9

英国

3378

10

瑞典

2794

合计

89981

3.消费保持增长

2013年,我国镁合金表观消费量达到20.68万吨,比上年增长8.7%,主要用于生产铸件、压铸件和型材,占总消费量的50.6%,参见表14。

表14  2013年国内镁合金消费增长情况比较

(单位:万吨)

年份

加工

其他

合计

铝合金添加

稀土镁合金

铸件、压铸件、型材

2012

8.10

0.60

9.73

0.60

19.03

2013

8.82

0.70

10.46

0.70

20.68

4.效益有所下降

据国家统计局统计,2013年全国133家(含粗加工企业)规模以上镁冶炼企业实现产品销售收入为288亿元人民币,比上年增长10.8%;利润总额为8.2亿元人民币,比上年下降11.8%。

5.投资基本平稳

2013年,中国镁合金行业投/融资仍以私人控股企业为主体,全年镁冶炼施工项目有69个,完成固定资产投资为163亿元人民币,比上年增长5.2% 。

6.价格震荡下行

2013年,国内镁价呈震荡下行走势。现货全年平均价为16 074元人民币/吨,较2012年的17 409元人民币/吨回落7.7%。最低点为7月的14 950元人民币/吨,最高点为3月的17 100元人民币/吨,年底价格为15 250元人民币/吨。

2013年,我国镁产品出口价格同样呈震荡下行走势,日均价波动区间基本在2525~2875美元/吨(按日均价统计)。最低点为7月的2525美元/吨,最高点是1月的2875美元/吨。截至2013年年底,厂商、贸易商出口报价在2580~2650美元/吨之间。

(二)龙头企业情况

1.2009年5月,营口银河镁铝合金有限公司启动总投资2.4亿元人民币的“年产2000吨高性能宽幅镁合金薄板项目”,2011年7月10~100mm 厚、1500~1600mm宽幅热轧中厚板问世;同年10月冷轧宽幅薄卷板推向市场,主要产品为0.4~3.0mm厚、1200~1500mm宽幅的薄卷板。

该企业是中国镁业协会会员单位、辽宁省镁合金工程技术中心试验基地、辽宁省企业博士后科研基地、东北大学重点实验室博士后实验站、大连交通大学建设中国高速列车配套产品研发中心、辽宁省科技厅认证的高新技术企业、镁合金加工与应用技术创新战略联盟理事、“十二五”科技支撑计划镁合金课题参加单位。

2.山西闻喜银光镁业集团始建于1988年,是集矿山开采、镁钙冶炼、镁合金、挤压型材、汽车压铸件、半连续棒材、板材等深加工一条龙生产的镁业集团。该企业是中国有色金属工业协会镁业分会副会长单位,国家级镁及镁合金产业从地,国家重点高新技术企业,山西省80家大型方阵企业之一,全国千户节能行动企业之一,山西省循环经济示范企业,省、市优势方阵企业。

3.江苏荣镁轮毂有限公司投资6.5亿元人民币,自主开发的整体模锻镁合金汽车轮毂成型工艺为世界首创,在工艺技术方面拥有自主知识产权、发明专利,使镁合金轮毂能够进入普通轿车市场。

(三)技术创新与产业转型升级

2013年我国镁合金材料开发取得重要进展,一批带动力强的产品实现了产业化。

1.镁合金板带加工获得新进展

近年来,我国一些镁板加工企业、大专院校、科研院所,积极开展高性能变形镁合金板材加工技术与装备的研发与应用,如营口银河镁铝合金有限公司、西部钛业有限责任公司、山西银光华盛镁业股份有限公司、洛阳铜加工集团有限责任公司等企业,通过多年的探索与试脸,在镁合金板成套轧制、大型镁板轧制装备及其配套设备、镁合金连续铸轧、精轧板等方面取得了可喜的进展。其中,营口银河镁铝合金有限公司在四辊精轧机上攻破了成卷轧制的关键技术,实现了镁合金宽幅轧制板材的量产,以1.5m的宽幅镁卷板成为世界镁宽幅轧制卷板的领先者。西部钛业有限责任公司目前拥有2800mm四辊可逆热轧机和1780mm六辊可逆冷轧机,这些大型先进的主体设备及其配套设备为实现高品质镁合金宽幅薄板产业化奠定了重要的产业化条件。可热轧产品规格:厚δ(4~100)×宽(800~2600)×长Lmm,可生产冷/温轧产品规格:厚δ(0.4~4.0)×宽(800~1560)×长Lmm。山西银光华盛镁业股份有限公司等单位承担了国家科技支撑计划——镁合金板带环连续铸技术及设备开发,建成了我国第一条幅宽600mm ,厚度0.3~9mm的连续铸轧精轧镁合金板材生产线以及薄板成卷轧制生产线。

2.镁合金轮毂实现量产

2013年,我国在镁合金轮毂加工方面取得了长足进展,如山西银光华盛镁业股份有限公司的锻造镁轮毂生产线,已形成年产30万只镁合金汽车轮毂的生产能力。2013年5月,山西银光华盛镁业股份有限公司在北京发布了全球最轻量产锻造镁轮毂,17英寸产品最低质量仅5.2kg,较同规格原厂铸铝轮毂减重50%。江苏荣镁轮毂有限公司已正式生产乘用车通用系列16寸/17英寸/18英寸规格的镁合金汽车轮毂,其自主研发的“超塑性整体模锻镁合金汽车轮毂成型工艺技术”获得国际镁协2013年度最佳工艺奖,目前在一些改装车上应用。

3.高端镁产品拉动产业结构调整

2013年,鹤壁市镁深加工和高端镁产品市场形势喜人,拉动了镁产业结构调整。鹤壁创世科技公司生产的小型发电机,目前月订单达2000多台,产品供不应求;河南美丽鸟车业有限公司不断开拓市场,镁合金自行车、电动车市场份额逐步扩大,比2012年增长30% 。

4.组建区域产学研用协同创新体,推动产业结构升级

由东北大学、中国科学院沈阳金属所、沈阳工业大学、大连理工大学的镁合金领域专家学者组建的辽宁省镁合金工程技术中心在大石桥市揭牌,主要致力于镁合金技术研发与推广。为使研究成果更好地转化,该中心已吸收沈阳华晨金杯汽车有限公司、营口欣立耐火材料科技有限公司等企业为应用企业。该中心计划于2014年完成镁合金挤压材、镁合金板带电磁铸轧等技术研制,并初步形成规模生产,实现新建镁合金企业5家,3年后形成具有辽宁特色和一定规模的镁合金车辆零部件、军工产品等产业链,推动辽宁地区镁产业发展。

长春应化所与吉林临江市东锋有色金属股份有限公司、一汽铸造有限公司、扬州宏福铝合金有限公司、长春中科希美镁业有限责任公司合作,在“高强高韧镁合金的研发和应用”方面取得新进展。长春应化所发明了高强高韧镁合金,2项专利技术转让给临江市东锋有色金属股份有限公司,2项专利技术研发的耐热抗蠕变稀土镁合金首次应用于一汽集团460马力发动机汽缸罩盖。

河南科技大学与鹤壁地恩地新材料科技有限公司合作建立“有色金属共性技术河南省协同创新中心镁产业基地”。该中心是河南省委、省政府积极推行“2011”协同创新计划、加快中原经济区建设而建立的高端产学研合作平台。双方合作能够充分释放人才、信息、技术等创新要素的活力,建立多技术集成的研发与应用平台,产学研合作技术协同创新,可在毕业生社会实践和就业等方面开展多种形式的合作。

5.镁合金应用倒逼产业转型升级

山西银光华盛镁业股份有限公司开发的纺织棕框3个品种已小批量供货,开发的多款纺织经编机型材每月销量7~8吨。

上海交通大学的镁合金轮毂与江轮圆通、上海昊华模具公司签订了技术转让协议,正处于产业化推广阶段。山东银光钰源公司与法国塞拉高铁公司合作,签订了首批10万套价值70万欧元的镁合金高速列车座椅配件订单,仅此一项,每年可带来100万欧元收益。上海交通大学与上海航天技术研究院合作,完成“嫦娥奔月”玉兔号月球车结构与机构分系统中的镁合金新材料研制。山东华盛荣镁业有限公司、山东银光钰源轻金属精密成型有限公司、北京广灵精华科技有限公司等企业在镁合金高端LED照明产品上的扩大应用已成新趋势,订单增多、批量生产、多样化,其中出口日本、美国、欧洲的产品较多,国内订单也在启动。

金拜克自行车有限公司已形成镁合金熔炼、挤压、焊接、烤漆、电机生产于一体的专业化集成生产线,已批量生产镁合金电动自行车,2012年产量为37000辆。

山东华盛荣镁业有限公司为北车集团高铁提供镁合金大型挤压型材多个部件,其中最大投影直径500mm。向富士康科技集团、可成集团等提供消费类电子产品及外围设备用镁合金壳体材料的能力不断提升。

镁合金产品的应用倒逼了镁合金熔炼、加工、表面处理、焊接等工艺技术水平的提升,势必增加新的先进装备,扩大生产能力,增强企业核心技术实力,为企业提质增效转型升级做出了贡献。

(四)行业发展重大事件

1.2013年12月10日,符合《镁行业准入条件》的企业名单(第二批)在工信部网站上正式予以公告。加上2012年6月公告的第一批11家准入企业名单,共有35家企业符合准入条件。

2.2012年10月,环保部、发改委、财政部联合发布《重点区域大气污染防治“十二五”规划》。

3.2013年12月27日,《镁、钛工业污染物排放标准》(GB 25468-2010)修改。

4.国家鼓励引导高性能镁合金材料的研究与发展,国家发改委公布《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》(以下简称《指导目录》)。《指导目录》依据《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》确定的7个产业、24个发展方向进一步细化。其中,涉及金属镁的内容包括高性能镁合金及变形镁合金制备及深加工技术、镁合金腐蚀控制及防护技术、镁合金锻件等列为高性能有色金属及合金材料。镁基陶瓷复合材料、镁基复合材料被列入金属基复合材料和陶瓷基复合材料范围。

(五)行业发展趋势

金属镁材料作为最轻的结构材料,引起了我国科技、产业等的高度重视。进入新世纪以来,我国镁合金材料开发在很多方面取得了突破,相当一部分技术处于国际领先水平。但是,在发展中,行业也遇到科技研发和产业化脱节严重,关键技术孵化、产业化缺乏有效机制和平台,致使一些关系到行业发展的重大技术难以实现产业化,比较典型的是汽车用镁合金轮毂技术。因此,实现创新驱动,仍然是当前我国镁合金行业面临的重要课题。

四、钛合金

(一)产业发展现状

钛合金是一种重要的新材料,广泛用于战略性新兴产业和国防科技领域。近年来,我国钛合金产业发展迅速,已经在世界上占有重要地位。

1.国际产业发展现状

自2010全球钛材产量突破10万吨,达到11万吨以后,随着经济危机后实体经济的快速反弹,2011年产量达到将近15万吨。但这种势头没有得以延续,2013年受到主要经济体增长放缓的影响,产量略微降低,下浮至14万吨多一点水平。自 2010年以来,中国一直是推动全球钛材产量增长的主要力量,其他主要国家还有俄罗斯和美国,参见表15。

表15  全球钛材产量及其预测

(单位:吨)

国家

2010年

2011年

2012年

2013年

2014年

美国

34615

45500

40000

42000

46000

日本

13783

19358

16000

17000

20500

欧洲

4000

5000

5000

5000

5000

俄罗斯

21000

27200

35000

36000

38000

中国

38323

50962

55000

42000

60000

全球合计

111721

148020

151000

142000

169500

资料来源:中国有色金属工业协会。

随着全球最大的钛金属生产商俄罗斯的阿维森马公司实施管理层收购,管理层拥有了51%的公司股份后,2013年最值得关注的是美国TIMET被下游著名的航空零部件生产商精密铸件(Precision Castparts)公司并购。这一事件将标志着除中国外全球范围内独立的钛金属制造公司的逐渐消失。类似国外著名钛金属公司与飞机和飞机零部件制造商间的并购或战略合作的进行,这将使得国际航钛市场垄断特征更加明显。

随着国外航钛上下游企业间的战略合作,为迎接新一轮飞机订单,国外钛加工企业设备更新提速,俄罗斯的阿维森马,美国的TIMET、ATI等公司纷纷新增和改造了其熔炼系统,提升生产能力和技术水平。

2.国内产业发展现状

2013年受世界经济复苏缓慢,国内经济下行压力加大等因素影响,中国钛合金产业面临严峻挑战,发展速度明显放缓。

(1)产量明显下降。2013年,我国钛材产量4.45万吨,比上年下降13.8%。其中,只有丝材和新产品的产量比上年有所增长,其他各类钛材的产量均比上年有不同程度的下降,尤其是锻件和其他钛材产量的下降幅度超过50%。

2013年国内钛材产量在2000吨以上的企业有7家,共生产2.8万吨,占全部钛材产量4.2万吨的67%。其中,宝钛股份生产了1.18万吨,占全部钛材产量的28%,也是当前国内唯一一家产量超万吨的钛加工企业。

钛板依然是我国最主要的钛加工产品,2013年虽然产量比上年下降10%,但仍占国内钛加工产品总产量的50%以上。同样,尽管2013年国内钛棒产量比上年减少11%,但仍占国内钛加工产品总产量的20%。

(2)消费出现下滑。2013年,中国钛材销售量为3.85万吨,同比下降10.5%。

化工仍然是中国钛合金最主要的消费领域之一,28家主要钛材生产企业在化工行业的产品销售量超过2万吨,占合计销售量的52.8%。航空航天在中国钛及钛合金消费中占有重要地位,2013年国内主要钛材生产企业对航空航天领域的产品销售量超过4500吨,比上年增长9.5%。此外,电力行业也在中国钛及钛合金消费中占有一定地位,2013年国内主要钛材生产企业对电力行业的产品销售量达到5700吨,占合计销售量的13.8%。

(3)产品出口减少。2013年,中国出口钛材9997吨,比上年下降18.9%。这表明全球钛市场的疲软走势还在延续。中国出口的钦钛材主要是条、杆、型材及异型材,2013年出口量4462吨,占总出口量的44.6%。钛管依然是中国最主要的进口钛材产品,2013年进口量为1213吨,占总进口量的30%,参见表16。

表16  201 3年中国钛材进出口情况

种类

进口数量

进口金额

出口数量

出口金额

净出口量

(吨)

(美元)

(吨)

(美元)

(吨)

钛条、杆、型材及异型材

540

3146.71

4462

8906.15

3923

钛丝

191

1197.84

212

1044.72

21

厚度≤0.8mm的钛板、片、带、箔

770

2098.75

113

446.70

-658

厚度>0.8mm的钛板、片、带

783

3178.90

1950

4884.69

1166

钛管

1213

4000.35

1784

6178.04

572

其他锻轧钛及钛制品

553

24510.35

1476

9081.03

923

钛材合计

4050

38132.98

9997

30541.33

5947

资料来源:中国有色金属工业协会。

(4)价格走势疲软。钛材的代表性产品TA23.0mm厚的标准钛板价格出现大幅度下跌,由上半年的平均14.5万元/吨,下跌到下半年的12.5万元/吨,下降幅度达到13.8%。

(二)技术进步情况

宝钛集团实现了EB炉回收合金残料生产重要用途钛锭的技术突破;完成了棒丝材、万吨自由锻压机和钛带等新生产线的工艺开发及固化;成功开发出5mm×2000mm×5000mm宽幅TC4钛合金板材、NbHf10-1板材、石油天然气行业用高性能系列钛合金管材、超大规格钛合金棒材等新产品;用万吨自由锻压机成功生产出单重7吨的台阶轴锻件。

西北院及所属公司建设的国家稀有金属材料科研基地通过国家验收,为钛合金新材料的科研、中试验证和小批量生产提供了更优更专业的平台;利用院里现有的装备,试制成功了钛合金3D打印成型零部件;稳定、批量地生产出钛合金大规格(Φ≥300mm)棒材及钛合金爆炸复合板材。

宝钢特钢新建的大卷重钛带生产线产出的板式换热器及焊管用高精密度钛带达到国际标准,满足了用户要求;“飞机用钛合金特大规格(Φ≥450mm)棒材和大型整体结构锻件(投影面积≥2m2)的工艺技术研究”获2013年宝钢技术创新重大成果奖。

(三)重点企业情况

1.宝钛集团有限公司(简称宝钛集团)由陕西有色金属集团控股的大型有限公司,是中国最大的钛及钛合金为主的专业化稀有金属生产、科研基地。产品广泛应用于航天、航空、化工、石油、化学、电力、冶金、医药以及海洋工程、地热工程、制冷工业、体育、旅游等领域。宝钛集团分别通过ISO 9001、法国宇航公司、美国波音公司、英国罗—罗公司等国外公司质量体系、工艺技术及部分产品的认证。

2.西部金属材料股份公司成立于2000年12月28日,目前已成为由8个控股子公司和1个通过国家实验室认可的理化检验中心组成的集团化公司,总资产超过26.2亿元人民币。形成了以钛产业(含钛及钛合金加工、层状金属复合材料、稀有金属装备及管道管件制造等)为主业,覆盖金属纤维及制品、稀贵金属材料、钨钼材料及制品等产业的多元化格局,产品广泛应用于航空、航天、航海、信息、电子、能源、环保等国民经济重要领域。

(四)行业发展趋势

钛是具有良好性能的金属材料,是战略性新兴产业和国防科技的重要支撑。虽然目前国内外钛市场处于周期性低谷,但产业依然有广阔的发展空间。尤其是在国家大飞机等重大航空工程项目、海洋工程项目拉动下,我国钛合金产业发展的前景美好。2014年世界钛材产量将达到17万吨左右,未来两年产量年均增长率将达到9.6%。

第三节  先进高分子材料


一、行业发展现状

高分子材料发展速度突飞猛进,已超过传统金属材料和无机材料,并成为工业、农业、国防、科技和日常生活等领域不可获取的重要材料。世界合成高分子材料的总产量已达3亿吨,其体积产量超过金属材料。我国是高分子材料的大国,年消费量超过3000万吨,三大合成材料(合成树脂、合成橡胶、合成纤维)生产总规模已居世界首位,合成材料的成型加工总能力也已多年位居世界第一。但是从特种橡胶和高性能树脂产需平衡表看,我国特种橡胶、工程塑料、生物基树脂的产量还远不能满足国内需求,参见表17和表18。

表17  2013年特种橡胶产需平衡表

(单位:万吨)

品种

产量

进口

出口量

表观消费量

国内自给率(%)

丁腈橡胶

14.5

7.9

0.5

21.9

66

定基橡胶

8.8

25.2

1.6

32.4

27

乙丙橡胶

2.1

26.1

2.3

25.9

8

异戊橡胶

8

4

0.3

11.7

68

氯丁橡胶

3.5

2

0.4

5.1

69

丙烯酸酯橡胶

0.5

4.3

2.4

2.4

21

氯化聚乙烯橡胶

5

3.5

2

6.5

77

氯碘化聚乙烯橡胶

0.4

0.3

0

0.7

57

苯乙烯类热塑性弹性体

72.8

5

0.8

77

95

聚氨酯热塑性弹性体

10

14

0

24

42

聚烯烃热塑性弹性体

0.3

9

0

9.3

3

硅橡胶

59

2

1

60

98

氟橡胶

0.8

0.2

0.1

0.9

89

氟硅橡胶

0.01

0.09

0

0.1

10

合计

185.71

103.59

11.4

277.9

67

资料来源:石油和化学工业规划院


 

表18  2013年高性能树脂产需平衡表

(单位:万吨)

类别

产品

产量

进口量

出口量

表观消费量

国内自给率(%)

石油基高性能树脂

工程塑料

聚碳酸酯

31

138

21

148

21

聚甲醛

32

24

6

50

64

PBT

27

14

10

32

84

PMMA

45

31

7

69

65

聚苯醚

1

5

0

6

17

聚苯硫醚

1

2

0

2

50

小计

137

214

44

307

45

聚氨酯树脂

聚氨酯软泡塑料

165

0

0

165

100

聚氨酯硬泡塑料

190

0

0

190

100

聚氨酯鞋底料

36

0

0

36

100

聚氨酯树酯

涂料/胶黏剂

用聚氨酯树脂

32

0

0

32

100

小计

423

0

0

423

100

其他高性能树脂

EVA

29

53

5

77

38

VAE乳液

40

5

1

44

91

高吸水性树脂

30

3

3

30

100

PVB

1.5

3

0

4.5

33

小计

100.5

64

9

155.5

65

石油基高性能树脂合计

660.5

278

53

885.5

75

氟硅树脂

氟树脂

聚四氟乙烯

7.0

0.6

2.0

5.6

125

聚偏氟乙烯

1.1

0.4

0.6

0.9

122

FEP

0.9

0.1

0.4

0.7

129

硅树脂

3.5

0.5

0

4.0

88

氟硅树脂合计

12.5

1.6

3

11.2

112

生物基树脂

聚乳酸

1

0.7

0.1

1.6

63

高性能树脂合计

673

280.3

56.1

898.3

75

资料来源:石油和化学工业规划院

高分子材料已渗透到衣、食、住、行、用等人类生活的各个方面。例如,合成纤维、皮革、食品包装、农用薄膜、高分子建材、轮胎、减震材料、家用电器外壳等,已成为全球经济发展的重要组成部分。同时,高分子材料与当代高新技术结合得更加紧密,在电子信息领域,用于印刷电路板、光敏树脂、按键、复印机、打印机、光盘;生物技术领域,用于人工脏器、医用导管、高分子药物;航空航天领域,用于卫星与飞船外壳、密封等;新能源领域,用于新能源电池的膜材料、LED的封装材料、风力发电的风翼等。

我国是高分子材料的大国,但我国还不是高分子材料强国。不仅产品的竞争力有待提高,产量也不能满足国内的需求,如合成塑料和合成橡胶的年产量只能满足1/2左右的国内需求。尽快完成从高分子材料的生产和消费大国到强国的转变,需要开展高分子材料科学的创新研究。

二、存在主要问题

总体来看,高分子材料产业存在的主要问题可概括如下所述。

(1)创新研发能力不足,一些自主开发技术长时间难以成熟进入商业化。

(2)除一些外资企业外,国内生产商大都不同程度存在高端品种牌号少、产品质量不够稳定、生产成本高、加工应用技术开发不足、引导市场能力较差等问题,缺乏国际竞争力。

(3)企业规模小,集中度低,管理运行成本较高,抵御市场风险能力差。

(4)绝大多数产品 (特别是基础聚合物)国内供不应求,总体自给率偏低,部分高端产品自给率极低或为空白。

三、发展趋势

聚烯烃材料方面,聚烯烃的合金化、高性能化及多样化是我主要的发展方向。虽然天然及可降解高分子材料研究在近10余年来取得了许多进展,但在市场应用上仍然仅限于一些简单的包装及一次性用品上,其原因既有价格问题,也有消费者的习惯问题。在结构高分子材料方向,聚烯烃的合金化、高性能化及多样化成为汽车、轨道交通及家电、居家建筑材料等家用材料领域的主要选择。

高分子材料在太阳能高效利用方面有着独特优势。聚合物太阳能电池的发展将为高分子材料提供新的应用空间。太阳能作为大有前途清洁能源,其有效开发利用的关键在于电池材料。目前太阳能电池应用技术分为两大类,即晶体硅片和薄膜。尽管眼下薄膜太阳能电池的市场份额不到10%,但这种新的薄膜半导体有望很快找到它的特殊应用市场。高分子材料因为具有质量轻、柔韧易加工、制作工艺简单、成本低、可大面积制备等突出优点,在太阳能电池材料中极具竞争力。

生物医用高分子是生物医用材料中发展最早、应用最广泛、用量最大的材料,具有原料来源广泛、可以通过分子设计改变结构、生物活性高、材料性能多样等优点。我国医用高分子材料的生产水平依然十分低下,处于产量低、品种少、规格不全,且质量差、水平低的境地。在未来的发展中,需着力研究新材料的生产安全性和适用范围,更重要的是从借用和改性逐步深入分子设计和结构设计层次开发新材料,同时也需结合实际临床需要,克服医用材料研发周期长,见效慢等缺点,做到产、学、研三者结合,推动我国医用高分子产业的发展。

我国高分子膜科学技术及高分子膜主业将形成水处理膜和特种分离膜并重发展的趋势。水处理高分子膜材料,研发焦点将集中在海水淡化反渗透膜材料、水质净化纳滤材料、MBR专用膜材料的开发与利用上。发展高性能海水淡化反渗透膜材料,扩大产业规模;开发水质净化纳滤膜的规模化制备技术,提高分离性能;制备具有高质量、高强度、高柔水性能的MBR专用膜材料,并实现规模化生产。特种分离膜材料,研发焦点将集中在小孔径陶瓷膜材料、渗透汽化与蒸汽渗透膜材料、气体分离与特种分离膜并重发展,提升膜技术在资源节约、环境友好型社会建设中的贡献力度。

第四节  新型无机非金属材料


一、中空玻璃

(一)产业发展现状

中空玻璃的生产始于20世纪60年代,距今已走过了50多年的发展历程。从最初的产品研发到批量生产,再到大规模产业化和广泛推广应用,经历了一个比较漫长的过程。近年来,我国中空玻璃生产技术水平和产量、质量、品种结构方面都有了大幅提高,不仅为国内建筑行业提供了优质产品,而且产品大量出口,有些产品已跻身世界先进行列。据不完全统计,截至2013年年底,我国中空玻璃产能已接近4亿平方米,连续多年位居世界第一。

从产品结构看,由以往的“双白中空”,发展到“钢化中空”、“夹层中空”、“阳光控制膜中空”、“充惰性气体中空”、“低辐射中空”、“多腔体中空”等,不断完善和优化了产品结构,实现了产品结构多元化,进一步提高了中空玻璃的产品功能。如今中空玻璃作为一种功能完善、品种多样化的节能产品已被广泛应用于我国的建筑业、交通业和冷藏业,作为中空玻璃最大市场的建筑业,中空玻璃应用已从幕墙、高档写字楼扩展到乡镇民居;从严寒地区、寒冷地区扩展至夏热冬冷地区和夏热冬暖地区。不断扩大的中空玻璃市场需求,带动其使用量快速上升,为我国中空玻璃行业创造了广阔的发展空间。在国家开始强调建筑节能的大背景下,整个行业受市场需求扩大的影响,进入快速稳步增长期。国内中空玻璃材料研制全面走向国产化、设备研制逐步走向成熟。各种功能玻璃包括镀膜、夹层玻璃等作为中空玻璃原材料得到广泛应用。我国的中空玻璃行业在新的绿色经济、生态文明建设方针指引下,技术升级成为整个行业主导方向,超白中空、超大板面Low-E中空等特殊品种中空玻璃在工程项目中得到大量应用并实现自主供应。中空玻璃产量、质量大幅提升。2010年,“亚洲第一条智能化连续中空玻璃生产系统”在福建新福兴玻璃有限公司成功落地,中空玻璃生产全过程实现了真正意义上的自动流水线(无人操作)加工,彻底改变了国际社会对中国玻璃加工业的传统视角。国内中空玻璃产品除完全满足市场需要外,更多地走出国门,获得了国际社会的普遍认可和肯定。

(二)存在的主要问题

我国中空玻璃近年来虽然发展很快,但也存在以下突出问题。

1.企业规模较小,产品质量良莠不齐

企业在工艺技术、生产装备、管理水平等方面存在着极大的差异。市场上以次冲好、以假乱真、无序竞争和低水平重复建设的现象仍然存在。市场集中度较低,其中大部分为小型企业,技术含量较低、资金实力偏弱。在中空玻璃原材料的选择上,一些企业片面追求利润最大化,造成原材料质量不稳定。密封胶是中空玻璃主要原材料之一,它直接影响到中空玻璃的节能效果和使用寿命。一些质次价低的劣质密封胶仍在扰乱市场。从行业综合水平方面来看,在现有的两千多家中空玻璃加工企业中,不乏南玻、耀皮、信义、金晶等这类国际一流水平的企业,然而这类企业仅占我国中空玻璃加工企业总数的5%左右,行业的综合能力和水平还落后于经济发达国家。

2.中空玻璃使用率、普及率较低,建筑节能标准有待提高

国外发达国家节能设计标准中对建筑透明围护结构(含外窗和玻璃幕墙)的热工性能要求比较高,90%以上都使用了Low-E中空玻璃,许多还使用了充氩气的Low-E中空玻璃。我国现行节能设计标准中对建筑外窗的热工性能要求与国外发达国家相比仍有较大的差距。我国严寒地区设定的中空玻璃传热系数K值为2.0,仍与欧盟现行标准(K值一般在1.1~1.3之间)差距较大,只相当于韩国的中空玻璃行业标准中三级品(K值为1.8~2.2)的指标,与其第一级的要求相距也很大。目前,中空玻璃使用率、普及率依然偏低,新建建筑中空玻璃使用率尽管已经达到60%左右,但既有建筑使用率不足10%,与发达国家90%以上的使用率相比差距仍很大。

3.自主创新能力薄弱

与国际先进企业相比,大部分企业研发资金投入过低,对人才、合作重视不足,导致了新产品、新工艺开发滞后,缺乏有自主知识产权的核心技术。全世界现有1200多个玻璃品种,国内能够直接生产的只有200多个,其余要经过引进或合作才能生产。我国虽然是加工玻璃大国,但还远不是强国。

(三)发展趋势

节能是我国的基本国策,建筑是节能领域的三大主战场之一。建筑能耗占全社会总能耗的比例已经达到30%以上,并即将成为用能的第一领域。建筑能耗的50%是通过门窗流失的,门窗节能的关键在于玻璃,玻璃在门窗中的比重占到了70%。因此,在不包括工业用玻璃和交通用玻璃的情况下,仅建筑玻璃一项,对全社会总能耗的影响比例已经超过10%。假设全国每年新安装约4亿平方米门窗均采用Low-E中空玻璃,与普通中空玻璃窗相比,每年可节能870万吨标煤,16个月的节能量接近我国浮法玻璃行业1年的总能耗,1.5年的节能量相当于大亚湾核电站6台百万机组一年的发电量(以燃煤电厂折算),使用3.8年可抵三峡大坝一年发电量。另外,每年可减排NOx和SO2排放8万吨,减少温室气体CO2排放2100万吨。因此,Low-E中空玻璃、真空复合中空玻璃等高效节能玻璃的推广使用是时代进步的标志,也是建筑节能形势发展的必然结果。

企业目前面临的最大机遇就是国内市场需求的增长。“十二五”期间,我国新增新建筑面积30亿平方米左右,要完成新建绿色建筑10亿平方米左右,还要对近6亿平方米的既有建筑进行节能改造,95%的新建建筑要按照国家新的节能标准执行。在涉及的节能玻璃方面,主要就是多品种、多智能的复合中空玻璃。随着我国工业化、城镇化、信息化和农业现代化的同步发展,以及《绿色建筑行动方案》、《国务院关于化解产能严重过剩矛盾的指导意见》等一系列政策法规的出台,在新建建筑和既有建筑改造中推广使用节能门窗,采用Low-E中空玻璃等节能玻璃,提高产品附加值,已经成为全社会的共识。另外,面对我国新型城镇化建设这一美好的前景,面对40万亿元人民币的巨大投资,全行业必须按照节能建筑、绿色玻璃提出的要求,进一步优化产业升级,发展节能中空玻璃。我们不能再走过去单纯靠提高数量和规模增长的弯路,也不能再走低水平重复建设的老路,而要坚持走以节约、智能、绿色、低碳为原则的发展道路。

玻璃作为建筑材料,同时具备4大特点:透明、高强、轻质、耐久。其他墙体材料都不能同时具备这些特点。2030年前后,中国在经济规模上有可能成为世界第一大经济体,节能中空玻璃的使用必然要与我们的经济发展水平相匹配。未来随着国家建筑节能政策的进一步细化以及消费升级,节能中空玻璃市场将得到稳步增长。在“引导绿色建材产业健康发展、促进建材工业转型升级”方面,由于玻璃的节能在绿色建材中所占份额较大、见效明显、行业成熟度较高,工信部和住建部已将玻璃选为绿色建材标准工作的首个品种。“创新提升、超越引领”也是我们建材工业的长期发展战略。因此,我们行业内部除了加强企业管理、积极开展中空玻璃新产品、新工艺、新技术、新装备的创新研发和质量升级外,更需要紧紧围绕我国建筑节能、环保、绿色建筑的可持续发展和生态文明建设的大趋势,从生产要素低成本、低价格的竞争,走向兼顾国际、国内两个市场的产品与技术的差异化竞争,带动整个玻璃产业的战略转型并实现国家、最终用户和行业的三赢。

二、其他新型非金属材料

(一)综述

1.石墨材料——新能源材料

石墨具有优异的耐高温、抗腐蚀、抗辐射、导电、导热、润滑等性能,球形石墨、柔性石墨、高纯石墨、石墨乳、石墨烯等应用于新能源材料。

(1)锂离子电池负极材料——球形石墨。锂离子电池是目前发展最迅速的二次电池,球形石墨主要应用于锂离子电池的负极材料。

(2)燃料电池双极板材料——柔性石墨。燃料电池是具有良好前景的新能源,双极板是燃料电池的主要部件。采用柔性石墨直接压制成双极板,不仅成本极大降低,而且在导电、导热、不透气等方面具有一定优势。

(3)高纯石墨。固定碳含量≥99.9%,主要用于生产柔性石墨、密封材料、润滑剂的基料,生产高端石墨制品的基础材料。某些特殊领域如核能、半导体等高新技术产业的则要求固定碳大于99.99%。

(4)石墨乳。高性能石墨乳产品应用广泛,利用石墨润滑性,以拉丝石墨乳、模锻石墨乳为例,在许多金属加工业中,发挥重要的作用。

(5)石墨烯。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,目前为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管材料。

2.石英材料

在现代工业中高纯石英应用广泛,在航天、航空、航海、军事、电工、电子、电信、化工、冶金以及汽车等高科技领域,如电子计算机芯片封装、光导纤维、新型电光源、特种光学玻璃石英坩埚等技术中的关键材料。

高纯石英熔融硅微粉——微电子封装材料。熔融高纯硅微粉由高纯石英砂经特种工艺加工而成,主要用于微电子产品的封装,包括集成电路和半导体分立器件。

3.纳米膨润土——高强复合材料

改性膨润土是制备纳米塑料或纳米复合材料的重要辅助材料,膨润土经改性后与尼龙结合后,发挥出纳米材料功能,大大提高尼龙的强度、刚性、阻燃性、阻隔性等。

4.高岭土—FCC催化剂载体

FCC催化剂已成为我国炼油、石化工业的主体催化剂,FCC催化剂与合成沸石分子筛催化剂相比,具有比表面积小、孔体积较大、抗磨性能好、抗碱和抗重金属污染能力强等优点,更适宜制备掺炼重油或渣油的催化剂。

5.硅藻土

(1)硅藻土光催化复合材料。硅藻精土为载体、TiCL4为前驱体,在硅藻土表面上均匀负载晶型为锐钛型的纳米TiO2粒子,制备纳米TiO2/硅藻土复合材料;这种复合材料具有优良的光催化性能。

(2)硅藻土助滤剂。藻土助滤剂为我国重要的工业过滤材料,利用硅藻土自身良好的细孔结构和吸附性能,应用于食品饮料、石油化工、医药卫生、油脂等产业。

6.碳酸钙——纳米碳酸钙

纳米碳酸钙应用最成熟的行业是塑料工业,主要应用于高档塑料制品。可改善塑料母料的流变性,提高其成型性,用作塑料填料具有增韧补强的作用。

(二)产业发展概况及主要问题

1.锂离子电池负极材料

1)生产工艺

天然石墨→提纯(固定碳含量99.9%)→球形化→包覆及表面改性→碳化→产品。

目前,我国利用鳞片石墨生产球形石墨已形成批量生产。在石墨的提纯、球形化方面等生产技术已基本完整,形成固定的生产线。利用土状石墨生产球形石墨,曾列入“十一五”国家科技支撑项目研究内容,重点解决提纯和球形化关键问题。研究成果已验收。

2)存在主要问题

(1)鳞片石墨成球率较低,目前一般为30%~40%,因此生产球形石墨往往产生大量的石墨微粉。急需研究专用加工设备,提高成球率。

(2)土状石墨生产球形石墨,应尽快实现科技成果的产业化,同时需降低高温提纯的能源消耗。

(3)球形石墨的表面包覆改性,需要研究专用的生产装置。

2.燃料电池双极板材料

1)生产工艺

天然鳞片石墨(0.15mm)→提纯→氧化(石墨层间化合物)高温膨胀→压制成型。

目前,我国利用鳞片石墨生产柔性石墨板材已形成批量生产。在石墨的提纯、氧化、膨胀压延成柔性石墨纸、板等生产过程基本形成固定的生产线,但是,利用柔性石墨纸、板,制造燃料电池双极板,尚处于实验室阶段。

2)存在主要问题

(1)目前生产柔性石墨纸、板完全利用大鳞片石墨,如何利用细小鳞片,降低生产成本应研究解决。

(2)柔性石墨双极板在强度上还需要改善。

3.高纯石墨

1)生产工艺

(1)化学法。天然石墨→酸碱化学药剂→可溶性化合物→清水洗涤→烘干。

(2)高温法。天然石墨→高温提纯→通入净化气体再次提纯。

目前,我国鳞片石墨应用化学法提纯技术成熟,高纯石墨纯度可达99.9%,甚至达99.99%,高温法提纯的技术尚处试验生产阶段,连续化生产有待提高。

2)存在主要问题

(1)目前,高纯石墨的废水废物等环保处理有待提高,环保处理的技术推行,降低处理成本有待解决。

(2)高温法提纯石墨技术仍需进一步研究,降低能耗。

4.石墨乳

1)生产工艺

高纯鳞片石墨和土状石墨→粉碎→与水进行混合→与悬浮剂等辅剂复配。

目前,我国的石墨乳以中低档制品为主,高性能的拉丝石墨乳,锻造石墨乳制品依靠进口。

2)存在主要问题

国产石墨乳满足大部分要求。新引进技术产品所需的新型号石墨乳还需要进口,在高档润滑用石墨乳方面,我国技术比较缺乏,应投入科研攻关。

5.石墨烯

1)生产工艺

暂无大规模工业生产,以实验室物理方法、化学方法等小量生产。

2)存在主要问题

(1)石墨烯工业化生产目前还处于研发阶段,我国对于这个新兴材料还处于研究阶段,尚没有出现产业化动向,规模化需求供应的局面。

(2)发展石墨烯问题远不止实现量产、如何量产等这么简单的问题,而是在于还没有形成完整的石墨烯产业链。

6.熔融高纯硅微粉

1)生产工艺

天然石英→提纯→超细粉磨→高温熔融成球→产品。

目前,我国熔融高纯硅微粉,仅能小批量生产,随着集成电路系统芯片的发展,尺寸加大,线路更加复杂,为实现高密度封装,对塑封材料提出更严格的要求。无论在数量上还是质量上,我国熔融高纯硅微粉远不能满足国内市场需求。

2)存在主要问题

(1)纯度低,急需要研究解决石英提纯问题。

(2)放射性元素铀、钍含量高,需要寻找符合要求的硅质原料产地。

(3)尽快实现产业化生产,熔融高纯硅微粉中试线研究成果已通过验收,应实现产业化生产。  

7.纳米膨润土材料

 1)生产工艺

原土→提纯→钠化→有机覆盖→有机纳米蒙脱石→高分子复合反应→高强复合材料。

目前,我国纳米膨润土材料,尚处于研究和小批量生产阶段,膨润土的提纯技术,聚合物插层技术等,均在进行试验研究。在“十二五”科技支撑计划中,已安排有膨润土高效利用研究,其中包括膨润土的提纯和有机复合的研究内容。在浙江省有企业与中国台湾合作建成千吨/年的尼龙/纳米膨润土复合材料生产装置。

2)存在主要问题

(1)膨润土的提纯是近年来国内注重研究的课题,由于膨润土颗粒极细,在有害杂质分离及产品脱水等方面较为困难,需要集中人才、物力以及国家投资尽快研究解决。

(2)聚合物/纳米膨润土复合材料的制备方法是插层复合法,而将聚合物插进蒙脱石层状结构的片层之间,进而破坏蒙脱石的整体结构,剥离成厚度为1.55nm,长度为100nm的基本单位并使其均匀复合的方法。实现高分子材料与蒙脱石达到纳米尺度上的复合。

8.高岭土——FCC催化剂载体

1)生产工艺

破碎→制浆→粉磨→分级→磁选→过滤→干燥→锻烧→表面改性→成品。

目前,利用高岭土制备FCC催化剂应用于我国炼油、石化工业,随着下游行业的发展,以及优质的高岭土资源消耗,优质资源不能满足行业需求。

2)存在主要问题

(1)随着国内对裂化催化剂需求的不断增长,仅仅依靠优质资源已远不能满足石化炼油领域的需求。

(2)各地矿床的成因条件各异,使不同产地的黏土在成分、结构、理化性能等方面差异很大,应用效果不同,在矿物学的角度研制并寻找新的FCC用高岭土产地。

9.硅藻土——光催化复合材料

1)生产工艺

以硅藻土为载休,以TiCL4为前驱体,以盐酸、硫酸铵、碳酸铵为辅剂,采用水解沉淀法合成纳米TiO2/硅藻土复合粒子,复合粒子经过滤、洗涤、干燥、锻烧后,制备纳米TiO2硅藻土复合材料。

目前,我国硅藻土光催化复合材料,尚处于研究和小批量生产阶段,中国矿业大学(北京)与吉林省临江市宝健木业有限责任公司在扎实细致的实验室试验基础上,联合建立了纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料中试生产线。

2)存在主要问题

硅藻土光催化复合材料实现大规模产业化较为困难,需要集中人才、物力尽快研究解决。

10.硅藻土——助滤剂

1)生产工艺

硅藻土→净化→预干燥→粉碎→二次干燥(800℃)(部分产品进行锻烧)→成品。

目前,我国的硅藻土助滤剂产业具有一定规模,吉林、云南等地助滤剂产业发达,产品以中档助滤剂为主。

2)存在主要问题

我国的硅藻土助滤剂主要应用于啤酒过滤,应用在食品饮料及医院卫生行业的助滤剂生产在我国生产企业尚未形成规模,高端助滤剂用量不大,而且投入较高,是我国民营硅藻土企业主要问题。

11.纳米碳酸钙

1)生产工艺

物理方法生产纳米级超细碳酸钙很困难,碳化法是生产纳米级超细碳酸钙的主要方法,生产工艺主要有间歇鼓泡碳化法、连续喷雾碳化法、超重力反应结晶法。

目前,在我国碳酸钙行业中,具有一定技术附加值的沉淀碳酸钙在产品结构中仅占10%具有高附加值的品种如纳米级碳酸钙不足总产量1%;同时,产品的分散度较大,性能稳定性差,远远不能满足市场需求。

2)存在主要问题

(1)中国碳酸钙年产量仅次于美国,占世界第二位,已成为碳酸钙生产大国,但还不是碳酸钙生产强国,特别在高附加值的碳酸钙产品。

(2)纳米碳酸钙产业投入大,技术含量高,我国的纳米技术产业有待进一步提升。

(三)市场行情

1.锂离子电池负极材料(球形石墨)

随着新能源的需求快速增长,尤其是电动汽车的发展,锂离子负极材料增长较快,深圳贝特瑞、上海杉杉、山东泰达和洛阳冠奇等几大生产厂家,经估算2013年产量约为3万吨。

2.柔性石墨材料

柔性石墨主要产地为山东、浙江等地,据该行业估算柔性石墨板材产能约2万吨,2012年柔性石墨板材消费大片晶质石墨约3万吨。

3.高纯石墨

高纯石墨是石墨新材料产业的基础原料,我国高纯技术先进,市场相对稳定,在我国黑龙江、内蒙古、山东、浙江、湖北等地均有生产,产能在10万吨以上,经估算2013年产量在5万吨左右。

4.石墨乳

石墨乳是作为润滑剂、研磨剂和导电石墨材料基础材料,据统计2011年我国石墨乳总消费量在5000吨左右。

5.石墨烯

石墨烯无法大规模的进行工业制备,相应的石墨烯产品的研究制备及小型试验的研究,我国基本处于实验室研究阶段,目前国内研究机构可以完成“公斤级”石墨烯制备。

6.熔融高纯硅微粉

我国硅微粉的市场由2005年市场需求量15万吨到2010年超过30万吨,随着塑料灌封材料将为结晶型硅微粉带来巨大的市场需求,预计2012年在我国将超过70万吨,当前我国部分塑封料产品从国外进口,随着技术提升,产品质量的稳定,硅微粉的市场需求量必将逐年上升。

7.纳米有机膨润土材料

有机膨润土产地在浙江和辽宁,主要生产商为浙江丰虹公司,2008年,浙江丰虹收购浙江华特、顺孚化工公司,总产量可达3万吨/年。

8.高岭土——FCC催化剂载

我国对FCC催化剂载的研究自20世纪80年代起,中国高岭土公司生产制备的催化剂用高岭土,占据一定市场份额,随着对该种高岭土需求增长,2013年中国高岭土公司产能在6万吨,实际产量约4.2万吨。

9.硅藻土——光催化复合材料

硅藻土光催化复合材料尚处于研究和小批量生产阶段,中试产品在木制百叶窗帘及高密度板印刷地板上具有良好的应用性能,制备含纳米TiO2/硅藻土复合材料的涂料,然后将其用于木制印刷百叶窗帘及高密度板印刷地板表面(印刷)涂层,制备的“木制印刷除甲醛百叶窗帘”及“高密度板印刷除甲醛地板”,对甲醛有良好的去除功能。联合建立了120吨/年的硅藻土复合光催化材料中试生产线。

10.纳米碳酸钙

纳米碳酸钙在我国应用较小,市场份额低,仅极少数企业可进行纳米级生产,经测算,2013年总产能不超过万吨。

(四)生产企业

1.石墨材料

石墨材料主要生产厂家产能参见表19。

表19  石墨材料主要生产厂家产能

(单位:万吨)

企业名称

产品类型

产能

深圳贝特瑞

负极材料

0.80

山东泰达

负极材料

0.40

上海杉杉

负极材料

0.40

洛阳冠奇

球形石墨 负极材料

2.00

青岛海达

鳞片石墨 可膨胀石墨

3.00

青岛黑龙

鳞片石墨 石墨板材

1.50

青岛闫鑫

鳞片石墨 可膨胀石墨

1.30

福建邵武科踏高纯石墨厂

球形石墨 负极材料

1.00

*湖北宜昌新成石墨有限公司

鳞片石墨 膨胀石墨

1.50

资料来源:中国非金属矿工业协会统计。

2.纳米有机膨润土材料

浙江丰虹黏土化工有限公司在浙江省吉安县、辽宁省建平县各建有有机膨润土生产基地,形成有机膨润土产能达3万吨/年。

3.硅藻土——光催化复合材料

临江市宝健纳米复合材料科技有限公司建立了120吨/年的硅藻土复合光催化材料中试生产线。

4.高岭土——FCC催化剂载

2013年中国高岭土公司产能在6万吨,实际产量约为4.2万吨。

(五)发展思路

总体上发展思路可总结为以下3个方面。

(1)深入展开上述相关材料、基础研究等工作,进一步从基本理论方面为新材料的发展实现突破。

(2)研究开发相关的专用生产工艺和装备,实现材料高效规范,清洁生产。

(3)逐步实现材料的产业化开发,扩大生产规模,满足国内新兴战略产业发展的需求。


第五节  高性能纤维及复合材料


一、高性能纤维材料

(一)行业发展现状

高性能纤维是指具有特殊的物理化学结构,对来自外界的力、热、光、电等物理作用和酸、碱、氧化剂等化学作用具有特殊耐受能力,具有特殊性能、用途或功能的化学纤维。全球高性能纤维(即特种纤维)主要品种有30种左右,其中全球达万吨级以上规模生产的只有碳纤维(主要指聚丙烯腈PAN基碳纤维,下同)、芳纶、超高分子质量聚乙烯纤维(以下简称UHMWPE)等少数品种。

近年来,我国高性能纤维行业发展很快,关键技术和装备实现突破,产业化进程不断加快,成为世界上少数几个可以生产多种高性能纤维的国家之一。但是,国际巨头垄断全球高性能纤维市场,与国际先进水平相比,我国技术装备存在差距,需要进一步提高质量性能、降低成本,提升产业化水平以及综合竞争力。随着工业转型升级的不断加快,高性能纤维产业的市场需求不断扩大,产业发展将迎来新的历史机遇期。2013年我国主要特种纤维供需现状参见表20。

表20  2013年我国主要特种纤维供需现状

(单位:万吨)

纤维品种

产量

进口量

出口量

表观消费量

自给率(%)

碳纤维

0.25

0.95

0.05

1.15

21.7

芳纶

0.68

0.45

0.19

0.94

72.3

合计

0.93

1.40

0.24

2.09

44.5

资料来源:石油和化学工业规划院。

1.碳纤维

长期以来,日本、美国等发达国家在碳纤维高端产品、技术装备等方面对我国进行封锁或限制性管理。自20世纪60年代以来,我国对碳纤维技术进行了积极的探索,但产业化进程十分缓慢。进入21世纪以来,我国碳纤维行业取得了一系列重大突破,打破了国外的技术封锁,建立了国产化主流技术,初步建立起技术研发、工程化研究和产业化生产的行业格局。特别是近几年来,建立了国家级的研发平台,工程化技术日益成熟,千吨级工业化装置陆续建成并投产,初步建立了从原丝、碳纤维到复合材料及下游制品全产业链,为加快产业发展奠定了较好的基础。

2013年,我国碳纤维产量约为2500吨,开工率约为22%,进口量为9500吨(其中进口碳纤维占18%,碳布占23%,其他制品占59%),出口量为500吨,表观消费量约为1.15万吨。我国碳纤维应用主要以体育休闲为主,约占60%,航空航天和工业领域的应用占比较低。我国碳纤维生产企业约26家,分布在14个省区市,江苏、吉林、辽宁比较集中。其中,具有千吨级(以12k计)规模的企业主要有4家,分别是山东威海拓展、中复神鹰、江苏恒神和中国化工。

从资本构成看,碳纤维生产企业既包括央企和上市公司,也包括民企和股份公司。从企业原来从事行业看,既包括与碳纤维生产技术密切相关的石化、化纤、纺织机械,也包括煤化工、工程塑料、冶金等。从技术来源来看,碳纤维企业各具特色,包括:中石油吉化长期以自主研发为主;江苏恒神以引进为主,既引进国外先进的设备,也注重从国内外引进人才;中国化工收购英国Courtaulds公司,部分引进原丝技术;常州中简、河南永煤和中科院扬州中心的技术来自于中科院山西煤化所;浙江先泰的生产技术来自于中科院宁波材料所;北京化工大学同样是行业重要的技术支撑力量。

从发展趋势看,随着碳纤维趋于高性能化,以及成本和价格不断下降,民用工业用量将继续保持快速增长,航天航空和体育休闲用量将稳定增加。据行业预测,到2015年,国内碳纤维需求量约为1.5万吨/年,到2020年为(2~3 )万吨/年。

2.芳纶

我国从20世纪80年代初开始研究并开发芳纶生产技术,但一直未能实现产业化,长期依赖进口。2004年,我国实现间位芳纶的工业化生产,打破了国外公司垄断的局面。2008年,我国终于建成了国内第一条百吨级的对位芳纶中试生产线,2011年实现了千吨级对位芳纶产业化项目的商业化运营。目前,我国间位芳纶已攻破技术难关,产品性能稳定,基本上实现了产业化生产,国产产品在国内占有一定的市场份额,并且还有部分产品出口到国际市场;对位芳纶纤维产业化难度较大,我国尚处于产业化初期阶段,产品质量、技术水平和生产能力均与国际先进企业存在一定差距。

2013年,我国芳纶产量约为6800吨,表观消费量为9400吨,自给率约为72.3%。芳纶高端领域的应用不断拓展,作为国防军工的关键战略物资,芳纶已经成为航天航空结构功能一体化的重要材料,现代工业发展的支撑材料,安全防护装备的可靠材料及环境保护的关键基础性材料。

间位芳纶主要应用于高温过滤、阻燃防护、绝缘复合等领域。目前,间位芳纶在工业、过滤等领域的需求持续低迷,低端市场竞争激烈,市场价格下滑。与此同时,间位芳纶在环保领域的应用不断拓展,推出了针对PM2.5的高精度纤维,在军警面料和军用装备领域的应用实现突破。泰和新材是间位芳纶的龙头企业,产能为7000吨,生产规模及市场占有率均居全球前两位。

对位芳纶产品质量不断提高,生产成本大幅降低,工艺控制水平不断提高,高强度、高模量、细旦化、色丝等差别化品种相继开发成功,国产产品的市场认可程度不断提高,主要应用于汽车安全、光缆加强、国防军工、航空航天等领域。国内芳纶产能达到千吨级的企业有泰和新材、苏州兆达、硅谷化工等企业。

安全、环保、节能是芳纶的主要应用领域,符合社会发展的潮流。特别是近年来雾霾天气和安全事故频发,石油、煤炭等传统能源日渐枯竭,为发展高效率的除尘设施、高性能的防护装备、轻量化的运输工具提供了契机。芳纶在环保过滤领域迎来了全新的发展机遇。随着社会发展和收入水平的提高,职业安全日益受到重视,消防、军警、产业防护等对于阻燃、防弹、防刺等功能性防护装备的要求日益增加,特别是随着国际安全环境日趋复杂,芳纶在防护领域的增长必将出现由量到质的转变。随着节能减排要求的提高和行业竞争格局的转变,国产芳纶在光缆、汽车、航空、轨道交通等领域也面临着历史性机遇。

3. UHMWPE纤维

我国自20世纪90年代末开始进行超高分子量聚乙烯纤维生产工艺和装备的研究,以及中试生产,江苏神泰科技发展有限公司、盐城超强高分子材料工程技术研究所先后加入研发行列,主要致力于成套装备的技术研发和设备制造及成套技术产业化,并取得了一系列重大理论与实践的突破。随即一些企业投入中试及小规模工业化生产,至今经过不懈努力其纤维性能已经达到国际水平并具有各自的特色,部分进入规模化生产阶段。

目前,超高分子量聚乙烯纤维有干法和湿法两种工艺技术路线,我国采用湿法较多。在国内,超高分子量聚乙烯纤维制成的部件在防弹服领域需求非常旺盛,在防弹头盔、防切割手套、船舶系留绳、渔网、隧道和桥梁加固等方面的需求也在快速增长。

现阶段我国的超高分子量聚乙烯纤维生产厂商已发展至20家左右,主要有北京同益中特种纤维技术开发有限公司、湖南中泰特种装备有限责任公司、宁波大成新材料股份有限公司、山东爱地高分子材料有限公司等10余个厂家生产超高分子量聚乙烯纤维。由于他们所采取工艺方式和设备路线不尽相同,导致产品质量和单机产量差距较大。但大多数生产厂家的纤维质量已达到国外先进水平,完全能满足国内外的高端市场。也有一部分生产厂商由于采用的工艺和装备技术落后和不完善,致使纤维质量低劣,生产状况极不正常。

当前,我国超高分子量聚乙烯纤维的发展主要方向是降低生产成本,提高单线产能,提升质量,发展生产注射成型牌号、纤维牌号和超细UHMWPE等特殊牌号产品,积极拓展防护和绳缆等民用市场,满足尖端技术领域(深海、远洋、航空航天、极地科考等)的消费需求,提高自主保障能力。

(二)发展趋势

1.提高全产业的竞争优势

高性能纤维生产企业不仅要注重提高产品本身的质量性能,同时要高度重视高端装备、专用化学品、高性能树脂以及复合材料设计开发等方面的发展,积极与下游企业联合设计开发产品,主动帮助下游企业发现需求,积极拓宽应用领域,发展量大面广的产品,带动提升质量性能、降低成本,根据自身比较优势,提高产异化竞争能力,逐步由提供产品向提供综合性解决方案转变,不断提高全产业链的竞争优势。

2.加大下游应用领域的开发力度

1)推动高性能纤维在量大面广领域的应用,以此来提高装置开工率,在生产过程中不断稳定质量性能。例如,碳纤维加大在建筑补强、风电、输电电缆等领域的应用,芳纶和超高分子量聚乙烯加大在防护领域的应用。

2)发展高端产品满足重大工程和国防科工的需求,走军民融合的发展道路。例如,碳纤维加大在航空航天领域的应用,芳纶争取在新能源汽车、新一代信息技术、国防军工等领域实现新突破。

3)推动上下游企业间的加强合作和资源整合,推动建设产业联盟,打造完整的产业链条,推进与国际的交流与合作。

3.加强产学研用的合作,提高企业为主体的创新能力

推动高校、科研院所与企业加强合作,充分利用互补资源,攻克解决生产技术难题,形成技术突破和专利,提高科研成果和专利技术的转化效率,建立以企业为主体的创新体系。为高校和科研机构的科技人才参与企业技术创新活动创造条件,联合培养既精通技术又熟悉行业形势的高端复合型人才,不断壮大企业高层次创新队伍。

二、铝基复合材料

(一)发展现状

铝基复合材料具有高导热、密度小、成本低等综合优势,是金属基材料中的重要品类,在国际国内范围内有广泛研究并应用于工业化生产。铝基复合材料包含纤维增强和颗粒增强两大类。其中,颗粒增强铝基复合材料成本低、性能稳定且易实现规模生产,成为铝基复合材料研究和应用的热点方向。以铝合金为基体的复合材料有铝碳化硅和硅铝等,广泛应用于航空航天、电子信息、壳体封装和现代交通等广泛领域。

1.铝碳化硅

铝碳化硅是以铝合金作为基体,碳化硅颗粒为增强体的颗粒增强金属基复合材料,融合了碳化硅陶瓷和金属铝的不同优势,是第三代微电子封装材料产品,具有高导热、高刚度、低密度、合适的膨胀系数等特征,能有效提升电子器件的封装热管理能力。同时以其耐腐蚀、可加工性能好和易回收的优势,铝碳化硅应用于工业规模化生产可降低成本,在军用和民用领域得到推广,出现了美国TTC、西安明科、湖南浩威特、江苏启鼎等以铝碳化硅为主营业务的公司。

北京有色金属研究总院生产的新型碳化硅铝复合材料具有“轻、硬、刚、巧、廉、美”的特征,满足了封装的轻便化、高密度化等要求,适于应用LED、航空、航天、电子元器件、壳体封装等广泛领域。

2.硅铝

硅铝是将铝与高体积分数的硅颗粒复合成为低密度、高导热率和低膨胀系数的封装材料,用于电子元器件封装,同碳化硅铝相比具有很强的可加工性,主要用于制作封装壳体。

北京有色金属研究总院生产的硅铝产品硅含量可在22%~70%中体积分数和高体积分数调整,根据需求加入Cu、Fe等元素改善性能,导热率可达100~180( W/m•K),热膨胀系数可达(8~18)×10-6/K,具有很强的耐磨性,采用净成型加工技术,可生产各种电路外壳及底座,利用合金材料制成活塞、转子等部件,实现汽车轻量化。

(二)下游行业

铝碳化硅、硅铝等铝基复合材料因其高导热、合适的膨胀系数等优良特性可制成基板及热沉材料,用于光电子封装、微波封装外壳、功率模块基板、微电子基板、热沉和盖板、平板混合电路外壳等部件,广泛应用于航空航天、汽车、电子光学、体育用品、集成电路、功率模块、微处理器盖板及散热板等领域。

1.汽车领域

铝硅颗粒增强铝基复合材料制备汽车零部件,如发动机活塞、发动机活塞和齿轮箱、制动转子、制动活塞、制动垫板、卡钳、汽车驱动轴、摇臂等、汽车制动盘等零部件,能有效减轻质量、降低噪声、提升耐磨性能实现轿车轻量化。

2.航空航天领域

铝基复合材料可代替钛合金制造飞机摄像镜方向架、卫星反动轮和方向架的支撑架等,在美国等地成功地应用于哈勃太空望远镜的高增益天线悬架、导弹零部件(弹体、尾翼、弹翼、推进器组件)等。

3.电子和光学仪器领域(含电子封装)

粒增强铝基复合材料有可调的热膨胀系数、密度低、导热性能好等优点,适合于制造电子器材的衬装材料、散热片、墓板及热沉等电子部件。在精密仪器和光学仪器的应用研究方面,铝基复合材料还可以制造惯性导航系统的精密零件、旋转扫描镜、红外观测镜、激光镜、激光陀螺仪、反射镜、镜子底座和光学仪器托架等许多精密仪器和光学仪器。

4.体育用品领域

铝基复合材料代替木材及金属材料来制作网球拍、钓鱼竿、高尔夫球杆和滑雪板等,具有质量轻、刚度高、不易挠曲变形等特点。

(三)发展趋势

目前,市场上的高导热材料除碳化硅铝、硅铝外还有金刚石铜、碳材料等多种类别,因其自身性能差异不同应用于不同领域。金刚石铜导热率高达600 (W/m•K),但价格贵不易加工变形;铝碳化硅、硅铝导热率相当,但硅铝可加工性更强,多用于制成形状复杂的壳体。汽车产业的轻量化、高功率LED和IGBT模块的国产化市场需求、航空航天的国防高要求为铝碳化硅、硅铝等铝基复合材料带来巨大的市场增长空间。国内公司在竞争上较国外企业具有资本、技术等劣势,需不断加强研发,提升复合材料的综合性能,扩大应用领域,尽量实现净成形,减少规模生产及加工费用。

三、树脂基复合材料

树脂基复合材料在化学工业中的应用,历史悠久且进一步发展,可谓“应用多多”。据专家介绍,以树脂为基体的复合材料,作为化学工业的耐腐蚀材料已有50余年历史,由于树脂基复合材料具有强度高、无电化学腐蚀现象、导热系数低、保温性能及电绝缘性能良好、制品内壁光滑、流体阻力小、维修方便、质量轻、吊装运输方便等特点,已广泛应用于石油、化肥、制盐、制药、造纸、海水淡化、生物工程、环境工程及金属电镀等工业中。

(一)产业发展现状

我国环氧乙烯基酯树脂早在20世纪70年代,由华东理工大学周润培教授发明,以后华昌聚合物公司成为国内领头羊企业。此外在应用领域中,宜兴化工成套设备有限公司,是具有自主创新能力的典型防腐工程企业,20世纪90年代与贵溪冶炼厂共同研制了玻璃钢电除雾器,实现以国产代替进口、为国家节约大量外汇,受到冶金部表彰。该公司每年消耗环氧乙烯基酯树脂800吨,是DSM、DOW化学、华昌公司典型客户,工程覆盖了全国80%的冶炼企业,成为全国冶炼行业防腐工程先进代表。

(二)发展趋势

随着经济特别是工业的不断发展,环境污染已成为当今世界令人关心的问题,许多国家投入巨大人力、物力,致力于环境保护这一新兴工业部门。环氧乙烯基酯树脂在环境保护领域中,应用越来越多。玻璃钢在给排水管道工程中已得到了广泛的应用,最近几年越来越多的废水处理系统的管道用玻璃钢制造,一个基本原因就是废水的耐蚀介质的种类和腐蚀性能都在不断增加,这就要求使用耐蚀性能更好的材料,而腐蚀玻璃钢是满足这种需求的最好材料。复合材料在环境保护方面应用,包括一般工业废气处理、油水处理、含毒物质的污水处理、垃圾焚化处理及城市废水脱臭处理等。据专家介绍,环氧乙烯基酯树脂在高纯水和食品领域中的应用,也是树脂基复合材料应用的一个新领域,树脂从复合材料的优良耐蚀性能,意味着这种材料具有惰性、不污染的特性,理所当然地成为高度清洁物品,如储存高纯水、药品、酒、牛奶之类可选用该材料。

环氧乙烯基酯树脂在氯碱工业中,有着良好的应用。氯碱工业是玻璃钢作为耐腐材料最早应用领域之一,目前玻璃钢已成为氯碱工业的主要材料。玻璃钢已应用于各种管道系统、气体鼓风机、热交换器外壳、盐水箱以至于泵、池、地坪、墙板、格栅、把手、栏杆等建筑结构上。同时,玻璃钢也开始进入化工行业的各个领域。在造纸工业中的应用也在发展,造纸工业以木材为原料,造纸过程中需要酸、盐、漂白剂等,对金属有极强的腐蚀作用,唯有玻璃钢材料能抵抗这类恶劣环境,玻璃钢材料已在一些国家的纸浆生产中显现其优异的耐蚀性。在金属表面处理工业中的应用,则成为环氧乙烯基酯树脂的重要应用。环氧树脂作为纤维增强复合材料进入化工防腐领域,是以环氧乙烯基酯树脂形态出现的。它是双酚A环氧树脂与甲基丙烯酸通过开环加成化学反应而制成的,每吨需用环氧树脂比例达50%,这类树脂既保留了环氧树脂基本性能,又有不饱和聚酯树脂良好的工艺性能,所以大量运用在化工防腐领域。

环氧乙烯基酯树脂在化工领域的防腐主要包括化工管道、储罐内衬层、电解槽、地坪、电除雾器及废气脱硫装置、海上平台井架、防腐模塑格栅、阀门、三通连接件等。为了提高环氧乙烯基酯树脂优越的耐热性、防腐蚀性和结构强度,树脂还不断进行改性,如酚醛、溴化、增韧等环氧乙烯基酯树脂等品种,大量运用于大直径风叶、磁悬浮轨道增强网、赛车头盔、光缆纤维牵引杆等。火力发电以燃煤及燃油为主,发电厂中一般管道或废水处理设施均可用玻璃钢制品,而排烟脱硫装置则为防蚀之重点。海水淡化分为传统蒸馏及反渗透膜法,由于海水十分容易侵蚀铁质材料,所以淡化厂内大部分的管道及容器均使用玻璃钢制品。温泉的用途有发电及洗浴,从温泉的抽取到输送,均已大量使用玻璃钢管。医药工业中药品种类繁多,每种原料有所不同,但玻璃钢用于医药工业受到青睐。另外,玻璃钢在槽车上的使用,已证实比橡胶内衬实用,如盐酸的运输橡胶内衬会因沉淀物而穿孔,而沉淀物确为盐酸的基本问题,除非为100℃的纯盐酸;乙烯基树脂来制槽体或作内衬为一正确的选择,除其优良耐化学特性外,更有良好机械特性、耐疲劳性,可适应道路运输受力构件力学性能的要求。

四、酚醛

(一)产业发展现状

1.全球产业发展现状

目前,生产酚醛板的国际知名企业有英国的金斯潘、日本的旭化成和积水化学、韩国的LG集团。目前,国际国内企业都在注重产品及产品延伸系统的完善与开发。英国金斯潘从2012年开始就在不断地完善其板材系统。日本的旭化成与积水化学都在扩大生产规模,其中旭化成公司的Neoma酚醛泡沫保温板生产线已于2014年4月进入投产运营。LG化学2013年在韩国国内投资建设并投产改性酚醛泡沫保温板产品生产线,主要目标市场定位在中国。

因为应用的技术体系不同,各国酚醛泡沫保温板在各自系统中的用法也不尽相同,但是均起到保温隔热与防火的目的。在国外技术体系中绝热性能被作为主要性能所重视,所以国际上几家企业的板材导热系数均在0.015~0.022(W/m•K),并且都作为防火材料在使用。但是在吸水率和拉拔强度上与国内板材的要求有差距。

根据国家的发达程度与国家的基础建设进程发展的需要,目前欧洲有英国的金斯潘,亚洲有日本的旭化成和积水化学、韩国的LG集团以及中国的部分企业。其中,亚洲中中国的产能与产量是全世界最大的。

2.国内产业发展现状

据估算,全国年产改性酚醛泡沫板500万平方米以上规模的生产线有100条,厂家600家,合计年产改性酚醛泡沫板5亿平方米。2013年保温市场实际消费总量3000万平方米。中国在2013年已经成为全球改性酚醛板生产能力最大的国家,其中山东圣泉化工股份有限公司更是跃居全世界产量最大的企业。所以酚醛板在国内的使用因其使用环境和产品结构的问题,在国内全部使用国产产品,只有极个别的样板工程或者试验使用进口产品。

伴随着国家政策逐渐明朗和市场因素,酚醛板厂家中规模小,投资低的小型企业已经纷纷转产或关停。但是部分中、大规模的企业依然在加紧生产线的投资建设。一方面补足因为小厂关停带来的市场空白,另一方面也为丰富产品种类做着积极的准备。

目前,国内部分地区已经明确的推广酚醛板的使用,并且酚醛板在空调通风管道方面的实用也受到极大的认可,所以从2010年以来酚醛板的消费量是逐年上升的。改性酚醛泡沫保温板目前能够应对所有的外墙保温系统,并且作为通风管道使用优势很明显。所以,作为少数能够达到“复合A级”的有机保温材料,其使用优势很明显。目前,大量的产品使用在老旧小区改造中。在新建建筑中因为改性酚醛泡沫保温板绝热性能好又有优越的防火性能,所以在东北、西北、东南等地区新建建筑的使用量逐年增加。目前,辽宁、新疆、甘肃等地已经明确指出推广改性酚醛泡沫保温板。改性酚醛泡沫保温板作为通风管道的使用已经超过了10年,并且优异的性能和低廉的价格使得改性酚醛泡沫板在空调用通风管道用板材的市场占有率已经超过30%。据不完全统计, 2013年用量已经超过了1700万平方米,所以改性酚醛泡沫保温板在空调风管领域的用量不容忽视。

酚醛板作为外墙保温板材出口量很少,但是作为空调通风管道用材,出口量很大。山东圣泉化工和厦门天利高等公司出口韩国、东南亚等国家,作为空调通风管道来使用每年达几十万平方米。

伴随着产品、技术和原材料等方面的趋近成熟,产品价格在激烈的市场竞争下逐年下滑。截至2013年年末,产品价格已经逼近1200元/立方米的极限值。

(二)重点企业发展情况

作为全球最大的改性酚醛泡沫板生产企业:山东圣泉化工股份有限公司,2013年建筑节能产业(改性酚醛泡沫保温板产业)销售额达到5.8亿元人民币。目前该公司设计年产改性酚醛泡沫板达200万立方米,是一家集原材料生产、产品设计生产、产品深加工、施工于一体的企业。该企业拥有国际最先进的改性酚醛树脂科研、研发设备,并与中科院联合建立酚醛树脂研究中心。为改性酚醛泡沫保温板技术进步和产品改进等方面做出了巨大的贡献。并且引进国际最先进的改性酚醛保温板连续化生产线,为产品实现高产能与高质量提供保证。该企业利用原材料优势、生产设备优势和产品优势为整个酚醛行业的快速健康发展做出了卓越的贡献。作为中国酚醛联盟理事长单位,该企业一直引领酚醛行业的健康发展。在产品技术改进、国家政策支持、行业技术革新、行业健康发展等方面都在进行着积极的工作。利用其“领头羊”的身份在国家与地方标准、政策等方面为全行业争取了很多的机会。

(三)技术水平

目前,改性酚醛泡沫保温板多是应用于外墙外保温薄抹灰系统中,通过多年的实际应用,改性酚醛泡沫保温板外墙外保温系统应用技术已经成熟,并且在几个省市编制了相应的施工规程和技术导则。虽然产品性能指标能够满足薄抹灰系统的要求,但是应用系统过于单一,所以国内几家企业已经开始进行其他系统科研与研究工作,成果初步显现。目前除外墙外保温薄抹灰系统外,改性酚醛泡沫保温板还可以应用于保温装饰一体化系统、大模内置系统、隔墙板、结构式墙体填充有保温材料等保温系统中,并且都取得了良好的使用效果。

目前,国家大力提倡提高住宅产业化水平。各地纷纷对住宅产业化产品进行研究与应用,作为保温防火双优势的改性酚醛泡沫保温板在住宅产业化系统中的应用科研一直在持续,并取得初步成果。

在国外技术体系中绝热性能被作为主要性能所重视,所以国际上几家企业的板材导热系数均在0.015~0.022(W/m•K),并且都作为防火材料在使用。但是在吸水率和拉拔强度上与国内板材的要求有差距。因为国内使用环境与系统要求不同,所以国内产品大都追求满足产品的综合性能,如吸水率和拉拔都要满足一个较高的数值的前提下,其他性能又不能太差,这就使得国内产品在满足吸水率与拉拔的情况下其导热系数大大增高,可达到0.030(W/m•K)。这样就使得改性酚醛泡沫保温板失去了一个重要的竞争指标,也是改性酚醛泡沫保温板在我国没有被广泛重视的很重要的原因。所以国内如山东圣泉化工等几家企业都在积极的研究能够满足中国保温系统要求前提下低导热的改性酚醛泡沫保温板,成果初现。

(四)上下游产业发展情况

改性酚醛泡沫保温板主要的原材料是苯酚和甲醛,甲醛作为常规化工原材料国内很多,但是苯酚作为石油副产品其销售一直受控于国际贸易,价格很不稳定,每年分季节有价格峰谷,所以掌握了苯酚的价格就基本上掌握了改性酚醛泡沫保温板的主要成本。山东圣泉化工股份有限公司作为全世界最大的酚醛树脂供应商,一直占有全国酚醛树脂产销量的80%左右,并且正在积极与中石油、中石化洽谈国内苯酚生产的相关事宜,目的是为了平稳国内苯酚的价格。在改性酚醛泡沫保温板用树脂方面,国内也有部分企业在自行加工配制,因为酚醛树脂生产过程中,对设备的精度要求非常高,所以小厂家生产的酚醛树脂很难保证其总体质量。酚醛树脂生产过程中对环境的破坏很大,很多小企业没有在环保方面进行投资,所以有些生产是非法的,很难保证其供货及时性和供货质量。

改性酚醛泡沫保温板作为既防火又节能的有机类保温材料,在保温材料市场中已经站稳脚跟。目前应用于新建建筑、旧房改造和空调风管等方面,产能与用量逐年增加。伴随着国家75%节能要求和防火要求的提出,既防火又节能的改性酚醛泡沫保温板必定会迅猛发展,以其优异的理化性能应用于更多的保温系统当中,其用量必定逐年攀升。

(五)存在的主要问题

目前,我国酚醛泡沫保温板产业发展中还存在一些问题:一是部分企业树脂生产排放不符合国家标准,对环境有害。二是产品与国外先进水平有差距,特别是导热系数,闭孔率等指标。三是用于建筑工程缺乏国家技术规范。

(六)发展趋势预测

改性酚醛泡沫保温板作为新型保温材料,其真正的使用意义还没有完全开发。它的防火优势、绝热优势在现有的保温系统中都要优于传统的保温材料,是传统保温材料的优异替代品。例如,保温装饰一体化,系统保证了安装安全,但是在绝热和防火方面却有很大的薄弱点,用改性酚醛泡沫保温材料就充分屏蔽了其弱点,使系统趋于完美。目前,改性酚醛泡沫保温板作为防火保温材料,能够在高度为24~100m之间的住宅建筑中使用,市场前景可观。

伴随着国际市场的开放,国外产品技术进入中国,对产品技术的提升与产品质量的提高提出了迫切的要求。使得国内几家企业加紧科研步伐,使产品尽快与国际接轨,生产出适合中国国情的产品。加上正直国家推行75%节能政策,绝热性能最优越的改性酚醛泡沫保温板必定充分发挥其产品优势,推动75%节能政策大力发展。


第六节  前沿新材料


根据工信部《新材料产业“十二五”发展规划》,我国“十二五”期间重点发展的前沿新材料包括纳米材料、超导材料、生物材料、智能材料等四大类。

一、纳米材料—石墨烯

(一)行业发展现状

目前,各国对于石墨烯还处于专利布局和产业化初期,成熟完整的产业链尚未形成,尤其是下游大规模应用还有待开发。我国在石墨烯基础研究上已十分突出,有关研究显示,截至2012年年底,我国发表的石墨烯论文数量已经超过美国居世界首位,部分研究成果受到世界高度重视,被引用数千次。2013年,我国石墨烯专利数量,无论是专利受理数量还是优先权专利数量,都是世界第一大国。2013年,各种资本纷纷涌入石墨烯领域,产学研合作模式成为主流,石墨烯粉体和石墨烯薄膜生产线投产,全国以重庆、无锡、宁波等为代表的石墨烯产业园蓬勃发展,采用石墨烯薄膜电容触摸屏的手机上市,标志着石墨烯完整产业链的初步形成;以石墨烯粉末为原料的石墨烯涂料、石墨烯电容、石墨烯晶体管、石墨烯电池的大规模应用还有待开发。

(二)重点企业发展情况

1.天津普兰纳米科技有限公司是研发、生产石墨烯以及提供石墨烯应用方面的技术咨询服务类企业。公司的核心产品包括石墨烯、干法薄膜电极和超级电容器,是目前国际上唯一可提供公斤级以上高纯单层石墨烯的企业,拥有多项石墨烯生产和应用专利技术可提供公斤级以上单层石墨烯、多层石墨烯、石墨烯溶液制品。公司生产的石墨烯已经用于多项产品,包括超级电容器、透明电极药物输送和各种高效能复合材料。

2.宁波墨西科技有限公司是一家专门从事石墨烯及其相关产品研究、开发和生产的高新技术企业,于2011年成功研发出具有自主知识产权的石墨烯低成本规模化制备技术,公司年产300吨的石墨烯生产线已经于2013年12月正式投产。该石墨烯产品具有厚度薄(平均厚度3nm)、导电性优异(电导率103S/cm)以及成本低廉等优势,在锂电池、超级电容器、塑料/橡胶、涂料/油墨等领域的应用前景广阔。

3.常州二维碳素科技有限公司主要从事大面积石墨烯透明导电薄膜的生产,成立于2011年12月,公司通过化学气相沉积方法制备石墨烯薄膜,连续稳定地生产出电阻100Ω以下的大面积石墨烯薄膜(30ft×30ft),并且在触摸屏产品领域实现应用,并于2013年5月投入了国内首条年产3万平方米石墨烯薄膜生产线,可满足年产500万片4英寸电容式触摸屏模组的需求。

4.中科炭纳米科技有限公司是依托中科院煤化所成立的先进炭材料公司,成立于2010年。公司拥有完善的合成及检测设备,依托中科院煤化所炭材料研究成熟经验,重点开展石墨烯及氧化石墨烯相关基础研究及批产扩大化攻关,目前已在氧化石墨可控合成、氧化石墨烯及热还原石墨烯制备、石墨烯/氧化石墨烯自组装薄膜材料等领域取得突破性进展。主营产品包括氧化石墨、氧化石墨烯、剥离石墨烯、改性石墨烯、氧化石墨烯有序薄膜、导电石墨烯薄膜、导电透明炭膜、气液界面膜等一系列石墨与石墨烯制品。

5.厦门凯纳石墨烯技术有限公司是国内首家从事石墨烯微片及石墨烯生产并进行石墨烯微片及石墨烯应用开发、研究的新兴专业化高科技企业,核心技术源自陈国华博士及其团队。公司的主营业务为KNANOTM品牌KNGTM系列石墨烯产品的生产、销售及相关技术的开发,可提供不同厚度和不同用途的石墨烯系列产品,以满足用户在高性能复合材料、显示材料和传感材料等精密电子功能材料以及在超级电容器、电池等新能源材料上的应用。

6.辉锐科技集团成立于2009年,于2012注册成立辉锐科技有限公司和辉锐材料科技有限公司,并于2013年注册成立辉锐触控技术有限公司。辉锐科技集团专注于石墨烯材料研发及生产,通过石墨烯转移技术,使大面积高质量石墨烯量产成为现实。2012年该集团已具有生产60英寸石墨烯能力,2013年达到量产7.5平方米石墨烯水平。

7.常州第六元素材料科技股份有限公司通过与高校合作研发,所获得的石墨烯片的厚度为3~10nm,比表面积最高为200~300m2/g,其100吨氧化石墨(烯)/石墨烯粉体生产线已经于2013年11月正式投产。在该产品的基础上,发展了活性石墨烯产品,通过利用熔融KOH或气相刻蚀处理石墨烯粉体获得超高比表面积活性石墨烯。这种活性石墨烯材料有望应用于超级电容器领域。

8.鸿纳(东莞)新材料科技有限公司于2012年4月建成了少层石墨烯中试生产线,并于2012年11月和2013年11月各建成了一条少层石墨烯浆料生产线,两条生产线浆料的年产总量超过1000吨,浆料含石墨烯5~10wt%,已于2014年2月26日正式投产,主要用于生产少层石墨烯,平均厚度在2nm以下,导电性能优异。同时,公司也进行了石墨烯在锂离子电池负极,抗静电、导电、导热高分子母粒及涂料等开发。

9.四川金路集团和中科院沈阳金属所合作,投入1500万元人民币研制出可保持石墨烯结构完整性的“固相插层—液相膨胀剥离”的石墨烯制备方法,2012年11月实现中试产能5千克/天,并于2013年12月公司追加投资4000万元人民币继续与金属所合作,进行石墨烯的应用开发。金路集团和金属所合作建成了柔性石墨烯透明导电薄膜试验线。

10.重庆墨希科技有限公司由上海南江集团投资5亿元人民币引进中科院重庆绿色智能技术研究院的技术成立,于2013年12月实现了大面积(15英寸)单层石墨烯薄膜生产线项目的正式投产运行,并成功制备了7英寸的触摸屏。

(三)年度标志性事件

1.2013年2月,南江集团与中科院重庆绿色智能研究院签约,成立重庆墨希科技有限公司,推进大面积单层石墨烯的产业化应用和开发,2013年12月,重庆墨希首条石墨烯薄膜生产线首批产量达到30万平方米,预计可为数千万个手机提供触摸屏幕。

2.2013年4月,辉锐集团与石墨烯应用企业蓝石公司(BLUESTONE)达成战略合作协议,并获科技行业投资基金IDG资本入股,在福州投资成立福建省辉锐触控技术有限公司。公司拥有美国与泉州的科学研究院,以及50余项国内外技术专利,率先进军大面积石墨烯柔性触控屏市场。第一期投资12.3亿元人民币,已成功将石墨烯新材料研发成果应用于触控屏中,一期石墨烯触控屏生产线已投入生产。

3.2013年5月和11月,江南石墨烯研究院分别联合常州二维碳素科技有限公司和常州第六元素材料科技股份有限公司,实现国内首条年产3万平方米石墨烯透明导电薄膜生产线和国内首条大规模宏量制备、全自动控制年产100吨氧化石墨(烯)/石墨烯粉体生产线投产。突破了石墨烯薄膜应用于中小尺寸手机电容式触摸屏工艺,可满足年产500万片4英寸电容式触摸屏模组需求。在石墨烯粉体和石墨烯透明薄膜这两大基础性材料上率先完成了布局。

4.2013年6月,中国内蒙古石墨烯材料研究院成立,由内蒙古科技厅主管。其依托内蒙古丰富的石墨矿资源,是中国首个石墨烯材料综合型研究机构和技术开发中心,下设一个石墨烯分析测试中心和11个研究所,主要从事石墨烯材料新品种、新工艺、新装备、新技术的研究开发、产品标准制定及质量监督检测工作。

5.2013年7月,中国石墨烯产业技术创新战略联盟在北京成立,该联盟由包括清华大学在内的6所高校、4家中科院研究所、17家企业构成,基本囊括了国内石墨烯研发及产业化的主流单位。旨在构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的石墨烯产业技术创新体系,推动石墨烯产业化发展。

6.2013年7月,江苏省石墨烯产业技术创新战略联盟在常州江南石墨烯研究院成立,旨在集成江苏石墨烯研发机构、高等院校、石墨烯产业链相关企业产学研合作资源,加强江苏石墨烯产业技术创新,促进石墨烯产业关键设备国产化,推动石墨烯应用领域产品制备。

7.2013年9月,金路集团与四川乾元投资有限公司、中国科学院金属研究所、德阳旌华资产投资经营有限公司签署《合作协议》,共同出资成立德阳烯碳高科有限责任公司,拟将建立年产300吨石墨烯的生产线,将于2015年内完成一期100吨的生产装置及配套设施,并就石墨烯项目与中国科学院金属研究所续约5年。

8.2013年12月,无锡市政府发布《无锡石墨烯产业发展规划纲要》,设立2亿元人民币专项资金,由中国石墨烯产业技术创新联盟设立的国内首个石墨烯产业发展园区落户无锡惠山,集聚了第六元素、格菲电子和力合光电三家企业,积极引进关联度大、产业链长的龙头型企业,以微电子、超级电容器、透明导电薄膜等8大领域的研发和应用推广为重点,力争打造无锡石墨烯产业集群。

9.2013年12月,爱维特联合多家石墨烯各生产环节企业共同研发的全球首款双层多点石墨烯触控手机在无锡推出。其采用全新石墨烯材料作为显示屏,与现有手机触摸屏材料氧化铟锡相比,具有低碳环保、材质纤硬、清晰通透及触控灵敏的特点。首批试产两千余台,销售良好,计划明年扩产至数万台,并正与石墨烯触摸屏生产厂家力合光电研发柔性屏手机,有望明年面世。从生产石墨烯粉体材料和石墨烯薄膜的第六元素和格非电子,到生产薄膜下游产品石墨烯触摸屏的力合光电,再到将石墨烯触摸屏集成为触控手机的爱维特信息,无锡已初步形成了从原材料到终端产品的产业链。

10.2013年12月,宁波墨西科技有限公司引进中科院宁波材料所高质量石墨烯低成本量产技术,千吨级石墨烯生产线项目首期工程年产300吨石墨烯规模生产线落成投产,为全球最大规模的石墨烯材料生产线。

11.2013年12月,重庆石墨烯产业园成立,着重石墨烯显示触控屏、石墨烯电子芯片散热器件、石墨烯锂电池电极材料、石墨烯晶体管等产业方向,通过石墨烯上下游应用技术研发与应用产品示范推广,构筑以应用企业为主体,产学研相结合的产业链集群。

12.2013年12月,山东省石墨烯产业技术创新战略联盟在济宁成立。

(四)存在的主要问题

石墨烯向下游各应用领域的产业链延伸有待加大力度。石墨烯价格较高是阻碍石墨烯向下游应用领域发展的主要因素,即使是石墨烯纳米片,成本也相对较高,需进一步组织国内技术领先相关单位联合攻关石墨烯低成本大规模生产工艺,降低石墨烯价格。另外,目前国内进行下游应用开发主要依赖石墨烯生产企业,很大程度上限制了石墨烯的下游应用开发,下游应用领域有前景的石墨烯器件,如石墨烯晶体管、石墨烯导热材料、石墨烯导电材料等还需应用企业联合开发。因此,联合下游企业进行应用产品开发,加快石墨烯产品在下游领域规模化应用是当前石墨烯行业面临的最主要问题。

(五)发展趋势

2013年国内石墨烯发展取得较大进展,尤其是石墨烯规模化制备工艺取得较大突破,其中石墨烯粉体有宁波墨西300吨、常州第六元素100吨等生产线投产,石墨烯薄膜有常州二维碳素3万平方米和重庆墨西30万平方米生产线投产。目前,石墨烯产业最大的瓶颈仍在于下游应用,除了爱维特联合多家石墨烯各生产环节企业共同推出2000多台双层多点石墨烯触控手机上市外,还没有一个领域可以实现石墨烯的规模化应用。因此,尽快实现石墨烯在下游应用领域的突破是当前石墨烯产业化工作的重中之重。石墨烯应用于不同领域面临不同的技术难题和市场需求,目前石墨烯在国内有望于近几年实现应用突破的部分领域包括以下几个方面。

1、石墨烯透明导电薄膜应用于触摸屏,可望在电子产品中得到大规模应用。

2、石墨烯导热材料,包括具有高导热系数的石墨烯散热片/膜,以及石墨烯改性复合材料如热导纤维和导热塑料等。

3、高端添加剂,作为导电添加剂,应用于锂离子电池、涂料、油墨、塑料、纺织材料等领域。

另外,作为高分子复合材料的补强填料,使其功能化。

在其他应用领域,比如开发用于超级电容器的具有超高比表面积的活性石墨烯材料、用石墨烯透明导电薄膜生产柔性廉价的有机太阳能电池、用于海水淡化和盐水处理的分子膜材料、用于高强度复合材料中的石墨烯纤维材料、石墨烯应用于生物器件中进行细菌诊断或基因测序等领域,这些领域实现规模化应用所面临的技术问题相对较多,难度相对较大,产业化时间相对更长。石墨烯最具附加值的应用在半导体领域,比如晶体管、高频元器件、传感器等领域,一旦晶圆级尺寸石墨烯单晶薄膜的规模化制备技术得以突破,石墨烯将有望取代硅成为新一代半导体器件的核心材料,将为电子信息技术带来革命性变化。但这是世界性难题,可能需要十几年甚至数十年的努力,而且这一领域资金、技术门槛很高,基本为国外半导体巨头垄断,欧美在这一前沿领域投入了大量资金和力量,我国在这一领域技术实力较弱,要在这一领域实现产业化任重道远。

二、超导材料

(一)行业发展现状

我国在超导技术领域处于国际前沿,超导应用技术渐渐成为电力科技领域最具发展潜力的技术之一,目前超导技术在超导电缆、超导限流器、超导滤波器、超导储能、风力超导发电机、超导感应加热器和超导变压器的应用已取得长足进步,正迅速地由实验阶段转入实际应用。超导应用产品具有广阔的市场空间,毛利率约占50%左右。据预测,到2020年超导应用全球市场将达到2440亿美元(约为15 164亿元人民币),高温超导电缆约占5%的份额(约为758亿元人民币),我国超导限流器和超导滤波器潜在市场规模分别为1500亿元人民币和700亿元人民币左右。

(二)重点企业发展情况

1.西部超导材料科技股份有限公司成立于2003,注册资本33207.2万元人民币,是我国航空用特种钛合金材料的主要研发生产基地,也是国际上唯一的低温超导合金棒材及线材全流程生产企业。现已具备年产棒材3500吨、NbTi、Nb3Sn低温超导线材400吨的生产能力。公司产品广泛应用于国防、航空航天、生物医疗、石油化工、能源交通等多个领域,产品出口到欧美、日本、东南亚等国家和地区。

2.北京英纳超导材料有限公司是我国首家专业从事高温超导材料及其应用产品开发、生产和销售的高新技术企业,成立于2000年9月。公司年产200公里铋系高温超导线材生产线投产的新闻被评为“2001年中国十大科技新闻”,公司已申请14项高温超导线材产业化生产及高温超导应用领域核心专利,线材产品综合水平在世界上居第三位。

(三)年度标志性事件

1.2013年4月,由中国科学院电工研究所、河南中孚实业股份有限公司等单位联合攻关的国家“863计划”项目“实用化超导材料制备与超导工程化示范应用技术”的长360米、载流能力10千安培的高温超导直流输电电缆在平稳运行7个月后通过科技部验收,与相同容量常规电缆相比节能65%以上,是世界上传输电流最大的高温超导电缆,也是世界首条实现并网示范运行的高温超导直流电缆。

2.2013年9月,中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心的研究人员在应用型新超导材料研究中取得重要进展,发现了一种具有优良柔韧性的超导材料,该超导材料的上临界磁场和临界电流密度随着样品直径的减小迅速提高,表明该材料在强磁场下具有很高的电流承载能力,在电力行业具有很好的实际应用前景。

3.2013年国家最高科学技术奖由物理化学家张存浩和物理学家程开甲获得。铁基超导技术夺得空缺三年的自然科学一等奖。

(四)存在的主要问题

我国超导材料技术处于国际领先水平,但在产业化应用方面与发达国家存在较大差距。随着我国在超导产业化领域投入加大,已有部分超导产品完成示范应用,但是大规模应用还存在瓶颈,主要原因是成本过高和需求不足。要解决这两个问题,一方面要改进和发展现有实用超导材料制备工艺,提高制冷系统性能以实现高可靠性和低成本目标。另一方面要积极开拓和培育市场。从长远看,探索新的更适于应用的超导材料是非常必要的。

(五)发展趋势

未来,我国将在推动超导材料工程化、产业化等关键环节上加大投入力度,以提高我国超导材料的制备和应用水平。超导应用将更加贴近实际需求,比如用超导磁体和低速旋转等优化设计的超导磁体涡流加热设备,可将加热效率提高到80%以上,大大节省电能。

三、生物材料

(一)行业发展现状

生物材料是用于修复或替换人体组织的材料。目前,实际使用的生物材料包括聚合物、陶瓷、金属、复合、生物降解等人造和天然生物材料。我国生物材料研制和生产始于20世纪80年代初期,发展比较迅速。目前,我国生物材料在临床应用中主要用作医疗器械,其产品约占医疗器械市场的40%~50%。我国生物材料产业集聚区逐渐形成,主要集中在环渤海地区、长三角地区和珠三角地区。生物产业被列入《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》,到2015年,生物产业年均增速将达到20%以上。到2020年,生物产业将成为我国经济的支柱产业。

(二)重点企业发展情况

1.山东威高骨科材料有限公司是经国家食品药品监督管理局批准注册的研究、开发、生产骨科医疗器械的高水准的专业公司。拥有瑞士WILLEMIN—MACODEL公司的五轴、六轴车铣精加工中心,德国DMG公司的精加工中心,德国DMG公司的数控纵切自动车床等精加工中心等尖端设备,其中脊柱产品每月销售20000~25000件。

2.上海其胜生物制剂实业公司是专业从事医用生物材料研发、生产及销售的高新技术企业,公司以发展新型复合与智能生物材料为研究方向,主要研制可降解性生物材料及其衍生物,即透明质酸及其衍生物、几丁糖及其衍生物、胶原蛋白和止血材料等。

3.珠海健帆生物科技股份有限公司是专业从事生物材料和医疗设备的研发、生产及销售的企业,是中国血液净化领域的领军企业,获批组建广东省血液净化工程技术研究开发中心、省级企业技术中心和博士后科研工作站,拥有较强的研发、生产能力,以及遍布全国的销售网络,产品技术达到国际先进水平,公司主营产品“DNA免疫吸附柱”和“树脂血液灌流器”的市场占有率一直稳居行业首位。

4.广东冠昊生物科技股份有限公司是从事再生医学材料及再生型医用植入器械研发、生产及销售的高科技企业,具有世界先进水平的组织处理技术,开发出一大类以动物组织为原料的新型生物材料,并由此开发出众多新型医用植入器械产品。公司已有生物型硬脑(脊)膜补片——脑膜建、胸普外科修补膜——体膜建、无菌生物护创膜——得膜建三个膜类产品获得国家药监局准产注册;正在开发的除膜类产品外,还有管、骨膜及蛋白质类共20余个产品。公司承担了两个国家工程项目的建设,即“再生型医用植入器械国家工程三依实验室”和“再生型生物膜高技术产业化示范工程”。

5.乐普(北京)医疗器械股份有限公司创立于1999年,是从事冠状动脉药物支架、先心封堵器、心脏瓣膜、造影机等心血管疾病植介入诊疗器械及设备产品研发、生产与销售的中外合资央企控股高新技术企业。产品临床应用覆盖全国1200家以上心脏诊疗中心,是国内领先的心血管病植介入诊疗器械与设备的高端医疗产品产业集团。涵盖冠心病、结构性心脏病、心脏节律、预先和术后诊断、诊疗设备五大领域的高端植介入产品,是国内规模最大的也是唯一拥有多种技术特点药物支架产品的制造企业,是亚洲最大的人工心脏瓣膜制造企业,是国内心脏起搏器的先行者,是国内心脏封堵器、血管造影机的市场领航者,是国内率先研制肾动脉射频消融导管的企业。2013年,公司组建“国家心脏病植介入诊疗器械及设备工程技术研究中心”。

(三)年度标志性事件

1.2013年7月初,同济大学医学院生物医学工程与纳米科学研究院与美国辛辛那提大学、密西根大学合作,研制出一种新型表面双功能化的非对称纳米复合微球。这种新结构为表面选择性偶合生物分子提供了一个独特方法,为多功能纳米材料载体构建提供了全新思路。此新型纳米结构的优势在于更方便、高效地将多种功能整合于同一个纳米载体中,使之能同时实现靶向、示踪、磁热疗、载药和可控释药。这种非对称复合微球可将抗癌药物输送至癌细胞内部且可控释放,以杀死癌细胞,达到局部治疗目的。此过程对正常组织的毒副作用大大降低,效果远优于全身化疗。

2.2013年8月,杭州电子科技大学生物工程专业徐铭恩教授带领团队研发出国内首台生物3D打印机,可使用生物医用高分子材料、无机材料、水凝胶材料,支持活细胞打印,打印的细胞有高达90%的存活率。利用这些材料、细胞,打印机可打印诸如骨骼修复器件、人工器官等生物材料。目前已成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织、肝脏单元等。

3.2013年8月,我国的两项生物质能源相关技术获得突破,两项技术分别为《非粮燃料乙醇关键技术开发与示范》、《新型浮萍规模化培养和生物质低能耗固体成型燃料装备研发与应用》。前一项目建立了浮萍能源转化体系,研发出以浮萍为原料的生物液体燃料转化技术体系,技术指标达到国际水平。后一项目成果则已实现规模化推广应用,其中研制的新型生物质成型燃料机与系统设备,供应中盐红四方公司生物质成型燃料燃烧发电项目。

4.2013年12月,我国具有完全自主知识产权的生物法PDO (1,3-丙二醇)项目在张家港成功投产,这一生产线的投产打破美国企业在这一领域的长期垄断。由PDO方法合成的PTT被称为“智能型”聚合物,是21世纪初推出的最先进的聚合物平台,PTT纤维具有比涤纶和锦纶纤维更优异的性能以及更广泛的应用。此次华美PTT的正式投产,是我国第一次有机会掌握特种聚合物上游原材料的核心技术和自主知识产权,并将推动我国纺织业向更具有差异化性能以及产品附加值的领域拓展,促进了我国纺织工业的产业升级。

(四)存在的主要问题

我国生物材料企业规模小、劳动生产率低,产业集中度不高,技术发展水平与国际差距较大,出口产品以初级产品为主,进口的大多是技术高端产品。目前,国内70%左右的生物医用材料市场份额被国外知名产品占据,在部分高端产品市场国外产品份额甚至达到95%以上。从行业目前的发展来看,存在着产品技术结构不合理(低端产品为主)、主流产品缺乏自主技术、长周期研究总体投入不足、生物医用材料行业标准滞后发展、政府安全监管与促进行业发展之间不够协调等问题,严重制约着我国生物材料行业的发展。

(五)发展趋势

随着我国逐步进入老龄化社会,治疗机体组织和器官病变的比例增大,对优质生物材料制品需求增大,在我国常规高技术生物医用材料市场基本为外商垄断的背景下,抓住生物材料正在发生变革的有利时机,进一步改进生物医用材料的临床应用性能,增强材料的功能性、免疫性等以适应临床应用需要成为发展趋势。生物材料发展重点将集中于传统生物医用材料性能改进和提高,以及新一代生物医用材料和植入器械的设计。预测未来生物材料科学与产业紧密结合,积极提高创新能力,避免同质化竞争,生物材料产业由“小,乱,散”,向大规模企业聚拢发展是大势所趋。

四、智能材料

(一)行业发展现状

智能材料的设计与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。构成智能材料的基本材料组元有压电材料、`形状记忆材料、光导纤维、电(磁)流变液、磁致伸缩材料和智能高分子材料等。智能材料的应川范围较为广泛,在医疗、建筑、仪表仪器、自动化、机器人、航空航天、电磁设备、电子、传感器、驱动器和显示器等高科技领域都有应用。国内在智能材料研究领域起步较晚,《新材料产业“十二五”发展规划》对智能材料发展提出相应规划方向:加强基础材料研究,开发智能材料与结构制备加工技术,发展形状记忆合金、应变电阻合金、磁致伸缩材料、智能高分子材料和磁流变液体材料等。《新材料产业“十二五”重点产品目录》涉及的重点产品包括铜基形状记忆合金、稀土磁致伸缩材料、压电材料、形状记忆高分子聚合物等19种基础材料。目前,已实现产业化的智能材料主要是形状记忆合金和部分智能高分子材料。

(二)重点企业发展情况

1.兰州西脉记忆合金股份有限公司成立于1997年8月,是国内专业从事形状记忆合金医疗器械研制和开发的高科技企业。主营产品有记忆合金医疗器械、温控元件、连接件、日用产品、纺织定型产品、电器元件等,从事TiNi形状记忆合金板材、棒材、丝材,CuAIBeX形状记忆合金棒材、管件、丝材的生产加工,其中TiNi形状记忆合金人体骨骼内固定器械已形成九大类近三百种规格,是国内最大的记忆合金系列骨科器械生产基地。公司目前在兰州、北京、上海建立了三个形状记忆合金研发中心。

2.长春热缩材料有限公司是中国热缩材料的发源地,是热缩材料行业在国内的首家上市公司,是国内热缩材料行业的龙头企业。前身为中国科学院长春应用化学研究所,于1987年创办的高新技术企业长春热缩材料厂。公司20世纪80年代中期生产出国内第一代热缩材料制品。1992年公司组建高分子材料辐射工程研究中心。公司研制、生产的“C1AC”牌热缩型电力电缆接续产品、热缩套管产品,以及钢质管道防腐材料等众多热缩材料产品,广泛应用于电力、石油、通信、电子、汽车、船舶、航空航天、核电等领域,其性能达到国际先进水平。

3.长园集团是由中科院创立的国家级高新技术企业,专业从事辐射功能材料和智能电网设备研发、制造与服务,拥有1个国家级企业技术中心、1个国家级检测中心、6个生产基地。长园集团主要生产电子类、汽车类、石油天然气管道用热缩套管,在热缩材料行业保持中国第一、全球第二的位置。

(三)年度标志性事件

1.2013年5月,苏州纳米所国际实验室陈韦研究员课题组在纳米级有机染料分子晶体复合光机械响应体系研究取得重要进展,开创性地将N-α-萘基-2-羟基-1-萘醛亚胺分子的纳米级棒状分子晶体以类似液晶的选择性取向以及梯度分布的方式原位组装在聚偏二氟乙烯基质内,获得了一种新型智能光致形变薄膜材料,这种薄膜可以在较弱的365nm紫外光照下发生显著弯曲,而在暗环境下完全恢复。该研究通过组装方式,将接近于分子水平纳米晶体的高效光机械转变,有效地放大到宏观尺寸,为新型光致形变智能材料设计提供一条重要思路。

2.2013年11月,北京大学工学院邹如强特聘研究员与曹安源教授课题组合作在智能控热相变储能研究领域取得重要进展。该课题组提出了利用纳米多孔载体优化改性相变储能材料研究策略,通过纳米多孔限域体系有效封装改性容易泄露的固-液相变材料,制备得到了多种热循环性能好、稳定性强、导热增强、相变材料负载率高的复合储能材料,并且首次利用相变纳米复合体系实现了太阳能、电能到热能的转换与存储利用。为相变材料在热能存储利用方面的设计、应用提供了新思路。

(四)存在的主要问题

我国智能材料发展起步晚,除形状记忆合金及热缩性材料实现产业化外,其他智能材料还都处于研发阶段,离产业化和应用距离较远。形状记忆合金除在医疗领域应用较多外,还应着力向其他领域应用及低成本化、高性能化方向发展。国产热缩材料仅占国内20%市场份额,其他高端热缩材料严重依赖外国企业,还应积极开拓热缩材料的研发和产业化、另外,磁致伸缩材料、压电材料、电(磁)流变液、智能高分子材料等其他智能材料与国外水平差距较大,且关系到国防民生,应集中力量攻克,早日实现国产化。

(五)发展趋势

国家《新材料产业“十二五”发展规划》包括了全部智能材料。智能材料是新材料重点发展领域,因此,智能材料将在近三年迎来发展高峰,也将得到国家政策、资金、人才等的倾斜和扶持。




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