《新材料产业》PPT课件.ppt

新材料产业介绍 2012 6 8 一 材料概况及分类二 新材料发展趋势和研究热点三 全球新材料产业规模和发展速度四 中国新材料产业现状及战略规划五 中国化工新材料发展方向六 太阳能背板中的有机高分子材料七 新材料巨头杜邦公司的产品举例八 化工新材料的开发流程 报告内容 一 材料概况及分类 新材料定义材料分类 身边有哪些新材料 什么是新材料 新材料又称为先进材料 AdvancedMaterial 是指那些新出现或已在发展中的 具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料 新材料与传统材料之间并没有截然的分界 传统材料经过组成 结构 设计和工艺上的改进从而提高材料性能或出现新的性能都可发展成为新材料 新材料的主要特征 1 知识密集 技术密集和资金密集的新兴产业2 与新工艺 新技术密切相关 往往在极端条件制备形成3 不靠大规模生产来提高竞争能力 而靠独特的优良性能4 需各学科与技术之间的相互交叉 新材料分为 新兴产业需求材料 重点行业高端材料 和 前沿技术新型材料 三种 分别代表了市场新 工艺新和技术新三种特征 基于材料对社会发展的作用 人们已提出信息 能源和材料并列为现代文明和生活的三大支柱 而材料又是能源和信息的基础 21世纪将是以新材料为重要基础的知识经济时代 谁掌握了最先进的材料 谁就能在高技术及其产业的发展上占有主动权 材料对社会发展的作用 材料分类 按组成分 材料 无机材料 有机高分子材料 非金属材料 陶瓷 玻璃 水泥 金属材料 天然高分子材料 合成高分子材料 淀粉纤维素蛋白质天然橡胶 合成塑料合成橡胶合成纤维合成粘合剂合成涂料 材料分类 结构材料以材料的力学性能为应用基础 用于制造以受力为主的构件 当然 结构材料对物理或化学性能也有一定要求 如光泽 热导率 抗辐照 抗腐蚀 抗氧化等 新型结构材料主要分为以下三大类新型金属材料新型无机非金属材料高分子及复合材料 新材料分类 功能材料以材料的物理 化学 生物性能为主要应用基础 具有特殊功能的材料 功能材料是一大类具有特殊电 磁 光 声 热 力 化学以及生物功能的新型材料 是信息技术 生物技术 能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料 同时也对改造某些传统产业 如农业 化工 建材等起着重要作用 功能材料是新材料领域的核心 对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用 在全球新材料研究领域中 功能材料约占85 八大类功能材料分类按其性质 功能或实际用途划分光 光导纤维 液晶高分子 感光树脂 阳光选择膜 光致变色高分子 发光高分子等 电 高分子半导体 高分子超导体 高分子电解质 电致变色高分子 压电高分子 热电高分子等 磁 塑料磁石 磁性橡胶 光磁材料等 热 耐烧蚀材料 热释光塑料 形状记忆高分子等 声 消音材料 防震材料 超声波发震材料等 生物 医用高分子 人工脏器 手术缝合线 矫形外科 高分子药物等 化学 高分子试剂 高分子催化剂 离子交换树脂等 其他 功能膜 智能材料 高分子絮凝剂 吸附树脂 螯合树脂 高分子减阻剂等 二 新材料发展趋势和研究热点 1 电子信息材料 电子信息材料是指在微电子 光电子技术和新型元器件基础产品领域中所用的材料 主要包括单晶硅为代表的半导体微电子材料 激光晶体为代表的光电子材料 介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料 钕铁硼永磁材料为代表的磁性材料 光纤通信材料 磁存储和光盘存储为主的数据存储材料 压电晶体与薄膜材料 贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料等 这些基础材料及其产品支撑着通信 计算机 信息家电与网络技术等现代信息产业的发展 电子信息材料的总体发展趋势是向着大尺寸 高均匀性 高完整性 以及薄膜化 多功能化和集成化方向发展 当前的研究热点和技术前沿包括柔性晶体管 光子晶体 SiC GaN ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料 有机显示材料以及各种纳米电子材料等 新材料发展趋势 2 新能源材料 新能源和再生清洁能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一 新能源包括太阳能 生物质能 核能 风能 地热 海洋能等一次能源以及二次电源中的氢能等 新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料 主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料 嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料 燃料电池材料 Si半导体材料为代表的太阳能电池材料以及铀 氘 氚为代表的反应堆核能材料等 当前研究热点和技术前沿包括高能储氢材料 聚合物电池材料 中温固体氧化物燃料电池电解质材料 多晶薄膜太阳能电池材料等 新材料行业发展趋势 3 纳米材料 纳米材料是指由尺寸小于100nm 0 1 100nm 的超细颗粒构成的具有小尺寸效应的零维 一维 二维 三维材料的总称 纳米材料的概念形成于80年代中期 由于纳米材料会表现出特异的光 电 磁 热 力学 机械等性能 纳米技术迅速渗透到材料的各个领域 成为当前世界科学研究的热点 按物理形态分 纳米材料大致可分为纳米粉末 纳米纤维 纳米膜 纳米块体和纳米相分离液体等五类 尽管目前实现工业化生产的纳米料主要是碳酸钙 白炭黑 氧化锌等纳米粉体材料 其它基本上还处于实验室的初级研究阶段 大规模应用预计要到5 10年以后 但毫无疑问 以纳米材料为代表的纳米科技必将对二十一世纪的经济和社会发展产生深刻的影响 当前的研究热点和技术前沿包括 以碳纳米管为代表的纳米组装材料 纳米陶瓷和纳米复合材料等高性能纳米结构材料 纳米涂层材料的设计与合成 单电子晶体管 纳米激光器和纳米开关等纳米电子器件的研制 C60超高密度信息存贮材料等 新材料行业发展趋势 4 复合材料 复合材料是由两种或多种性质不同的材料通过物理和化学复合 组成具有两个或多个相态结构的材料 该类材料性能优于组成中的任一单独的材料 而且具有单独组分不具有的独特性能 按用途可分为结构复合材料和功能复合材料两大类 结构复合材料主要作为承力结构使用的材料 由能承受载荷的增强体组元 如玻璃 陶瓷 高聚物 金属 纤维 晶须 片材和颗粒等 与能联结增强体成为整体材料同时又起传力作用的基体组元 如树脂 金属 陶瓷 玻璃 碳和水泥等 构成 结构材料通常按基体的不同分为聚合物基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 碳基复合材料和水泥基复合材料等 功能材料是指除力学性能以外还提供其它物理 化学 生物等性能的复合材料 包括压电 导电 雷达隐身 永磁 光致变色 吸声 阻燃 生物自吸收等种类繁多的复合材料 具有广阔的发展前途 未来的功能复合材料比重将超过结构复合材料 成为复合材料发展的主流 未来复合材料的研究方向主要集中在纳米复合材料 仿生复合材料和多功能智能复合材料等领域 新材料行业发展趋势 5 生态环境材料 生态环境材料是在人类认识到生态环境保护的重要战略意义和世界各国纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的 是国内外材料科学与工程研究发展的必然趋势 一般认为生态环境材料是具有满意的使用性能同时又被赋予优异的环境协调性的材料 这类材料的特点是消耗的资源和能源少 对生态和环境污染小 再生利用率高 而且从材料制造 使用 废弃直到再生循环利用的整个寿命过程 都与生态环境相协调 主要包括 环境相容材料 如纯天然材料 木材 石材等 仿生物材料 人工骨 人工器脏等 绿色包装材料 绿色包装袋 包装容器 生态建材 无毒装饰材料等 环境降解材料 生物降解塑料等 环境工程材料 如环境修复材料 环境净化材料 分子筛 离子筛材料 环境替代材料 无磷洗衣粉助剂 等 生态环境材料研究热点和发展方向包括再生聚合物 塑料 的设计 材料环境协调性评价的理论体系 降低材料环境负荷的新工艺 新技术和新方法等 新材料行业发展趋势 6 生物医用材料 生物医用材料是一类用于诊断 治疗或替换人体组织 器官或增进其功能的新型高技术材料 是材料科学技术中的一个正在发展的新领域 不仅技术含量和经济价值高 而且与患者生命和健康密切相关 近10多年以来 生物医用材料及制品的市场一直保持20 左右的增长率 生物医用材料按材料组成和性质分为医用金属材料 医用高分子材料 生物陶瓷材料和生物医学复合材料等 金属 陶瓷 高分子及其复合材料是应用最广的生物医用材料 按应用生物医用材料又可分为可降解与吸收材料 组织工程材料与人工器官 控制释放材料 仿生智能材料等 生物医用材料的研究和发展方向主要为 改进和发展生物医用材料的生物相容性评价 研究新降解材料 研究具有全面生理功能的人工器官和组织材料 研究新药物载体材料和材料表面改性的研究等 新材料行业发展趋势 7 智能材料 20世纪80年代中期人们提出了智能材料的概念 智能材料是模仿生命系统 能感知环境变化并能实时地改变自身的一种或多种性能参数 作出所期望的 能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合 智能材料是一种集材料与结构 智能处理 执行系统 控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系 它的设计与合成几乎横跨所有高技术学科领域 构成智能材料的基本材料有压电材料 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 智能材料的出现将使人类文明进入一个新高度 但目前距离实用阶段还有一定的距离 今后的研究重点包括以下六个方面 智能材料概念设计的仿生学理论研究 智能材料内禀特性及智商评价体系的研究 耗散结构理论应用于智能材料的研究 机敏材料的复合集成原理及设计理论 智能结构集成的非线性理论和仿人智能控制理论等 新材料行业发展趋势 8 高性能结构材料 结构材料指以力学性能为主的工程材料 它是国民经济中应用最为广泛的材料 从日用品 建筑到汽车 飞机 卫星和火箭等 均以某种形式的结构框架获得其外形 大小和强度 钢铁 有色金属等传统材料都属于此类 高性能结构材料一般指具有更高的强度 硬度 塑性 韧性等力学性能 并适应特殊环境要求的结构材料 包括新型金属材料 高性能结构陶瓷材料和高分子材料等 当前的研究热点包括 高温合金 新型铝合金和镁合金 高温结构陶瓷材料和高分子合金等 新材料行业发展趋势 9 新型功能材料 功能材料是指表现出力学性能以外的电 磁 光 生物 化学等特殊性质的材料 除前面介绍过的信息 能源 纳米 生物医用等材料外 新型功能材料主要还包括高温超导材料 磁性材料 金刚石薄膜 功能高分子材料等 当前的研究热点包括 纳米功能材料 纳米晶稀土永磁和稀土储氢合金材料 大块非晶材料 高温超导材料 磁性形状记忆合金材料 磁性高分子材料 金刚石薄膜的制备技术等 稀土材料 稀土永磁材料 稀土发光材料 稀土贮氢材料 稀土催化剂材料 稀土陶瓷材料及其它稀土新材料如稀土超磁致伸缩材料 巨磁阻材料 磁致冷材料 光致冷材料 磁光存储材料等 新材料行业发展趋势 10 化工新材料 优势 与传统材料相比 化工新材料具有质量轻 性能优异 功能性强 技术含量高 附加值高等特点 重要作用 对国民经济各个领域 尤其是高技术及尖端技术领域具有重要支撑作用 在应对全球性的能源危机 气候问题 环境污染及水资源匮乏等紧迫问题上发挥着越来越重要的影响力 主要品种 特种工程塑料及其合金 功能高分子材料 有机硅材料 有机氟材料 特种纤维 复合材料 微电子化工材料 纳米化工材料 特种橡胶 聚氨酯 高性能聚烯烃材料 特种涂料 特种胶粘剂 特种助剂等十多个大类品种 应用领域 广泛用于国防 航天 电子 机械 汽车制造 家居 化工等领领域 发展趋势 高性能化 多功能化 低成本化 工艺无害化 装置大型化 创新持续化 新材料行业发展趋势 11 新型建筑材料 新型建筑材料主要包括新型墙体材料 化学建材 新型保温隔热材料 建筑装饰装修材料等 其中化学建材包括建筑塑料 建筑涂料 建筑防水 密封材料 隔热保温材料 隔声材料 特种陶瓷 建筑胶粘剂等 是我国 十五 期间要重点发展的新型建筑材料 新材料行业发展趋势 12 先进陶瓷材料 先进陶瓷材料是指采用精制的高纯 超细的无机化合物为原料及先进的制备工艺技术制造出的性能优异的产品 根据工程技术对产品使用性能的要求 制造的产品可以分别具有压电 铁电 导电 半导体 磁性等或具有高强 高韧 高硬 耐磨 耐腐蚀 耐高温 高热导 绝热或良好生物相容性等优异性能 先进陶瓷材料一般分为结构陶瓷 陶瓷基复合材料和功能陶瓷三类 大部分功能陶瓷在电子工业中应用十分广泛 通常也称为电子陶瓷材料 如用于制造芯片的陶瓷绝缘材料 陶瓷基板材料 陶瓷封装材料以及用于制造电子器件的电容器陶瓷 压电陶瓷 铁氧体磁性材料等 当前的研究热点包括陶瓷材料的强韧化技术 纳米陶瓷材料的制备合成技术 先进结构陶瓷材料体系的设计以及电子陶瓷材料的高匀 超细技术 新材料行业发展趋势 三 新材料产业规模和发展速度 全球新材料产业规模 2007年 超过6000亿美元2008年 接近8000亿美元 近十年以来 世界材料产业的产值以每年约30 的速度增长 当前 微电子 光电子 新能源 化工新材料成为了研究最活跃 发展最快 应用前景最为投资者所看好的新材料领域 全球重点地区的新兴产业战略部署 英国 美国 日本 东南亚 中国 美国 研发投入提高到GDP的3 目前已经在2 以上 重点支持 新能源 新材料 环境科学 生物医药等 力争在新能源 生物技术于环保产业期有突破 德国 法国 意大利 当前全球经济进入战略转型期 美国 欧洲 日本等国家纷纷制定 新发展战略 大力培育和发展新能源 生物 新一代信息技术等新兴产业 努力抢占新一轮经济繁荣期制高点 欧盟 2013年前投资1050亿欧元 专门用于发展 绿色能源 而且提出绿色能源的技术达到全球领先水平 日本 提出了信息技术发展计划 重点促进信息技术在医疗 行政领域应用 新增长战略 重点发展环保汽车 电力汽车 低碳排放 医疗护理 文化旅游 太阳能发电等 印度 国家太阳能计划 印度信息产业 服务外包 巴西 航空制造业 韩国 全球战略性新兴产业竞争态势 七大产业 主导领域 投资热点 环保产业 水处理和大气污染控制等终端治理产品 生物产业 新能源产业 新兴信息产业 高端装备制造业 新材料产业 主导地区 美国 加拿大 德国 法国 英国 日本 固废清理 废水处理 供水设施 可再生能源利用等 医药 农业 能源 生物制造 生物环保等 美国 绝对优势 英国 德国 日本 印度 占5 太阳能 风能 核能 生物质能 氢能 德国 日本 美国 法国 英国等 太阳能 光伏产业 风能 生物燃料 美国 日本 德国 电子材料 新能源材料 纳米材料 先进复合材料 生态环境材料 生物医用材料等 电子材料 新能源材料 生态环境材料等 美国 日本 韩国 德国等 下一代宽带通信网络 下一代互联网 移动互联网 云计算 智慧地球 移动互联网 云计算 下一代通信网络 四 中国新材料产业现状及战略规划 中国新材料产业现状 中国新材料产业规模 中国新材料产业战略规划 中国新材料发展重点 中国 石化产业调整和振兴规划 化工新材料 中国许多基础原材料以及工业产品的产量位居世界前列 但是高性能的材料 核心部件和重大装备严重依赖于进口 关键技术受制于人 中国制造总体水平处在国际产业链低端 据说化工新材料产业每年的科研成果也是一箩筐一箩筐的 但相当多的成果获了奖后就进了冷宫 打个不恰当的比喻 这个领域能做出样品却做不出成品 中国新材料产业现状 1 集成能力差 加工技术及装备制造水平低 长期过多以成套设备技术引进又不能有效消化吸收 2 科技创新能力不强 跟踪仿制多 缺乏拥有自主知识产权的产品及技术 在高端产品方面缺乏国际竞争力 一些高附加值新材料依赖进口 部分产品的核心技术受制于人 成为相关产业发展的瓶颈 3 资源及能源利用效率低 资源优势不能有效转化为产业优势 如我国稀土资源产量占世界总产量的70 但其中的2 3资源以初级产品的方式出口国外 4 新材料成果转化和产业化过程需要大量资金投入 但多元化的投融资体系尚未建立 这在某种程度上制约了我国新材料产业的发展 中国新材料产业现状 新材料产业发展对中国成为世界制造强国至关重要 无论是推进大飞机 高速列车 电动汽车等重点工程 还是发展电子信息 节能环保等重要产业 都面临着一系列关键材料技术突破问题 必须加快微电子和光电子材料和器件 新型功能材料 高性能结构材料 纳米材料和器件等领域的科技攻关 尽快形成具有世界先进水平的新材料与智能绿色制造体系 温家宝于2009年9月科技界大会讲话 中国新材料产业战略规划 国务院 关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定 确定 十二五 期间重点发展的七大战略性新兴产业 新材料产业被定性为 国民经济的先导产业 决定 部署的发展规划可以概括为 大力发展新型功能材料 积极发展结构材料 提升高性能纤维及其复合材料水平 开展共性基础材料研究 新材料产业 十二五 发展规划 重点支持 特种金属功能材料 高端金属结构材料 先进高分子材料 新型无机非金属材料 高性能复合材料和前沿新材料共六大领域 重大工程 一 稀土及稀有金属功能材料专项工程 二 碳纤维低成本化与高端创新示范工程 三 高强轻型合金材料专项工程 四 高性能钢铁材料专项工程 五 高性能膜材料专项工程 六 先进电池材料专项工程 七 新型节能环保建材示范应用专项工程 八 电子信息功能材料专项工程 九 生物医用材料专项工程 十 新材料创新能力建设专项工程 十二五期间我国新材料发展重点将围绕对国民经济发展起关键作用的六大方向展开 1 现代交通运输 如轻量化汽车 高速铁路 远洋货轮等 2 高效清洁能源 如半导体照明 LED 风电 太阳能及其能量存储系统 热核聚变等 3 环境资源 如镁 稀土等储量丰富的特色战略资源材料 清洁煤化工 秸秆材料综合利用等 4 民生产业 如小城镇化和城市化所需的绿色建筑材料 涉及文化娱乐和传媒介质等的新一代先进显示材料 与人口安全相关的生物医用材料和医疗器械设备等 5 国防领域 重点在智能材料设计与先进制备技术 高温超导和高效能源材料技术 纳米材料与器件 光电信息与特种功能材料和高性能结构材料等五个领域 6 智能绿色制造 在微电子和光电子材料和器件 新型功能材料 高性能结构材料 纳米材料和器件等尽快形成具有世界先进水平的新材料与智能绿色制造体系 我国新材料产业按价值链集聚区域布局 我国新材料产业按价值链集聚区域布局 中国新材料产业规模 中国新材料产业 十一五期间新材料年均增长20 2010年6500亿元人民币 十二五期间新材料年均增长25 预计2015年达2万亿元人民币 其中化工新材料3500亿元 年均增长率约为16 中国市场自给率将由60 提高到大约81 中国 石化产业调整和振兴规划 国务院办公厅2009 05 18 九 化工新材料 以满足国民经济需求为目的 推广成熟的可熔融含氟聚合物 特种工程塑料聚合技术 开发关键中间体制备技术 分子量和分子量分布控制技术 高性能纤维原丝工程化技术 合金和复合材料相容性技术 重点发展高性能工程塑料 有机硅深加工产品 可熔融含氟聚合物和精细化工产品 特种纤维及其复合材料 高性能聚氨酯 纳米复合高分子材料和特种橡胶等高技术产品 以满足信息 新能源 生物 航空航天 军工 海洋 交通运输等国家高技术领域发展需求 新材料产业 十二五 发展规划 化工新材料涵盖在先进高分子材料 高性能复合材料 前沿性材料中 主要分为有机硅 有机氟 工程塑料 特种橡胶 高性能纤维 生物基化工新材料 复合化工材料七小类 化工新材料 中国 石油和化工产业振兴支撑技术指导意见 一 推广类二 技开发类16 ABS大型化成套技术17 氢化丁腈橡胶工业化关键技术18 稀土异戊橡胶工业化生产技术开发19 5万吨 年乙丙橡胶成套技术26 新品种丁腈橡胶制备关键技术28 工程型热塑性弹性体材料关键技术42 聚苯醚 MPPO 改性及应用技术43 有机氟特种单体及高功能含氟聚合物产业化技术44 芳纶 纤维产业化技术46 高端尼龙制备及后加工技术47 聚碳酸酯合成的工业化技术48 高性能聚酰亚胺薄膜的关键技术开发49 太阳能电池组件背膜制备技术 五 中国化工新材料七大发展方向 重点介绍高性能纤维材料 化工新材料的自给率仅为65 工程塑料 特种橡胶等石化基新材料自给率仅为33 左右 含中外合资企业 化工新材料研发力量薄弱 工程化水平更低 致使一些主要产品如聚甲醛 聚碳酸酯 丁基橡胶等的技术长期得不到突破 1 有机氟材料有机氟材料是指含有氟元素的碳氢化合物 具有耐化学性 热稳定性 介电性 不燃性和不粘性 摩擦系数极小 应用于军工 电子 电器 机械 化工 纺织 医药等领域 中国新型化工材料发展方向 2 有机硅材料有机硅材料具有耐高低温 电绝缘 耐候 光 放射性 臭氧 无毒 阻燃 抗氧化等优良特性 是发展尖端科技或化工产品创新不可或缺的新型高分子化工材料 享有 工业味精 的美誉 应用于建筑 汽车 电子电气 纺织 医疗 机械等领域 中国新型化工材料发展方向 中国新型化工材料发展方向3 工程塑料工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料 是强度 耐冲击性 耐热性 硬度及抗老化性均优的塑料 改性塑料是指在通用塑料和工程塑料的基础上 经过填充 共混 增强等方法加工提高了阻燃性 强度 抗充击性 韧性等方面的性能的塑料制品 应用于汽车 家电 通信 计算机等领域 特种工程塑料 聚苯硫醚 PPS 四川大学聚砜 PSF 聚酰亚胺 PI 深圳惠程聚芳酯 PAR TLCP 普利特聚醚醚酮 PEEK 吉林大学 工程塑料 聚酯 PBT 尼龙 PA 神马集团聚碳酸酯 PC 聚甲醛 POM 云南天化聚苯醚 PPO 新星新材 技术取得突破的企业 塑料合金 金发科技 中国新型化工材料发展方向 围绕提高宽耐温 高抗冲 抗老化 高耐磨和易加工等性能 加强改性及加工应用技术研发 扩大国内生产 尽快增强高端品种供应能力 加快发展聚碳酸酯 PC 聚甲醛 POM 聚酰胺 PA 聚对苯二甲酸丁二醇酯 PBT 聚苯醚 PP0 和聚苯硫醚 PPS 等产品 扩大应用范围 提高自给率 积极开发聚对苯二甲酸丙二醇酯 PTT 和聚萘二甲酸乙二醇酯 PEN 等新型聚酯 特种环氧树脂和长碳链聚酰胺 耐高温易加工聚酰亚胺等新产品或高端牌号 力争到2015年国内市场满足率超过50 3 工程塑料 中国新型化工材料发展方向 4 特种橡胶自主研发和技术引进并举 走精细化 系列化路线 大力开发新产品 新牌号 改善产品质量 努力扩大规模 力争到2015年国内市场满足率超过70 扩大丁基橡胶 IIR 丁腈橡胶 NBR 乙丙橡胶 EPR 异戊橡胶 IR 聚氨酯橡胶 氟橡胶及相关弹性体等生产规模 加快开发丙烯酸酯橡胶及弹性体 卤化丁基橡胶 氢化丁腈橡胶 耐寒氯丁橡胶和高端苯乙烯系弹性体 耐高低温硅橡胶 耐低温氟橡胶等品种 积极发展专用助剂 强化为汽车 高速铁路和高端装备制造配套的高性能密封 阻尼等专用材料开发 中国新型化工材料发展方向5 高性能纤维高性能纤维是具有特殊的物理化学结构 性能和用途 或具有特殊功能的化学纤维 应用于工业 国防 医疗 环境保护和尖端科学等领域 碳纤维 中钢吉炭 博云新材 金发科技 大元股份芳纶纤维 烟台氨纶 神马股份 仪征化纤高分子量聚乙烯 中纺投资 仪征化纤聚酰胺纤维 尼龙 技术取得突破的企业 碳纤维一种强度比钢大 重量是钢铁的1 4而强度是其10倍 密度比铝小 比不锈钢还耐腐蚀 比耐热钢还耐高温 又能像铜那样导电 具有宝贵的电学 热学和力学性能的新型材料 碳纤维的特性具有元素碳的各种优良性能 比重小 耐热性极好 热膨胀系数小 导热系数大 耐腐蚀性和导电性良好具有纤维般的柔曲性 比强度和比模量超过一般的增强纤维它和树脂形成的复合材料的比强度和比模量比钢和铝合金还高3倍 碳纤维是一种性能优异 应用广泛的新材料 号称 材料之王 48 高性能纤维之一 碳纤维 CF 碳纤维具有轻质高强 高模量 耐高温 耐腐蚀 耐疲劳 抗蠕变 导电 传热等特性 中国新型化工材料发展方向 碳纤维的应用领域 成熟市场 航空航天及国防领域和体育休闲用品 新兴市场 增强塑料 压力容器 建筑加固 风力发电 摩擦材料 钻井平台等 待开发市场 汽车 医疗器械 新能源等 中国新型化工材料发展方向 日本东丽 东邦人造丝和三菱人造丝 美国的HEXCEL ZOLTEK ALDILA德国SGL西格里集团 韩国泰光产业 中国台湾的台塑 中钢吉炭 博云新材 高性能纤维之二 芳纶纤维聚间苯二甲酰间苯二胺纤维俗称间位芳纶或芳纶1313 PMIA 具有突出的耐高温 阻燃和绝缘性 应用于高温防护服 电绝缘和高温过滤等领域 杜邦公司 Nomex 耐热性能优良 200 下长达2000小时运行强度保持90 250 热收缩仅1 不会燃烧 900 1500 高温能产生特殊隔热及防护作用 中国新型化工材料发展方向 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维俗称对位芳纶或芳纶1414 PPTA 具有高强度高模量的特点 素有高分子材料中的 百变金刚 主要应用于个体防护 防弹装甲 力学橡胶制品 MRG 高强缆绳 石棉替代品 杜邦公司商品名 Kevlar 密度是钢的1 5 比强度是钢的5倍 能在 196 182 的范围内保持稳定的尺寸和性能 不会燃烧不会熔化 500 开始碳化 烟台泰和新材实现产业化 烟台泰和新材即将实现产业化 高性能纤维之三 超高分子聚乙烯纤维 UHMWPE 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 是世界上最坚韧的纤维 与碳纤维 芳纶纤维相比较 超高分子量聚乙烯纤维的强度更高 重量更轻 化学稳定性更好 在国防军需装备方面 防弹效果优于芳纶1414 另外超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比弹击载荷值是钢的10倍 是玻璃纤维和芳纶纤维的2倍多 国外用该纤维增强的树脂复合材料制成的防弹 防暴头盔已成为钢盔和芳纶增强的复合材料头盔的替代品 在航天工程中 由于该纤维复合材料轻质高强和抗冲击性能好 适用于各种飞机的翼尖结构 飞船结构和浮标飞机等 该纤维也可以用作航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索 取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索 其发展速度异常迅速 中国新型化工材料发展方向 荷兰帝斯曼公司 DSM 美国霍尼韦尔公司 Honeywell 日本东洋纺公司 Toyobo 中纺投资 仪征化纤 其它高性能纤维 聚苯硫醚 一种新型特种纤维 美国菲利普的产品商品名为赖顿 Ryton 由聚苯硫醚树脂采用常规的熔融纺丝方法 然后在高温下进行后拉伸 卷曲和切断制得 其短纤维性能 强度2 65 3 08厘牛 分特 伸长率25 35 熔点285 具有优异的热稳定性和阻燃性 氧指数值34 35 200 时强度保持率为60 断裂伸长无变化 耐化学性仅次于聚四氟乙烯纤维 有较好的纺织加工性能 制品主要用于高温烟道气和特殊热介质的过滤 造纸工业的干燥带以及电缆包胶层和防火织物等 还可用作干燥机用帆布 缝纫线 各种防护布 耐热衣料 电绝缘材料 电解隔膜 摩擦片 刹车用 复合材料等 聚苯硫醚 PPS 纤维是以硫化钠和二氯苯为单体 在N 甲基吡咯烷酮或含碱金属羧酸盐 如醋酸钠等 的有机性溶剂中缩聚而成 美国AFY 美国AmocoF F 日本东丽 日本东洋纺 DIC 由于PI分子链上含有杂环和芳环 它具有很高的耐热性和同时具有优良的介电性 机械性能 阻燃性 耐辐射性 PI广泛用于高技术领域 作高温绝缘材料 耐辐射密封材料 耐高湿气体分离膜 印刷线路基材 导电粘合剂 半导体表面钝化涂层 以及在原子能反应堆 宇航空间技术方面作设备 仪表的零件等 聚酰亚胺 PI 分子主链中含有酰亚胺基团的芳杂环聚合物 最常见的是由均苯四甲酸二酐和4 4 二氨基二苯醚制得的聚酸亚胺 均苯型 其它高性能纤维 聚酰亚胺 美国杜邦 深圳惠程 中国新型化工材料发展方向6 聚氨酯材料聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料 聚氨酯制品分为发泡制品和非发泡制品两大类 发泡制品有软质 硬质 半硬质发泡 非发泡制品包括涂料 接着剂 合成皮革 弹性体和PU弹性纤维等 应用于建筑节能 电子 纺织 医疗 汽车 国防等领域 烟台万华 MDI打破外国垄断 并后来居上7 电子化学材料电子工业配套的化工产品 具有品种多 质量要求高 用量小 对环境洁净度要求苛刻 产品更新换代快 资金投入量大 产品附加值较高等特点 应用于电子元器件 电路板 显示器件等领域 永太科技 诚志股份 烟台万润 8 高性能膜材料指具有特殊性能的新型膜材料 主要用做核心介质材料 应用于电容器 电池 环保等领域 含氟离子交换膜 太阳能电池背板膜 高性能纳滤膜 溶胶 EVA 封装膜 光学聚酯膜 耐热动力电池隔膜 单片型双极性膜 均质离子交换膜 扩散渗析膜 光伏用聚对苯二甲酸乙二醇酯 PET 膜 光学聚乙烯醇 PVA 薄膜 光学三醋酸纤维 TAC 膜 透明导电膜 电磁波屏蔽膜 反渗透膜 柔性有机聚合物膜等 佛塑股份 锂电池隔膜碧水源 水处理 中国新型化工材料发展方向 六 太阳能背板中的有机高分子材料 1999 2009年太阳能光伏安装量 MW 2012 5GW 太阳能光伏电池之化工新材料 电池片 晶体硅前板 超白光伏玻璃内层 EVA封装背板 TPT TPE 纯PET胶粘剂 导电材料 太阳能光伏电池之化工新材料 CH2 CH2 x CH CH2 y O O CH CH2 EVA是一种柔韧性和粘接性能好 具有良好透光性能和耐老化性能的透明胶体 它将晶体硅片组 上盖下垫 将硅晶片组包封 并和上层保护材料玻璃 下层保护材料TPT 聚氟乙烯复合膜 利用真空层压技术粘合为一体构成晶体硅组件 这里所说的光伏材料EVA 是指VA含量在25 40 的乙烯 醋酸乙烯脂的共聚物 化学结构 EVA生产厂家 杜邦 普利斯通 三井化学 中国福斯特 内层封装材料 EVA 太阳能光伏电池之化工新材料 EVA母料的主要组成及对胶膜性能影响 EVA母料主要由 EVA主体 交联剂体系 阻聚剂 热稳定剂 光稳定剂 硅烷偶联剂等组成 内层封装材料 EVA母料 电池背板位于组件的背面的最外层 在户外环境下保护太阳能电池组件不受水汽的侵蚀 阻隔氧气防止氧化 耐高低温 良好的绝缘性和耐老化性能 耐腐蚀性能 可以反射阳光 提高组件的转化效率 具有较高的红外发射率 可以降低组件的温度 太阳能光伏电池之化工新材料 背板材料 氟塑料 PET 聚酰亚胺 TPT结构 TPE结构 太阳能光伏电池之化工新材料 常用背板氟塑料薄膜材料结构 背板材料 氟塑料 太阳能光伏电池之化工新材料 背板材料 PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯 PET 是聚对苯二甲酸乙二醇酯的简称 具有优良的物理机械性能 长期使用温度可达120 短期使用可耐150 高温 可耐 70 低温 且高 低温时对其机械性能影响很小 电绝缘性优良 甚至在高温高频下 其电性能仍较好 但耐电晕性较差 抗蠕变性 耐疲劳性 耐摩擦性 尺寸稳定性都很好 气体和水蒸气渗透率低 具有优良的阻气 阻水等性能 背板一般都用PET膜来作为支持体 由多层PET复合而成的背板也有一定的市场应用 缺点 在高温高湿中容易水解在紫外光照中易发生光降解 解决方法 在PET膜上氟碳树脂涂层 日本东丽 东洋索拉派 SolarPET 太阳能光伏电池之化工新材料 背板材料 粘结剂 1224课题 粘结层 背板要靠EVA胶膜与太阳能电池片粘结到一起 在背板中 未经改性的氟树脂和PET 与EVA粘结牢度差 因此背板与电池片接触面需要有粘结层材料 该材料能满足与EVA粘结强度的要求 背板中EVA粘结层材料通常采用聚烯烃材料 主要厂家 汉高 东洋纺 DIC 三井化学 市场 2010年210億円 市場成長率135 七 新材料巨头杜邦公司介绍 杜邦在新材料上的主要成就 杜邦新材料产品举例 杜邦新材料的研究对世界的影响 世界著名的新材料公司 世界新材料产业的主导是美国 日本 欧盟等发达国家 相应新材料企业也主要集中在这些国家 新材料企业主要有三种类型 1 以新材料为主业的大型跨国公司 如杜邦 DuPont 道康宁 DowCorning 巴斯夫 BASF 信越化学等 2 大型跨国公司的分支企业 通用电气下属的GE塑料集团和GE特种材料集团 3 专业化的小型新材料公司 如聚合物材料的罗杰斯公司 制造稀土永磁如铁硼的Magnequench公司等 国际新材料发展态势 66 国际新材料发展态势 跨国公司现状 表现 1 企业规模大 如2003的销售收入 杜邦公司为278 9亿美元 新日铁240 7 法国圣戈班244 8亿美元 2 研发能力强 欧盟 美国 日本的企业均投入大量材料进行研发 都有大量自主知识产权产品 如杜邦公司研发费用为销售额的10 3 产业链完善通常在本公司形成从研发 中试 终端用户的完整产业链 或者与下游企业紧密合作 67 3 跨国公司现状 发展趋势 1 主要材料生产形成跨国公司垄断2 市场 生产和研发全球化3 通过兼并与联合进行协作性竞争4 新兴产业展开全球合作开发 国际新材料发展态势 杜邦新材料的研究对世界的影响 杜邦在新材料上的主要成就 20世纪 Duco漆 1920年 Rayon人造丝 1921年 氟里昂 1931年 合成橡胶Neoprene 氯丁胶 1937年 尼龙 1938年 氯丁橡胶 1930年 杜邦在新材料上的主要成就 20世纪 涤纶聚酯纤维 1950年 氨纶 莱卡 Lycra 弹性纤维 1959年 凯芙拉 Kevlar 芳香族聚酰胺纤维 1965年 特富龙 1938年 专用于地毯的防污纤维Stainmaster 1986年 杜邦在新材料上的主要成就 20世纪以后 Sorona 聚合物 2000年 聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维 杜邦UNIAX电致发光聚合物 2000年 玉米燃料和化学品 光纤 2004年 生物PDO 2007年 凯芙拉 Kevlar 芳香族聚酰胺芳纶纤维 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 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 航天工业 机舱 生命保护品 建筑墙壁 杜邦新材料产品举例 Acsium 氯磺化聚乙烯产品应用 在电线电缆 防水卷材 汽车工业等领域目前已得到广泛应用 成为常用的特种橡胶 汽车工业 防水胶布 管材 电线电缆 杜邦新材料产品举例 特种橡胶 杜邦 Crastin PBT的聚酯树脂产品应用 电子 电器 汽车 机械工程 化学及仪器工程 国内医疗器械及运动货品种类繁多 汽车灯罩 汽车内饰 电子产品零件 塑料按键 大型机械产品零件 病床轮子 医疗器械 运动产品 杜邦新材料使用产品举例 汽车零部件 大功率电流开关 电子产品零件 电线电缆 汽车内饰 杜邦 Sorona EP热塑性聚合物产品应用 工业产品 相机架 杜邦新材料使用产品举例 聚对苯二甲酸丙二醇酯 镜片运用了特富龙 清漆特富龙 清漆消除镜头反射让你具有更清晰 明快的视觉体验 特富龙 清漆镜头内置有耐沾污性 易于护理 使表面指纹和污迹容易擦去 认特富龙 不粘涂层厨具四十多年的消费者使用以及实验室测试和同行审查研究 已确认特富龙 不粘涂层的炊具是在正常烹调温度下都使用安全 杜邦新材料使用产品举例 特富龙 杜邦快干型汽车喷漆Duco 杜邦新材料产品举例 有机发光二极管 OLED 杜邦 Pyralux 柔性电路板 液晶显示材料 Pyralux 柔性电路材料 杜邦新材料使用产品举例 杜邦 Zytel HTN型高性能聚酰胺 材料特点 杜邦 Zytel HTN的成本有效地填补了传统的工程树脂和高档特种聚合物 化学平衡 防潮 抗高温 加上出色的加工性能上的差距 考虑面临的组件热 冷 化学腐蚀性和 或承重环境中去 杜邦新材料产品举例 杜邦新材料的研究对世界的影响 第一 与时代相伴 与国家同步 时代最需要什么 国家最需要什么 就加大投入生产什么 杜邦之所以能够在世界市场叱咤风云 非常重要的一点就是杜邦不仅象一家企业 更象一个微型国度 其总是能够高瞻远瞩 从国家宏观决策 时代大势所趋的高度及时调整发展战略 从而达到市场控制的目的 其在中国的发展 也是配合中国政府和市场需求逐步拓展疆域 杜邦新材料的研究对世界的影响 第二 通过合资和本地化生产 提供系列化的优质商品和服务 抢占高附加值的产业市场 杜邦是一家以科学导向为主的公司 其在中国的业务大多集中在产业附加值高 更符合市场需求 更有发展前景的电子和通讯技术 高性能材料 涂料和颜料技术 安全防护 农业与营养等领域 杜邦新材料的研究对世界的影响 第三 聚力研发颠覆性的实用技术 最大限度地利用其技术领先优势 提高竞争对手的进入壁垒 达到技术垄断的目的 杜邦每年研发工作的预算高达20亿美元 特别是投资回报率极高的基础科研 通过对生物技术的基础性和应用研究进一步扩展公司在化学和材料科学领域的传统技术平台 把生物学上的能力嫁接到材料学上 寻找突破性的增长点 被杜邦公司首先发明 控制 有着重大意义的化学工业新产品很多 杜邦新材料的研究对世界的影响 第四 根据盈利情况和增长速度不断调整投资领域 以保持最佳资源配置 形成了中国业务与全球业务优势互补 协同发展的格局 杜邦非常重视其中国业务发展与其全球业务的配合与协同作用 均聚甲醛是杜邦在全球的强势产品 而在张家港合资生产共聚甲醛产品将成为杜邦现有均聚甲醛产品的补充 加强杜邦作为全球领先的聚甲醛及功能材料供应商的地位 八 化工新材料的开发途径 应用已有的系统化的分子结构性能等知识和信息进行分子设计和材料设计并指导合成和制备具有预期性能和使用效能的材料 组成 结构对材料性能的影响 对苯二甲酸 间苯二甲酸 邻苯二甲酸 己二酸 丁二酸 乙二醇 丙二醇 丁二醇 己二醇 举例 丙二酸 PET 塑料薄膜 纤维 PPT 纤维 工程塑料 PBT 工程塑料 PBS 可降解塑料 聚酯化 组成和结构决定材料性能 性能决定应用 应用 材料组成 结构 性能之间的关系 合成与制备 合成与制备是提高材料性能 降低生产成本和提高经济效益的关键 也是开发新材料的首要环节 合成主要指促使原子 分子结合而构成材料的化学过程 制备主要指材料在宏观尺度上加工 处理 装配和制造等一系列过程 使之具有所需的性质和使用效能 组成和结构 材料的组成与结构是材料科学与工程的基本研究内容 它们指导材料的合成与制备 决定材料的性能和使用效能 组成指构成材料物质的原子 分子及其分布 除主要组成以外 杂质及对材料结构与性能有重要影响的微量添加物亦不能忽略 结构则指组成原干 分子在不同层次上彼此结合的形式 状态和空间分布 包括原子与电子结构 分子结构 晶体结构 相结构 晶粒结构 表面与品界结构 缺陷结构等 在尺度上则包括微米 纳米及更宏观的结构层次 性能 性能指材料固有的物理 化学特性 也是确定材料用途的依据 广义地说 性能是材料在一定的条件下对外部作用的反应的定量表述 例如 对外力作用的反应为力学性能 对外电场作用的反应为电学性能 对光波作用的反应为光学性能等等 使用效能 材料的使用效能是材料科学与工程所追求的最终目标 而且在很大程度上代表这一学科的发展水平 使用效能是材料以特定产品形式在使用条件下所表现的效能 它是材料的固有性能 产品设计 工程持性 使用环境和效益的综合表现 通常以寿命 效率 可靠性 效益及成本等指标衡量 因此 与工程设计及生产制造过程密切相关 不仅有宏观的工程问题 还包括复杂的材料科学问题 例如 材料部件的损毁过程和可靠性往往涉及在特定的温度 气氛 应力和疲劳环境厂材料中的缺陷形成和裂纹扩展的微观机理 聚合物是由许多单个的高分子链聚集而成 因而其结构有两方面的含义 1 单个高分子链的结构 2 许多高分子链聚在一起表现出来的聚集态结构 聚合物的结构 新材料开发途径 原料 合成技术 新材料 组成 结构 形态 材料改性 应用 制备 反应理论 动力学 热力学 催化技术 相平衡 化学工程 性能评价 结构表征 纯化 化学 光学 热学 力学 电磁 聚集态 二级结构 一级结构 端基 不纯物 材料设计 加工工艺 复合 合金 共混 分散 涂覆 反应器 后处理 设备 控制 谢谢