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料科学:无机非金属航天应用难以替代 高性能纤维和复合材料需求仍在导入期

2013年07月29日 | 作者: 江苏省复合材料学会 | 阅读: 188188

         2013年中国将占据全球复合材料市场增长43%的份额,其中建筑施工领域将占市场增长率的67%

         本文将探讨《新材料产业“十二五”发展规划》中的另外两个重点发展方向:新型无机非金属以及高性能复合材料。

新型无机非金属材料:

        共同点少差异性大

       “十二五”规划中,新型无机非金属材料被列为重点发展的新材料,其金属无法替代的功能颇受青睐。

        新材料涉及的领域众多,建筑材料、特种玻璃材料、先进陶瓷材料、人工晶体、石墨材料等,都属于无机非金属材料。其耐高温、耐腐蚀、耐磨性好、强度高等特质,让无机非金属材料可以很广泛地被应用,而作为一种基础物质,不难想象其主导未来的科技方向。一位北京高校的教授对记者表示,“现在都在研究(新型无机非金属材料),这是一个大的趋势。”

      “无机非金属有材料有很多难以替代的特性,比如说像航空、地面武器等的制造,对质量要求比较高,如用在航天制造,质量很重的话,肯定影响会比较大,这时候无机非金属材料就发挥了很好的作用。因为越轻需要的能量越低,所以很多军工制造对材料的要求比较大”,教授补充说。

       相比较而言,无机非金属材料也弥补了金属材料的弊端和不足。

       业内人士解释:“大部分金属的熔点都比较低,而且金属比较沉,即使强度还可以,但是仍然没法填补它的弊端,但是有一些无机非金属材料就能特别好地满足要求,对于不同的需要,无机非金属的一些材料会更适合。值得一提的是,无机非金属材料的共同特点较少,差异性较大。

     “不同的材料可以用到不同的地方,军工肯定可以用,民用也可以,像生活中的盘子和碗,也都是无机非金属材料。有些材料导电性能好、有些材料光导性好、有些材料甚至有自洁功能。如果用在武器装备上,材料之间会有很细致、精确的分类,看似类似的材料,实际上差别特别大,应用差别也很大。有的做航空、有的做地面”上述人士说。

    “其实行业一直都在研究无机非金属,只不过从毛泽东大炼钢铁的时候开始,金属比较受重视,但针对不同的研究领域无机研究一直都有,十二五规划之后,无机非金属材料更加受重视。”

       从市场的角度来看,无机非金属材料涉及的行业更多地表现出结构性分化。

       随着7月份逐步进入中报披露期,结构性分化难以避免。增长较快的集中在房地产投资、公共设施投资、公共事业投资等民生及消费相关领域,下游应用集中在这些领域的公司,有较好的市场反响;但另一方面,由于一季度制造业PMI下滑及其滞后性影响,部分与制造业投资相关的板块中期业绩存在低于预期或下滑的风险。

      从具体的产业链来讲,以中国玻纤为例,全球玻纤行业由六家企业占据83%的市场份额,其中中国玻纤高达20%。

      国内外玻纤行业集中度高,目前全球玻纤产能530万吨,其中,中国产能超过一半,中国玻纤以93.5万吨的产能规模占据国内第一、世界领先地位。

      除此之外,玻璃纤维不同于水泥,虽然同为无机非金属材料,但水泥有运输半径的限制;半导体材料及制品、石墨材料、现金储能材料等新兴材料在无机非金属材料领域也占有重要的位置。

     高性能复合材料:

    “十二五”需求量达600万吨

      在六大新材料品种当中,高性能纤维可以说离我们很远,也可以说离我们很近。

      因为高性能纤维具有耐腐蚀、耐高温、高强度等特性,应用领域从上至下较为广泛,包括航空航天、交运设备以及日常生活等,具有天然纤维和普通合成纤维无法比拟的特性。

      高性能纤维其实早就已经存在我们的生活当中,新材料的高性能纤维只不过是传统材料的改良或者功能化之后而成的。

      高分子复合材料与传统材料相比,具有更高的强度、耐化学品和耐热冲击性,以及更大的设计灵活性,它是发展国防军工、航空航天、新能源及高科技产业的重要基础原材料,同时在建筑、通信、机械、环保、海洋开发、体育休闲等国民经济领域具有广泛的用途。从复合材料的应用领域来看,国内市场中复合材料最大的应用领域为建筑和基础工程,合计约为71%,而用于交通运输的比例相对比较小,只占5%,低于全球24%平均水平;在工业设备领域比例为10%,也低于全球26%的平均水平。据有关数据显示,到2013年中国将占据全球复合材料市场增长43%的份额,其中在建筑施工领域将占市场增长率的67%,预计到2015年,“十二五”期间,中国复合材料需求量达到600万吨。

    若按照合成的原料不同,高性能纤维主要分为碳纤维、芳纶纤维、特殊玻璃纤维、超高分子聚乙烯纤维等,其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维,而碳纤维尤其值得关注

    实际上,碳纤维早已在资本市场上火热了很长时间。

    目前碳纤维新材料已进入快速扩张期,未来航天航空、油气开发、汽车、电子等领域将带动碳纤维材料需求大幅增加。

    据了解,日美德技术垄断集中度较高,PAN基碳纤维生产技术壁垒较高,而原丝、炭化等关键环节由日、美等国控制。其中,小丝束碳纤维生产基本上被东丽、东邦和三菱等日本企业所控制,三者市占率达到70%左右。大丝束则主要由美国卓尔泰克、德国西格里和日本东邦控制,市占率为80%左右。

    和其他种类的新材料遇到的瓶颈一样,目前碳纤维行业尚在起步阶段。国内企业存在原丝质量差、生产规模小、质量低、价格高、应用基础研究薄弱、品种单一等问题,近年来快速扩张的产能大多为低品质产品,与国外差距明显。

    由于技术封锁原因,我国碳纤维需求仍在导入期,未来航天航空、汽车制造、新能源制造等将成为需求增长的主要领域。

    据美国市场研究机构提供的数字,2015年前,全球碳纤维市场需求将保持13%的增长,而我国对碳纤维的需求增速却明显快于全球。有机构研究员认为,仅考虑到部分高档民用汽车采用碳纤维材料进行轻量化,预计2015年我国汽车工业对碳纤维的需求量也将达到2800吨。据估计,至2015年,我国对碳纤维总体需求将达1.6万吨。而根据新材料产业规划,“十二五”末我国碳纤维产能为1.2万吨。

    目前高性能纤维在飞机上的比例为50%-80%,波音公司预计到2025年中国运输飞机数量将是原有的3倍;国内风电和汽车领域需求旺盛,高性能纤维复合材料作为一种先进的轻质高强材料,符合风力发电机组大容量发展趋势,迎合汽车安全、轻型化发展方向。