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“超级材料”为何让专家如此痛心?
发布:kittyll   时间:2016/7/21 14:04:08   阅读:3529 
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近年来,我国在化工新材料高科技领域的迅速崛起令国外关注,他们不但限制供应商向中国出口此类产品,而且加强技术封锁,聚酰亚胺(PI)就是其中之一。PI是综合性能超强的有机高分子材料之一,在航空航天、原子能工业、卫星、核潜艇、电器绝缘、电子信息及精密制造方面得到广泛应用,是世界公认的支撑未来高科技发展的“超级化工新材料”。中国化工报记者昨天采访了解到,目前,国内高端PI产品几乎全部依赖进口。业内专家呼吁,通过创新与改革,尽快突破国外技术封锁已是当务之急。
 

图为PI薄膜胶带(资料图)

长期遭受国外封锁

据中科院长春应化所阎敬灵研究员介绍,多年来,世界各国都竞相展开PI的研发及利用,其地位始终处于化工新材料的前沿,并正向“金字塔”顶端迈进。

作为有机高分子材料之一,PI不但具有耐高低温、低介电常数和损耗、高电绝缘、高强高韧、耐辐照和耐腐蚀等优异的性能,而且可加工成薄膜、工程塑料、纤维、复合材料、泡沫等多种形态的材料。从应用角度看也尽显高精尖,高性能的PI薄膜是微电子封装与制造、电气绝缘等领域不可或缺的关键材料,高性能PI纤维因具有芳纶无法比拟的耐紫外性和耐辐照性,被认为是在空间技术与核能等特殊领域中最有希望应用的新一代有机纤维。

阎敬灵研究员介绍,我国是世界上较早开发PI材料的国家之一。上世纪六七十年代,由原化工部和机械部牵头,在中科院长春应化所、原华东化工学院等单位研究成果的基础上,多家企业开始生产PI产品。目前,我国已基本形成一定的研究格局,研发了PI几大品种,如均苯型、偏酐型、联苯二酐型、双酚A二酐型、单醚酐型、酮酐型等,并得到初步应用。不过,当前我国无论从PI原料生产还是下游新材料生产应用都与美日德俄韩等发达国家存在不小差距,极大地影响着国内相关高新尖端技术进步。 

“中国几十年都受制于PI发达国家的技术封锁和产品限售。”内蒙古科技大学化工学院院长王亚雄教授这样表示。他指出,PI这一关键性合成材料过高的对外依存度,严重影响着我国战略性新兴产业发展和国家重大工程建设。目前,全球生产PI的厂家近100家,代表性的品种达30多种,应用领域日益扩大。PI市场主要供货商包括杜邦、通用电气、阿莫科公司、巴斯夫、西巴盖吉、郝斯、东丽杜邦、钟渊化学、三井东亚、宇部兴产、SKCKOLON等公司。相比国外基本都是千吨级的生产装置,国内尽管有众多PI生产企业,但生产装置大多为百吨级,且90%集中在薄膜生产,皆以中低端电工级PI薄膜为主,每条生产线的产能仅为国际水平的十分之几。国内公司只有深圳惠程、丹邦科技和康达新材等几家涉足高端PI领域。 

正是由于PI产品可用于军工等领域的特殊性,早先时候,其他国家的技术和产品几乎不对中国出口。  

比如俄罗斯生产的电缆护套PI纤维可用于战机上大幅减轻其重量。俄罗斯本国军用苏27、苏30、苏35等战机上采用的都是PI纤维编织电缆,而出口到中国的战机则全部使用传统的电缆护套,每架战机增重至少500千克。相当于同型号战机,我国使用时要少装两枚导弹,作战能力大大降低。

产品缺位掣肘下游

多位业内人士在接受记者采访时表示,由于我国高性能PI化工新材料技术及产品的发展不足,当前我国高科技相关行业,尤其是国家战略性高端产业领域已经深陷PI材料“无米之炊”困局。

据国外机构不完全统计,2015年全球PI原料树脂的年消费量约为11吨,美德日是PI主要消费市场。近年来,PI产能向亚洲地区转移,但产能产量都很少。

那么,我国究竟哪些PI材料短缺呢?

王亚雄教授分析认为,一是PI纤维,美国、日本、俄罗斯和欧洲掌握着核心技术和关键材料,我国高性能PI纤维生产较为落后。PI纤维主要应用领域为先进复合材料的增强材料,用于航空航天器及火箭制造,航空航天行业的轻质电缆护套和耐高温特种编织电缆,原子能与空间技术,绿色环保防治大气污染行业的工业高温除尘过滤材料;PI纳米纤维可提高锂电池整体性能,纳米纤维非织造布可制成性能优良的锂离子电池和超级电容器三维隔膜等。其他应用领域还有防弹背心及其他防护盾甲、隔火毡、防火阻燃服装等。
 
二是PI泡沫,主要应用于军工和商业航空及工业。其中军工占70%,商业航空及工业占30%。目前,所有美国军舰及10余个国家的海军均采用PI泡沫,用于水面战舰和潜艇隔热隔声材料,在甲板、舱体、加热通风管道使用普遍。因此材料短缺,我国军舰使用的依然是岩棉和玻璃棉等低端材料,其重量是PI的10倍,重量高、易吸水失效、施工和维修困难等劣势明显。赢创是目前世界上产能最大的PI泡沫生产公司。近年来,PI泡沫年消费量以10%左右的速度增长,未来可能会增至20%,但国内很难采购到PI泡沫材料,非正常渠道供应价格昂贵。 

三是PI薄膜,PI膜是电子信息行业生产软性线路板、柔性印刷电路板、挠性线路板的关键原材料,决定着中间品挠性覆铜板的品质和用途,进而影响产品品质和售价。目前,PI膜在我国太阳能电池和先进照明显示技术这两个方面中成为最新一代产品的基础材料。我国企业生产用的高端电子级PI膜几乎全部依赖进口,年进口量超过1000吨。国外前五大供应商占据了全球94%的市场份额。截至目前,世界PI薄膜生产技术主要集中于三大生产商,分别是美国杜邦、日本宇部兴产和日本钟渊化学工业公司。 

此外,我国低黏度热固性PI材料也十分紧缺,该材料在我国大飞机制造、航空发动机用自润滑轴套、超声速巡航导弹雷达天线罩、喷射发动机结构部件、空间监测设备中的隔热垫、高温台架,以及火箭液氢密封环、飞机装载机密封等应用领域不可或缺。

产业化需集国家之力

一位不愿具名的企业负责人告诉记者,我国PI行业发展缓慢与国外封锁有关,但也存在自身的问题:一是上下游配套艰难,缺乏下游应用市场的支撑,生产企业很难对其产品进行持续性跟踪和研发。比如电子级PI薄膜产品是电子产品重要的原料配套,但我国高端电子产业链不完善,使其PI薄膜产品应用并不通畅。

二是国内企业整体规模偏小,低端中小微企业居多,尚面临生存压力。这些企业研发能力薄弱,处于残酷的价格竞争中,企业更多看重短期效益。另外,高端研发人才稀少,综合作用导致企业难以提高技术水平。目前,我国PI行业以PI薄膜生产企业为主,数量虽然超过了50家,但生产中低端绝缘应用产品的企业占主导,高性能PI厂家凤毛麟角。

三是机制的束缚。由于PI高端应用大多集中于军工领域,军工企业认为关键材料应用事关国家安全大局,只与少数企业合作,导致多数国内企业,尤其是民营企业产品在国内推广应用非常困难。

针对技术瓶颈问题,阎敬灵研究员、北京航空航天大学材料科学与工程系张佐光教授认为,加大自主创新力度是当前和未来PI产业发展的要务。
 
他们指出,目前长春应用化学研究所、中科院化学研究所、西北工业大学、武汉工业大学、苏州大学、上海市合成树脂研究所和桂林电器科学研究所等科研机构,已经取得了可喜的PI科研成果和产业化成就。未来,PI研发和产业化方向主要是向高性能化、多功能化、易成型加工和低成本等方向发展;也应关注具有差别化和特殊应用的高性能PI产品的研发;通过分子结构设计、新合成技术以及纳米复合途径实现产品的系列化和对新应用领域的研究开发,不断扩大新品种和用途,提高市场占有率;还应深入基础性研究,深刻揭示PI的结构与性能之间的关系,不断发展和完善理论基础。

国务院发展研究中心研究员胡瑞平对记者表示,近几年,我国PI企业处于产业链低端的局面正逐步发生转变。得益于中国宏观经济发展,国内已经形成了一个庞大的PI产品需求市场。中国在世界制造业布局中处于非常重要的地位,国内生产企业基于物流、服务和交货等考虑,必然会优先考虑上下游本土配套生产企业的合作,这将为国内PI产业链创造更好的生存环境。

据胡瑞平介绍,近年来,我国相继出台了多项政策对PI产业予以支持,具体包括:2007年国家发改委把PI颗粒列为国家重要资源性产品和原材料;2009年将其列为鼓励进口技术和产品目录,其部分PI树脂进口最惠国税率为0,PI薄膜产品的最惠国税率为6.5%;将PI树脂项目列入新材料产业“十二五”发展规划,成为国家重点鼓励发展的产品与技术;将高性能聚酰亚胺工程塑料产业化关键技术(应用开发及集成示范)列入《“十二五”国家科技计划材料领域2013年度备选项目征集指南》;《纺织工业调整和振兴规划》中,明确提出要大力推进高新技术纤维产业化及应用的发展,加速实现PI纤维等高新技术纤维的产业化。

业界纷纷建议,“十三五”期间,应集国家之力进行PI产业化,创新变革体制与机制。国家和地方政府要继续加大推动PI新材料的技术突破和产业化发展的力度,并给予资金和政策多方面的支持;鼓励企业自主技术创新,培养引进高层次人才,联合高等院校、科研院所实施技术攻关和产业化推进,力争打破国外技术及产品垄断。


来源:中国化工报
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