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新材料“小巨人”们艰难起步,站稳脚跟后的行业发展趋势如何?
新材料君公众号 / 时间:2022-10-20 11:05:27

贤集网10月18日讯:新材料是指新出现的具有优异性能和特殊功能的材料,或是产生新功能的传统材料。

提起新材料,部分读者可能会感到陌生。事实上,新材料既是制造业取得关键突破的基础,也与日常生活息息相关,小到数码产品性能的提升,大到空间站飞天、核电站运转、航母下水,都离不开新材料的发明和应用。

我国新材料产业正处于由中低端产品自给自足向中高端产品自主研发、进口替代的过渡阶段;国内高端新材料技术和生产偏弱,近年来产能虽有显著提高, 但还未能满足国内高端产品需求,材料强国之路任重而道远。

在新材料生产领域,有一批专精特新企业。或许对老百姓来说,这些企业的名字不是那么响亮,但在所从事的新材料领域,这些企业耕耘多年,成为该领域不可或缺的一分子,也成为产业链上至关重要的一环。我们将镜头聚焦于这样一群“小巨人”们。

“小巨人”们艰难起步

走进千家万户的太阳能热水器,道路边随处可见的太阳能路灯……光伏产品因其发电具有零污染、零排放、寿命长等优点,愈来愈受到重视,也愈来愈被人们熟知。

等静压石墨,正是光伏、半导体等产品生产过程中必不可少的高端材料,是光伏产业链上的重要一环。可以说,中国等静压石墨供给的多少、质量的好坏直接决定着国内光伏产品产能大小及寿命长短。

那么中国等静压石墨的供给情况究竟如何呢?

带着这个疑问,记者采访了成都炭素有限责任公司(以下简称“成都炭素”),这是一家专门生产等静压石墨等先进碳材料的企业。走进成都炭素,工人们正熟练地操作机器,进行着压形、烧制、浸渍,一切都有条不紊。

谈起企业成立之初,成都炭素总经理李虓感慨:“当时,国内生产的等静压石墨质量参差不齐且生产率低,与来自日本、德国的进口产品相比,在质量和价格上都没有优势,不仅增加国产光伏产品的生产成本,也让中国光伏产业面临‘卡脖子’的风险。”

从清华大学博士毕业的李虓,选择扎根西南,放弃了一份在外人眼里体面稳定的工作,去成都炭素成为一名基础研发人员。提起当年做的这个决定,李虓笑着说:“我博士研究方向与此吻合,做一名研发人员正好符合我一直以来所秉持的‘实业报国’的心愿。”

但等静压石墨的研发谈何容易!等静压石墨生产周期较长——大概在6个半月至7个月,生产过程较复杂——有几十道工艺控制点,通过创新以提质增量需要更多的耐心和投入。但初出茅庐的李虓并不胆怯,和其他研发人员一道,“立志做一根‘杠杆’,去撬动我国整个等静压石墨市场”,在大部分人并不知晓的领域坐着“冷板凳”,进行着日复一日的试验……

相似的故事,也在江苏扬农锦湖化工有限公司(以下简称“扬农锦湖”)成立之初发生。

扬农锦湖位于江苏省扬州市,以环氧树脂为主营业务。作为一种新材料,环氧树脂可以说是“十八般武艺样样精通”。不仅能作为黏接剂,应用在土木建筑中,为建筑牢固性保驾护航,也因其特殊的物理特性和化学特性,成为用于风力发电的风车叶片、高尔夫球杆等的原材料。国外生产厂家由于起步早,形成先发的资金、技术优势,占据了国际市场的绝大部分份额。

而成立于2008年的扬农锦湖,起步阶段还面临着国内同行激烈的竞争。“当时国内相关企业大多数唯产量为王,市场充斥着大量同质化产品。”扬农锦湖技术总监杨颖向本报记者回忆道,“与其他企业相比,我们没有技术优势,企业也长期处于亏损状态。”

痛定思痛后,扬农锦湖成立了环氧树脂新材料研发中心,走上了自主创新的道路。

站稳脚跟,形成优势

企业刚成立没几年,成都炭素就收到了研发成功带来的回报。“那时,日本产的直径为500mm的等静压石墨产品在国内要卖到25万元/吨。我们成功研制出直径为600mm规格产品,直接把国外企业同规格产品从25万元/吨降到15万元/吨,打破了国外产品垄断中国市场的局面。”李虓向本报记者讲述时,难掩自豪。

不仅满足于做“追赶者”,更要做“领跑者”。由于光伏产业发展日新月异,光伏产品性能的不断提升对等静压石墨规格、质量提出了越来越高的要求,倒逼着等静压石墨生产企业不断研发创新。成都碳素也面临着“逆水行舟,不进则退”的情形:如果率先研发出大规格产品,毫无疑问会在等静压石墨市场中成功实现“弯道超车”,反之则将被市场无情淘汰。

成都炭素笑到了最后。李虓介绍,2011年,成都炭素生产出直径为930mm规格产品;2019年,生产出直径为1450mm规格产品。如今,成都炭素生产出的等静压石墨方形最大尺寸已达到2100mm!据了解,成都炭素自主研发生产的等静压石墨质量好、规模大,不仅成为国内光伏企业的重要供货商,产品还远销欧美。

在成都炭素业务蒸蒸日上的同时,扬农锦湖的创新之树也结下了成熟的果实。

“副反应是环氧树脂生产中最大的敌人。”杨颖介绍道,“环氧树脂的生产过程中有溶解、醚化、闭环反应等多道工序,不可避免地发生副反应,副反应会导致环氧树脂中的高分子含量增多,进而影响环氧树脂的性能。如果在任何一道生产工序中没有控制好副反应,其他工序中所作的努力都会付之东流。”

而在闭环反应中,势必会产生高盐废水。高盐废水中含有大量有机物,不仅会诱发副反应,若肆意排放还会对生态环境造成影响。如何控制高盐废水中的有机物?如何有效回收高盐废水以保护环境?这是摆在所有中国环氧树脂从业者面前的一道难题。

相较于在传统的生产工艺蒸发法中小修小补,扬农锦湖选择“不破不立”。“2012年开始,我们开发出了一套全新的物理、化学组合工艺,可有效降解高盐废水中的有机物,既减少生产过程中的耗材、又提高了产品性能,处理后的盐水还可以继续用于环氧树脂的生产,成功实现了经济效益和生态效益的结合。”杨颖说。

技术创新,正是扬农锦湖形成优势、扭亏为盈的“催化剂”,也是扬农锦湖雄心勃勃地向下一个目标进军的底气所在。

接下来,小编对于具有国产化提升潜力的新材料细分领域进行了梳理,共七大发展方向供读者参考。

七大发展方向

功能材料是指以利用材料的力、电.光、声、磁性质及其交互作用为主的一大类材料的总称。

功能材料虽然起步较晚,但是其来势迅猛,可以用日新月异四个字来形容。人类大规模有目的地利用功能材料的历史只有几个世纪,特别是从20世纪40年代科学家发明了半导体以来,人类社会快速进入信息时代。信息时代的来临加快了社会发展的脚步,时代的进步又对高新技术的发展提出了更加迫切的要求,所有高新技术的发展都离不开新材料,特别是功能材料。信息产业、航天航空、航海及交通运输、能源、医疗卫生及人们日常生活都越来越离不开功能材料。

未来的功能材料,会有怎样的发展趋势呢?我们一起来看看!

方向一  轻量化材料

碳纤维以其出色的性能被用于航空航天、汽车等多个领域。我国碳纤维产业存在产能利用低、高端产品少的问题。实现碳纤维规模生产和应用开发的双自主化,是提升我国国防实力和保障供应链稳定的关键。铝合金车身板应用在汽车最重的车身,是实现轻量化目标的关键材料。我国生产工艺复杂的铝合金车身板部分已经开始出口。铝合金车身 板国产化是我国汽车产业提高竞争力,帮助国家实现节能减排目标的关键。

方向二  航空航天材料

聚酰亚胺(PI)在航空航天、高端电子元器件、半导体等多个尖端领域有很高应用价值。我国在高端 PI 薄膜以及其他高端 PI 产品仍面临“卡脖子”问题。碳化硅纤维(SiC 纤维)是继碳纤维之后发展的又一种新型高性能纤维。全球来看碳化硅纤维技术仍在快速发展和迭代,中国企业有望迎来弯道超车的机遇。

方向三  半导体材料

硅片是半导体器件和太阳能电池的主要原材料。光伏用硅片产能大多集中在我国,生产技术水平全球领先。半导体硅片制作工艺更为复杂,部分国内企业正努力打破技术壁垒。碳化硅是功率器件的重要原材料,产业格局呈现美国独大的特点;近年来该材料不断在电动车、 光伏、智能电网等领域渗透,拥有强劲的下游需求。溅射靶材是集成电路的 核心材料之一;2013-2020 年全球靶材市场规模的复合增速达14%。

方向四  新型塑料

聚酰胺(PA)材料受制于国外企业对于原材料生产技术的技术壁垒。在“碳中和”及“以塑代钢”政策背景下,该材料国产替代对我国新能源产业、电子通信、交通运输等领域的发展进步具有重大意义。聚苯硫醚是一种具备优异的物理化学性质的特种工程塑料,对汽车轻量化、大气污染防治做出了重要的贡献。聚乳酸因其优异的机械性、环保性等特点而广泛应用于医药设备及 3D 打印等诸多领域,但进口依存度较大。

方向五  电子电器电容新材料

电子浆料是制造厚膜电阻等电子元件的关键,广泛应用于在光伏、航空、军事等领域;目前国内电子浆料龙头企业正致力于生产高质量、高性价比的电子浆料,市占率有较大提升空间。电子陶瓷可广泛应用于通信、工业、汽车等领域,其中 MLCC 作为产量和需 求量最大的电子陶瓷,与电子元器件市场发展趋势和国家政策导向相匹配。

方向六  多用途新材料

聚苯醚树脂被广泛用于电气机械、IT、汽 车、军工等,改性聚苯醚在全球的市场需求和消费量逐年上升。对位芳纶产 业集中程度较高,目前国内对位芳纶产能自给率约 20%左右,进口依赖严重。高吸水性树脂(SAP)具有吸水性好、价格适中、安全性好等特点,预计 2025 年全球 SAP 需求量将增长至 440 万吨。国内人口老龄化趋势加重,叠加生育政策放开,预计 2023 年中国 SAP 市场规模将达到 145.1 亿元。

方向七  光学和电子化学品

光学膜广泛应用在电子显示、建筑、 汽车、新能源等,目前我国在中低端光学膜领域已经实现国产替代。在高端光学膜领域,我国企业正通过内生、外延两种方式寻求技术突破和产业升级。光刻胶是一种在半导体制造、PCB、面板行业中使用的尖端材料。当前我国光刻胶国产化比例很低,高端半导体光刻胶基本完全依赖进口,突破光刻胶的海外技术垄断已经成为我国科技前沿攻关的关键环节。OLED是全球新一代显示技术的代表,有望在手机面板领域成为主流显示技术。我国生产商在OLED面板产业中积极扩产,未来产能增长较快,国产化OLED材料潜在需求旺盛。在高价值的发光材料成品领域中,我国已经初步实现国产替代,部 分细分产品已实现向国内面板厂商的大批量供货,但在技术和产能上和国际领先水平仍有差距,国际竞争力仍有较大增强空间。

文章来源: 特种铸造,人民网,扬州中天利


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