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柔性石墨、膨胀石墨产业化亚博手机网页版登录融资亚博手机网页版登录
作者:本站 发布时间:2014/10/21 15:29:22 点击次数:717
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【亚博手机网页版登录导读】
一、背景与必要性
石墨是一种高能晶体碳材料,因其独特的结构和诸多优异性能,广泛应用于冶金、机械、环保、化工、耐火、电子、医药、军工和航空航天等领域,成为现代工业及高、新、尖技术发展必不可少的非金属材料,在国民经济发展中的地位越来越重要,国际业内专家预言“ 20世纪是硅的世纪,21世纪将是碳的世纪”。
鉴于石墨的重要战略意义及其非可再生性与不可替代性,许多发达国家,都对本国的石墨资源予以重点保护,并作为战略物资实施储备。韩国封存本国的资源不开采,大量进口我国石墨原材料,日本每年从我国进口大量石墨沉入海底作战略储备,美国对本国的石墨资源进行立法保护的同时垄断了马达加斯加的几乎全部石墨矿产。
我国天然石墨储量、产量及出口量均居世界首位,我国是石墨大国,但绝对不是石墨强国,长期以来国内石墨产业基本上处于采选和初加工阶段,技术严重落后,产品绝大部分为普通中高碳产品。日、美等发达国家将天然石墨作为战略资源,利用我国的廉价原料,深加工成能够在电子、能源、环保、国防等领域应用的先进石墨材料,以极高的价格占领国际市场并返销我国。这造成了我国大量不可再生的宝贵资源的严重浪费与流失,同时也大大损害了行业和企业的利益。
节约、精深利用石墨这种不可再生资源,关系国家长远战略利益。柔性石墨和膨胀石墨是重要的石墨深加工产品,它在保留了鳞片石墨耐高温、耐腐蚀、自润滑等性能的同时,还具有柔软性、回弹性、可塑性、不渗透性、自粘性、低密度和各向异性等,广泛的应用于石油、化工、电力、冶金、机械、医药、食品等工业。由于柔性石墨与膨胀石墨的优异特性,各国投入了大量的人力物力进行研究开发。随着研究的加深,其应用领域正在快速的拓展,日益受到人们的重视,成为21世纪重要的新型高新技术材料,市场需求不断扩大,在中国仍至世界范围内总体处于供不应需状态。
目前我国柔性石墨与膨胀石墨生产厂家不足100家,工艺总体停留在七八十年代的水平,产品多以中低端为主、高端产品仍然大幅度依赖进口,不能满足国内需求,同时在国际贸易中也处于劣势地位。
综上,石墨已经成为21世纪具有战略意义的资源,河南城乾矿业有限公司结合柔性石墨与膨胀石墨市场现状,提出了柔性石墨与膨胀石墨产业化亚博手机网页版登录。本亚博手机网页版登录建设对节约、精深利用石墨资源,调整南阳地区石墨生产产业结构具有重要意义。
    二、产品市场现状
    柔性石墨与膨胀石墨通称为膨胀石墨,但从材料角度来讲,两者是两种截然不同的材料。膨胀石墨是由天然鳞片石墨与插层剂反应生成石墨层间化合物然后经高温膨化而成的松散多孔结构材料。柔性石墨:是以膨胀石墨为原料,添加或不添加粘结剂经压制或轧制成型的材料。
膨胀石墨是鳞片石墨的深加工产品,它在保留了鳞片石墨耐高温、耐腐蚀、自润滑等性能的同时,还具有柔软性、回弹性、可塑性、不渗透性、自粘性、低密度等优异特性,广泛的应用于石油、化工、原子能、电力、制药等行业,柔性石墨被称为“密封之王”。随着科技进步和高科技的开发,柔性石墨这种新的无机材料,在高速、耐腐蚀、耐磨和节能等高新领域中,逐步取代着某些金属材料和有机合成材料。有人还称它是一种“革命性的材料”。也正因为如此,膨胀石墨引起了世界各国的普遍重视,得到了迅速发展。
本世纪六十年代美国联合碳化物公司首先研制成功膨胀石墨密封材料开始,五十年间,柔性石墨已进入许多领域甚至一些高技术领域。全世界柔性石墨产量最大为8.5~10.0万吨以上。 目前,美、日、德、法的柔性石墨产业居领先地位。日本生产核能级的超低硫(S<500ppm)及高纯(S<50ppm)产品的技术领先。其中,高纯柔性石墨只有日本能够生产。
     我国对膨胀石墨的研究应用起步较晚,过去用作关键设备上的高级柔性石墨材料一般都从国外进口。一九七八年以后,随着改革开放的深入,柔性石墨的研究开发才得以迅猛发展。目前,我国膨胀石墨制品生产从起步发展到了现在的近百个生产厂家, 2011年产量约达2.5万吨,连续几年来保持了10—15%的增长速度。
在应用领域方面,从八十年代初期仅用于密封材料,到目前已广泛应用于钢铁冶炼保温材料、原子核装置的抗辐射内衬材料,高温炉中杂质扩散挡栅材料和热屏蔽材料,烧结碳化钨氮化物模具的内衬,高温石墨组件的电气触点或加热元件,坩埚内衬以及改进型整流电刷和可变阻器的电刷等,应用范围不断拓展,市场需求迅速扩大。
然而尽管我国柔性石墨的研究开发进展较快,但应该说我们的差距还很大,与石墨生产“第一大国”的地位是不相称的,主要表现在:(1)研发力度不够
我国自20世纪70年代开始对可膨胀石墨及其制品进行研究,但这仅局限于清华大学、浙江大学等部分高校及一些大型国有石墨企业,多数理论研究难以实现产业化生产。日本则有十多个专业化公司,并且取得了重大成果。
(2)生产工艺落后
目前,国内大多数厂家基本上是采用手工作坊的方式生产可膨胀石墨制品,稍好点的也只是达到了半机械化程度,使用引进先进设备的只是个别企业。而国外则普遍是自动流水线作业,设备先进,生产能力大,质量也比较、稳定。
(3) 产品质量低
国外已能多种方法生产,我们只有一种方法;有的产品,国外已形成了生产规模,而我国还处于起步阶段,有的甚至还是空白;柔性石墨制品的抗拉强度比国外同类产品低近20%,而摩擦系数则要比国外产品高20%。此外,在品种规格上,我们也显得单簿,西方一些发达国家和日本根据不同的使用条件,研制了抗氧化型、防腐型等1600多种柔性石墨制品,几乎达到了应有尽有的程度;在柔性石墨制品复合材料方面,日本已研制成功了六种,而我们只有三种,其中还有一种尚处于试用阶段。 
综上,柔性石墨作为21世纪新型高新技术材料,应用领域不断拓展,市场日渐扩大,我国柔性石墨技术与发达国家还有一定差距,产品质量低,难以满足市场需求,高端产品依赖进口,在国际竞争中处于劣势地位,机遇与挑战并存。
三、市场需求分析
1、密封材料
膨胀石墨可以代替石棉、橡胶、四氟、金属等传统的密封材料广泛地应用在石油、化工、冶金机械、原子能工业的各种泵、阀门、压力容器、管道法兰等处的密封部件,解决了工业生产的“跑、冒、滴、漏”等老大难问题。国外产大部分柔性石墨用于汽车发动机的缸垫、进排气口垫等密封件,其次是石化、化工、发电等部门的密封件。
国内由于对石棉的限制存在争议,制约了柔性石墨在内燃机密封件上的应用,主要市场仍在化工、石化、发电等行业。主要的密封件是填料环(直接用于柔性石墨纸压制)缠绕垫片、通用盘根以及金属箔冲制的复合板、层压(粘结)复合板制各种垫片等。
几乎所有在密封材料中使用的石棉制品,都可以用柔性石墨来代替。随着近年来随着我国对环境、健康的重视程度不断提高,柔性石墨正在悄悄的取代石棉材料,成为密封市场的主力军。这在很大程度上就意味着是柔性石墨材料的一个巨大的潜在市场。
国内石棉制品产量是25万吨,起重密封材料越为1/4至1/3,主要为橡胶石棉板和石棉盘根。所以,对石棉密封材料市场较保守的估计是5万吨。然而,由于柔性石墨材料的密度小于石棉,且在短期内不可能完全取代石墨密封材料,故其当前实际市场容量应小于5万吨,进一步从柔性石墨密封材料的应用行业来粗略估计,其潜在市场容量巨大,如下表:
 
行业 行业单位 数量 用途 单位企业需求量 行业需求量合计
汽车 新车 2000万 汽缸垫 约1kg 2000t
大修 1000万 汽缸垫 0.5kg 1000t
化工 化肥厂 >40家 密封 200-500kg 1000-1400t
石化 石化厂 >10家 密封 20-30t 200-300t
石油 大型油田 >10家 密封 15-20t 150-200t
发电 发电厂 0.5-1t 200t
其他 泵、阀门 500t
合计 5050t—5600t
 
    根据美国聚碳公司、联碳公司,日本日立化成、中央化成、东洋碳素、法国罗兰公司及德国等几家大型柔性石墨制造商现在的产量及其增长速度来看,柔性石墨制品是一种需大于供的产品。估计国际市场对柔性石墨密封材料的需求约为2.5-3万吨/年。其增长率可达10%。
2、环保材料
膨胀石墨是一种疏松多孔的蠕虫状物质,在内部形成了大量的网络状孔结构,具有大的比表面积,高的表面活性和较强的吸附性能。近年来,将其作为环境材料的研究和应用得到了广泛的关注。膨胀石墨的孔状结构主要以大孔、中孔为主,所以与活性炭、分子筛等微孔材料在吸附特性上有所不同,它更适于液相吸附。膨胀石墨具有疏水性和亲油性,可以在水中有选择性地除去非水性的组分,如从海上、河流、湖泊中除去浮油污染。。吸附大量油后膨胀石墨可集结成块,浮在液面,便于回收,经可再生处理可循环使用。并且膨胀石墨由纯碳组成,无毒又具有化学惰性,所以在水中不会造成二次污染。
自1997年,日本福冈近海油轮泄漏,试用膨胀石墨清除,取得了很好的效果后,各国对膨胀石墨在海洋溢油污染治理上进行了大量的研究,实验结果表明:lg膨胀石墨可吸附80g以上的重油。据估计因海上运输、生产、事故和陆地注入海洋的油量达400000t/a,严重威胁着人类的生产。世界各国对海洋环境维护及污染治理力度的加大,将为膨胀石墨带来巨大的市场。
此外,膨胀石墨还可用于工业油类和废水的除油除污以及除有害物质,如农药、染料等。除了在液相中进行选择性吸附,膨胀石墨对造成大气污染的工业废气及汽车尾气中Sq和NQ气体也有一定的脱除效果。付猛等以CTAB为改性剂对膨胀石墨进行表面修饰,制得的改性膨胀石墨在室温条件下对室内有害气体甲醛有较好的吸附性能。
环保问题已经成为国际社会热点问题,未来膨胀石墨在环境污染治理将其到重要作用,市场前景广阔。预计2015年石墨环保材料市场需求将不低于5000吨。
3、医用材料
膨胀石墨有良好的生物相容性、无毒、无味、无副作用等特点,是一类非常重要的生物医学材料。基于优良的吸附引流性能、透气透水性能、与创面较小的粘连性能、不染黑创面的性能和对多种细菌的吸附抑制性能,膨胀石墨复合材料可作为性能优良的创面外用敷料,在生物医学材料上也有广泛的应用前景。清华大学等开发了膨胀石墨制作医用敷料代替纱布,经过300多只小白鼠、大白鼠、豚鼠、兔的动物实验,证明无毒、无副作用,对创面无刺激、不染黑,并促进愈合。在第一军医大南方医院烧伤科等四所医院进行了114例临床实验,其效果比传统纱布引流好办明显的抗感染、抑茵、消炎作用,可代替50~80%的纱布。这一成果已取得发明专利权(ZL95115437.0),并已实施产业化。 
2006~2011年,我国医用敷料出口额以平均21%的幅度增长,2011年传统棉制敷料出口8.3941亿美元,相比医用敷料庞大的出口规模,国内市场需求也在不断扩大,2011年,我国医用敷料产量达到了400亿元人民币。
按照膨胀石墨敷料替代50%传统纱布计算,膨胀石墨医用敷料潜在市场将超过200亿人民币每年。
4、保温、阻燃、隐身材料
     膨胀石墨比容大,松装容积100ml/g,,并且化学性质稳定,氧化温度高,安全性高,因此是良好的隔热(保温)隔音材料,国外已经在高档建筑、客轮墙壁、机舱仓壁上运用,我国已经加紧了这方面的研究步伐。另外膨胀石墨粉碎成微粉对红外波有很好的散射吸收特性,是很好的红外隐蔽(隐身)材料,在现代战争中的光电对抗中有重要作用。膨胀石墨与柔性石墨作为21世纪的新兴材料,毋庸置疑将会有很大的发展,随着研究的深入、应用领域的拓展、新成果的不断产业化生产,其市场需求将保持强势的增长速度。
    综上,随着我国钢铁、石油、化工、机械、轻工等传统产业不断推进产业结构优化升级,节能环保、新能源、生物、高端装备制造、新材料、新能源汽车等战略新兴产业的发展,柔性石墨及膨胀是市场潜力巨大,具体估算如下表:                 我国柔性石墨与膨胀石墨市场需求预测
产品  2015年国内市场需求 2020年市场需求量
密封材料         7000吨         12000吨
环保材料         6000吨         9500吨
医疗卫生         5000吨         8000吨
其他         500吨         800吨
合计      18500吨         30300吨
世界对柔性石墨与膨胀石墨材料的需求亦逐年增长,根据世界主要生产商产量初步统计,2011年世界总产量越80000吨,且每年正以10%的速度稳步增长。这说明整个柔性石墨材料的世界市场,需大于供。据美国方面统计,目前世界市场的份额大体为:美国约占46%,日本约占40%,欧洲约占14%。随着我国柔性石墨与膨胀石墨产量的增长、产品质量的逐步提高,在国际市场份额也将逐步扩大。
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