我国感光材料的现状

我国感光材料的现状（通用8篇）

我国感光材料的现状 篇1

我国深海浮力材料的研究现状及其发展

科 目： 材料科学前沿讲座 专业年级： 材料化学2010级 姓 名： 柳 倩 学 号： 140112010027

我国深海浮力材料的研究现状及其发展

【摘要】 高强度固体浮力材料是现代深潜技术的重要组成部分之一，对保证潜器浮力、增大潜器有效载荷有着重要作用。本文简要介绍了化学泡沫复合材料、微球复合泡沫材料和轻质复合材料三种固体浮力材料及国内外固体浮力材料的技术发展概况。分析了我国深海固体浮力材料开发过程中所存在的问题，并最后在此基础上展望了我国固体浮力材料的发展方向。

【关键词】 固体浮力材料、空心玻璃微珠、复合泡沫材料、发展历程、研究方向；

一、前言

海洋是资源和能源的宝库，尤其是深海领域。在海洋深处，蕴藏着丰富的大洋多金属结核矿、石油、天然气、热液硫化物 天然气水合物及深海生物基因资源等。在陆地资源日益枯竭的情形下，向海洋开发已成必然趋势。21世纪将是海洋的世纪，世界各国正在调整自己的海洋政策以及海洋领域的种种举措，加大对于海洋资源的开发与利用。随着海洋开发科学的兴起，首先需要对大陆架以及深海进行勘探与考察。利用载人或无人深潜器在深海中进行直接观察、摄影、测量、取样以及设置必要的仪器设施、水下作业等深潜技术是海洋开发中所必不可少的。

深海勘探开发主要以深潜技术为基础，利用潜器、水下机器人等在深海进行观察、测量、取样、安装必要的仪器设施、进行水下作业等。深海潜水器由于下潜深、环境压力大，常采用无动力上浮技术，这就需要潜水器在耐压的同时，可以提供一定的浮力，从而保障潜水器和潜航员的安全。为了达到此目标，人们便开始研制轻质高强的固体浮力材料，并将其作为深海潜水器的外壳，对保证潜器浮力、增大潜器有效载荷和减小其外型尺寸等起到了重要作用。浮力材料实际使用时需长期浸泡在水中，要求其耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击。在水中的 使用深度不同，对它的强度要求也不同，水深增加，材料的强度亦增加，相对密度随之加大，但浮力系数降低。尤其是在海洋中每增加100m深度，物体受到的压强就将增加约10个大气压，即1MPa。因此，先进固体浮力材料应该既轻又强，即在保持密度较低的情况下，大幅提高耐压强度，但往往密度降低的同时，压强也随之降低。高强度的浮力材料在民用、商业以及军事上有着广泛的应用，如水中设备的配重，漂浮于水面或悬浮于水中的浮缆、浮标，海底埋缆机械以及声多普勒流速剖面仪平台，零浮力拖体，无人遥控潜水器等。使用条件不同，对其性能的要求也不一样。随着海洋技术的开发，高强度浮力材料的应用前景非常广阔。

目前，先进固体浮力材料制备技术主要为美国、俄罗斯等国所掌握。其材料密度一般可在0.4～0.6 g/cm3，耐压强度则在40～100 MPa。国内浮力材料一般采用聚氨酯泡沫、环氧树脂泡沫或其他发泡塑料，与国外相比，材料成本低;但耐压强度低，浸水一段时间后，失去浮力，可靠性能差，最大工作深度400m左右。虽然我国在该领域已开展了多年的相关研究，但在深潜用固体浮力材料性能方面仍落后于国外先进水平。

二、固体浮力材料分类

固体浮力材料是一种以胶黏剂为基体、气体空穴为浮力调节介质的复合材料。按照气体空穴来源的不同，固体浮力材料可以分为３大类：化学发泡浮力材料、空心微球浮力材料（也被称为两相复合泡沫材料）和复合轻质浮力材料（三相复合泡沫材料）。

空心微球浮力材料是由空心玻璃小球混杂在树脂中形成的，空心玻璃小球占60%~70%的体积。复合轻质浮力材料是由复合泡沫和低密度填料组合改性而成。其气体空穴除了由空心微球（大多为空心玻璃微珠）提供，还来自低密度填料，如中空塑料球或大径玻璃球等。化学发泡浮力材料是利用化学发泡法制成的泡沫复合材料。这三种浮力材料由于材质的不同，有着各自的性能特点，因此在海洋环境中有着不同的应用范围。其中，空心微球浮力材料的最低密度极限是0.5g/cm3,复合轻质浮力材料的最低密度极限是0.32g/cm3,而化学发泡浮力材料的最低密度极限是0.24g/cm3，这些极限值不包括用于海面浮力的材料。且上述极限值仅仅是理想值，在实际情况中较难实现。目前，空心玻璃微珠浮力材料是国内外报道最多的一类固体浮力材料，已成功地应用于深海载人潜水器的制备当中。

三．制备方法

制备浮力材料的方法通常有浇注法、真空浸渍法、液体传递模塑法、颗粒堆积法以及压塑法等。其中浇注法和液体传递模塑法填充量较低，制品的密度较大；而其他方法虽然填充率都较高，但也都有各自的应用限制。真空浸渍法生产规模有限，制造大型产品困难；颗粒堆积法要求基体为粉末，且树脂含量较低，产品的强度也会因此降低；压塑法是较为理想也是目前最常用的成型方法，但空心玻璃微珠在一定压力下会破碎，因此对控制成型压力的要求十分严格。总之，研发高性能的空心玻璃微珠，做到用最少的胶黏剂将其粘结成型，以获取最大的η和φ值，是制备低密度空心玻璃微珠浮力材料的主要研究方向。

四、国内外发展概况

1.国外技术发展概况

美、日、俄等国家从20世纪60年代末开始研制高强度固体浮力材料，以用于大洋深海海底的开发事业。美国海军应用科学研究实验室研制的轻质复合材料，当密度为 0.35 g/cm3时，抗压强度 5.5 MPa。美国洛克希德导弹空间公司研制的深潜用 SPD(Submersible Deep Quest)级轻质复合材料，密度为0.45～0.48 g / cm3，压缩强度 25 MPa，可潜水深2430 m。美国艾默生和康明复合材料公司(简称ECCM)最近开发了 TG和 DS 型两种新型的两相复合泡沫材料。TG 型材料，密度在0.38～0.45g/cm3，可以在0～4000 m水深区域使用;DS 型材料的密度则在 0.5～0.56g/cm3，最大使用深度超过11000 m。其中TG 型新型两相复合泡沫材料由于密度小，具有更好的耐压性能及安全性，所以正逐渐取代三相复合泡沫材料在0～4000m水深的应用.虽然TG和DS型两相泡沫属 ECCM公司的核心技术,无法查询到相关制备方法，但它们作为空心玻璃微珠与聚合物树脂的复合物，性能的改善必然与这两种原料及其复合工艺有关。

日本海洋技术中心对固体浮力材料的研制开发大体上分三个时期，第一个时期是1970年水深300 m的潜水作业;第二个时期是20世纪80年代初研制载人深潜器“深海6500”;第三个时期是1987年开始研制10 km深的水下机器人。俄罗斯目前也研制出用于6km水深固体浮力材料，密度为0.7 g/cm3，可耐压70 MPa。

美国、日本和俄罗斯等国家已经解决了水下6000m用低比重浮力、材料的技术难题，并已形成系列标准。客户可以选用标准部件，也可根据需要提出要求，由公司的专业人员根据使用条件，设计满足耐压要求的各种复杂形状的结构件。固体浮力材料的主要制造商有: 美国的 Emerson ＆ Cuming 公司，Flo-tec 公司;欧洲 Flotation Technologies 公司;英国的 CRP 集团;乌克兰国立海洋技术大学等。研制的固体浮力材料密度从 0.35～0.7 g / cm3不等，压强度 5.5～90 MPa 不等。

2.国内技术发展概况

相对于美国、日本、俄罗斯等深潜技术发达的国家而言，我国深海用固体浮力材料的研究开发起步较晚，与发达国家存在较大差距。国内前期研制的浮力材料一般采用聚氨酯泡沫、环氧树脂泡沫或其他发泡塑料，与国外同等材料相比，成本低，但耐压强度低，浸水一段时间后，会吸水，失去浮力，使用可靠性差，最大工作深度400 m左右。

国内浅海固体浮力材料采用软木、浮力球、浮力筒及合成泡沫塑料或合成泡沫橡胶，所用合成泡沫塑料的密度为0.5~0.6g/cm3，抗压强度为4MPa，深海用固体浮力材料尚无单位研制。

1984 年哈尔滨船舶工程学院研制成功了我国第一代固体浮力材料，称它为泡沫复合材料。它主要采用空心树脂球、空心玻璃微珠、环氧树脂制成。密度为 0.55g/cm3，抗压强度为28.87MPa。用这种方法制作的固体浮力材料，货源有困难，价格昂贵，未能实现工业生产。

原化工部海洋化工研究院于1995年研制开发了化学发泡法轻质复合材料，密度为0.33g/cm3，可潜水深500m，已成功地应用于水下机器人、潜水钟及拖曳天线等深潜用途中，并对1 km、2 km 用可加工轻质复合材料进行了探索试验，取得了突破性进展。

青岛海洋化工研究所开发的SSB-300固体浮力材料，由闭孔聚异氰酸酯-噁唑烷酮泡沫作为芯材，100%固含量喷涂聚脲弹性体（SPUA）作为包裹层组成，适用于水下ROV系统、各种潜器、海底电缆铺设等领域。该材料的密度为0.2-0.35g/cm3，最高破坏强度为7.0MPa,工作压力位0-4.5MPa，4.5MPa静水压下形变率小于0.5%，包覆层抗水渗透性好，耐盐雾、耐老化、耐海水，抗冲击、耐磨损，物理性能优异。SSB-300固体浮力材料芯材的制备：将A、B双组分料混合均匀后，脱泡，导入模具中固化成型。喷涂包覆层要将芯材完全均匀的敷盖，喷涂施工时，环境温度必须高于露点3℃以上，一般应在5℃以上。

目前研制的可加工轻质复合材料，当密度为0.55g/cm3时，可耐压50MPa，用于4.5～5.0km 水深。海洋化工研究院研制的可加工轻质复合材料已经在潜艇救生浮标、水下采矿机、潜艇拖曳天线、潜艇救生舱、潜艇信号浮标、水下机器人、海洋潜标、海底释放浮球等领域得到广泛应用。

2000年国家海洋技术中心开始进行高强度轻质浮力材料的研究，目前已经在配方、工艺、成型技术等核心关键技术方面取得了突破，研究开发的高强度轻质浮力材料已在航天、海洋、国防等诸多领域中得到了广泛的应用。国家海洋技术中心高强度轻质浮力材料性能指标: 密度0.28～0.52g/cm3，抗压强度 5.0～25 MPa，可潜深度500～4000 m，吸水率≤1%，使用温度－45～80℃。

王啟峰，孙春报等采用空心玻璃微珠填充环氧树脂研制固体浮力材料，实验中采用堆积密度0.2～0.4g/cm3，耐压强度小于10MPa 的空心玻璃微珠填充 WRS6101 环氧树脂固化体系，可以获得密度0.61 g/cm3、轴向压缩强度40 MPa 以上的复合材料。

通过以上例子，我们可以得出结论：国内对于固体浮力材料的研究已开展多年，并取得了一定进展。但是，总体而言，浮力材料的密度及耐压强度仍与国外有一定的差距。特别是在制备过程中，采用的多为密度大、强度低的微珠，难于有效降低复合泡沫的密度，也不能进一步提升其强度。3.浮力材料的关键技术-——空心玻璃微珠的研究现状

由于对强度要求较高，所以深潜用固体浮力材料一般采用浮力调节介质（如空心玻璃微珠，毫米级中空塑料球，毫米级空心玻璃球）与高强度树脂复合而成。其中，空心玻璃微珠是最主要的浮力调节介质。特别是在大深度的深海领域应用时，为保证浮力材料具有较高的耐压强度和较大的安全可靠性，往往只能采用空心玻璃微珠与聚合物复合的复合泡沫（syntactic foam，指空心球与粘结料混合而成的泡沫材料）。同时，为获得低密度复合泡沫，提高其浮力，空心玻璃微珠的体积含量都较高，达到60％—70％。因此，空心玻璃微珠对深潜用固体浮力材料的性能具有重要的影响。可以说，只有在制备出低密度、高强度的空心玻璃微珠基础上，才能获得理想的固体浮力材料。

目前，空心玻璃微珠的生产技术主要由国外几个大厂家掌握，如3M、PQ、Emerson及日本的旭硝子公司等。特别是美国的 3M 公司，他们制备的空心玻璃微珠已有多种规格、品种，也有专门用于制备深潜用浮力材料的漂浮系列微珠。该类型的空心玻璃微珠粒子密度一般小于0.2g/cm3，强度则大于7MPa。最近，3M还报道了一种新型号的空心玻璃微珠，其密度为0.6g/cm3，耐压强度超过200MPa，完全可以承受注射、挤出等成型加工过程中的剪切应力。

我国从上个世纪90年代开始开发空心玻璃微珠生产技术，最早由秦皇岛玻璃厂花费数千万人民币引进国外技术，主要采用硅酸钠、硼酸作为主要原材料，利用喷雾干燥工艺造粒，最后经过高温热处理制造出空心玻璃微珠，该项目生产出的产品质量较低。目前国内大多是以此工艺技术为基础生产空心玻璃微珠，此方法生产的空心微珠品种少、强度低、化学稳定性差，只能应用对空心玻璃微珠性能要求不高的行业，为此我国一直向国外寻求高质量空心玻璃微珠的生产技术，但是由于国外一些大公司对技术的垄断，使引进工作进展困难，到目前为止，国内高性能空心玻璃微珠完全依赖进口，大大限制了相关应用行业的发展。国产空心玻璃微珠仍以低强度的高碱含量微珠为主。该微珠的密度尽管符合深潜用固体浮力材料的要求，但强度太低（一般小于4MPa），耐水性也极差（溶于水）。因此，以其为基础制备的固体浮力材料很难满足深潜需求。为了尽快扭转这种现状，开发低密度、高强度空心玻璃微珠的制备新工艺已刻不容缓。

当然，经过科研人员20多年的努力，我国空心玻璃微珠的研发也取得了一些进展，目前已有10多个科研单位以及工厂从事空心玻璃微珠的生产和研制工作。其中由中美投资兴建的北京玻璃二厂自动化玻璃微珠生产线于1998年11月投产，年产量达3000ｔ吨以上，其产品除部分供国内市场外，绝大部分销往国际市场。河北秦皇岛秦玻集团所属的秦皇岛市玻璃微珠厂是国内少数能够工业化生产空心玻璃微珠的专业单位，该厂从德国引进全套设备进行空心玻璃微珠的生产，一些产品的主要技术性能指标已接近或达到了国外同类产品的先进水平。虽然我国已经有一些相关的研究成果，但是只有少数单位能够自主生产空心玻璃微珠，且年产量尚不足万吨。同时，产品的品种较少，规格不齐全，主要以工业抛光珠以及研磨介质微珠为主，对于一些有特殊性能的、适用于特定场合的空心玻璃微珠，如电子级的、高强级的、海洋级的以及各种不同粒径的空心玻璃微珠我国尚不能自主生产，相关的研制技术有待进一步的深入研究。

目前，国内主要生产企业有：汇精亚纳米新材料有限公司，北京微纳超细材料有限公司，青岛海瀚亚纳米新材料有限公司，廊坊市澳澜玻璃微珠有限公司，河南省信阳海平玻化微珠有限公司，天津大港油田四益玻璃制品厂（上述企业产品性能参数略）。此外，秦皇岛三联瑞森玻璃珠有限公司、东营万佳轻质材料厂、唐山市丰润区阳光微珠制造有限公司、山东德润机电设备制造有限公司空心玻璃微珠研究所、深圳市迅泰实业有限公司和深圳市华尔纳特种材料有限公司等单位也在研制生产空心玻璃微珠。

北京航空航天大学粉体技术研究所北京市重点实验室与深圳空微特种材料有限公司合作开发的多功能空心微珠材料主要特性如下：粒度细小、中空球形、抗压强度高、耐火度高、电阻率高、耐腐蚀、热传导系数低、收缩率小。其主要成分为二氧化硅和三氧化二铝，主要物相组成为莫来石、石英和矽线石。经表面改性处理后，与高分子材料、涂料等基体材料结合好、相容性好。

秦皇岛市玻璃微珠厂生产的空心玻璃微珠是由硼硅酸盐原料制成，粒度为10~250um，壁厚为1~2μm的空心球体。该产品具有质轻、热导率低、强度高化学稳定性好等特点，其表面经过特殊处理，具有亲油憎水性，非常易于分散于树脂等有机材料中。鉴于高强度浮力材料的深水应用，第七一五研究所张德志在2003年曾对由北京塑料研究所开发的内填充玻璃微珠高强度复合材料做了静水压实验。在静水压65MPa下，保压3小时，无形变，吸水率增重2%。由此可见，在借鉴国外技术的基础上，进一步加强攻关力度，将会解决耐高静水压低渗透率浮力材料的国产化难题。

五、回顾与展望

从文献资料报道的国内外固体浮力材料技术发展情况分析，目前介绍最多的材料是复合泡沫材料，多采用玻璃微珠复合泡沫材料和轻质合成复合泡沫材料，密度为 0.4 ～0.6 g/cm3。低密度型(d≤ 0.3 g/cm3)，可提供大净浮力的固体浮力材料可采用化学发泡法制备。但全潜式的应用例极少见报道。为达到密度≤0，3g/cm3，同时满足耐压5.5MPa，即500m水深的要求。化学泡沫塑料技术和工艺上面临着强度和可靠性不够以及组面材料的选择和工艺技术两个难题。而且我国在固体浮力材料的研究过程中，高强度复合材料密度都较为偏大，难于提供高载荷、高耐压的大深度浮力材料，因此这部分材料便只能依赖于进口。

通过对比国内外浮力材料的研究开发现状，我们不难发现，我国目前浮力材料领域存在的主要问题是：

1.主要原料高强空心玻璃微珠依赖进口 2.人们对浮力材料制备工艺的认识不足 3.浮力材料的成型固化技术研究不够深入 4.深海浮力材料没有形成生产能力 5.没有权威的检测机构和标准

综上所述，固体浮力材料是一种高技术化工新产品，是一种新型深潜用复合材料，具有很大的适应范围。其低密度型可用于提供较大的净浮力，高密度型可用于深潜，或者将两者的优势结合，这为深潜器的设计提供了很大的方便。为解决上述问题，首先我们需要做的便是研发更轻更强的高性能空心微球。其次，基体的研制也是不可忽略。因为基体对玻璃微珠不仅起到粘结的作用，更起到支撑的作用，对材料的性能有着不容忽视的贡献。而基体的性能不仅受到其组成成分的影响，还与固化成型工艺及采取的其他措施有关，这就需要研究人员进行大量反复的实验验证，任务非常艰巨。研发更高性能的树脂基体对国内先进浮力材料的研制有着非常重要的意义。另外，国家及政府相关部门应加大对于空心球玻璃微珠研究开发的投资，大力支持对于浮力材料的研究与开发。总体来说，我国目前固体浮力材料的发展方向应该是：加大高性能空心微球的研制，同时研发轻质填料和低密度高强度的黏合剂，优化复合工艺，从而研制出密度低、耐压高、可切割的固体浮力材料。

从“蛟龙”号看我国深海浮力材料的发展

“蛟龙”号载人潜水器是中国自行设计、自主集成并独立完成海试的具有国际上最大下潜深度——7000m的尖端产品。

“蛟龙”号是多种高科技、进步材料的集成，其外壳由高强度的固体浮力材料制作而成。该固体浮力材料是由青岛海洋化工研究院自主研制生产。“九五”以来青岛海洋化工研究院承担了“蛟龙号’’浮力材料国产化的研制任务。目前已经形成从水面到水下一碗米全海深用系列化浮力材料制品。研发的产品具有密度低。抗压强度高、耐静水压高、吸水率低且稳定、可机械化加工、耐候性好、对环境无污染等优良特性，性能达到了国际先进水平，在为深海运载作业装备提供正浮力、保证深潜器财产及生命安全等方面发挥关键性作用。

从“蛟龙”号海试任务的圆满完成，也让我们看到了中国浮力材料研制和开发的希望。尽管国外仍对我们保持着技术的垄断。但相信在国内众多研究学者的不懈努力下，我们一定能够实现固体浮力材料的完全国产化，同时满足我国各种水下运载系统、海洋观测系统、海底空间站、海洋石油勘探开发等领域对固体浮力材料的需求。

参考文献

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我国感光材料的现状 篇2

关键词：新型化工材料,发展现状,问题,对策

随着社会经济的发展, 原始的化工材料已不能满足当下的生产需求, 为获得更有效、快速的发展途径, 实现又快又好的经济发展模式, 人们对化工材料作出了新的探索, 并取得了一定的成就。不断被研发出来的新型化工材料随之被应用到各个领域当中, 进一步促进了社会的全面发展。但是目前的新型化工材料发展依然存在一些有待改善的情况, 本文试图通过对新型化工材料的应用发展现状的分析, 找出能够改善甚至解决新型化工材料在应用与发展中的问题的措施。

1 新型化工材料的定义、影响与范畴

1.1 新型化工材料的定义与影响

新型化工材料通常被称为化工新材料, 是指采用化学合成的方法生产出的新材料, 和在化工新材料的基础上经过二次加工形成的复合材料。作为一种技术含量高、价值高的知识、技术密集型的科技产物, 化工新材料涉猎的领域十分广泛, 包括信息、能源、生物、医药、建筑、航空等领域, 新型化工材料在一定程度上对国民经济的发展起到了促进作用。

1.2 新型化工材料的范畴

新型化工材料的范畴主要涵盖四类, 分别是氟硅材料类, 石化基新材料类, 生物新材料类, 以及复合化工新材料类。这四类新型化工材料又包括了工程塑料、合成橡胶、生物降解塑料等化工新材料。氟硅材料型新型化工材料主要运用了氟和硅, 利用这两种物质的特性来生产相关的产品。石化基新材料与石油化工行业息息相关, 把石油作为生产的基础, 结合碳氢氧元素来生产新材料, 在所生产出来的新材料中部分含有其他元素, 属于合成材料。生物新材料类的生产围绕生物物质资源展开, 将生物物质资源与生物化工分别作为生产的原料和材料。复合化工新材料类主要继承了传统复合材料将各种材料进行结合, 以长补短的方式来进行生产。

2 新型化工材料的应用发展现状

社会的发展与技术的进步, 使各种新型化工材料以雨后春笋般的速度出现;且材料种类齐全, 在很多领域都有一席之地。在日常生活中, 广泛应用到化工新材料中的生物降解塑料。这种生物降解塑料多用于日用、医用塑料, 以及做包装用的塑料, 这是生物降解塑料最主要的用途。除此之外, 在建筑行业和农业, 以及工业中也经常出现生物降解塑料的身影, 在这些行业的相关制品的生产中也投入了生物降解塑料的使用。而在电子设备和汽车制造上, 氟硅材料的应用则较为普遍。氟橡胶等新型化工材料对加强汽车轮胎等橡胶制品的性能有很大的帮助;改善电子设备中的平板等显示类物品也可借助氟的力量来实现;此外, 在农业和医药业上, 还开发了或正在不断开发低毒的含氟农药和含氟医药。而其他一些精密的电子设备仪器, 在长期的发展中一直有赖于硅物质才得以顺利发展。这些都是在我们日常生活中比较常见的应用新型化工材料的例子, 而新型化工材料并不止被运用到这些方面, 还有航空、航天、能源、信息等诸如此类的领域当中。新型化工材料的巨大潜力使得它拥有一个广阔的市场和良好的发展前景, 并且, 各行各业为了对新型化工材料作进一步的开发, 从而获得行业发展的新动力与可观的经济效益, 不断投身到相关的研究当中, 因此, 新型化工材料才能拥有一个优越的发展环境, 新产品不断被开发, 并应用到相应的领域, 促进这些领域的快速发展。

3 新型化工材料应用发展中的问题及对策

3.1 发展中的问题

新型化工材料的发展环境、前景固然好, 但是在此过程中, 过于高速的发展以及发展中的一些不当措施、不利因素都对新型化工材料的健康发展产生了一些负面影响。

目前市场对新型化工材料的需求仍然较大, 但是我国却在某些方面的新型化工材料供应上出现供给能力较弱的情况。这是因为我国的经济发展虽然保持着一个较快的速度, 但是对比一些发达国家而言, 起步较晚, 包括对新型化工材料的开发与研究。这使得我们的技术力量方面比较薄弱, 在新型化工材料的开发上不占优势, 最终导致了供不应求或者无法供应的局面。对此, 我们只能采取从国外进口的方式来解决。虽然这样一来问题得到缓解, 但是仍改变不了我们对国外产品的依赖现状。

此外, 受到新型化工材料带来的巨大经济效益诱惑, 越来越多的公司企业加入到开发新型化工材料的行列中, 虽然这在一定程度上来说是重视新型化工材料开发的好现象, 但是这些企业并不都是掌握了高端技术的企业, 它们的起点低, 资金较少, 甚至没有接触过新型化工材料的研发, 因此出现了各企业的研发项目雷同的局面。不仅如此, 这些企业还把研发的重心放在较低端的新型化工材料开发上, 致使市场上新型化工材料产品重复率高且泛滥, 无法提高经济效益, 也不能促进新型化工材料行业的进一步发展。并且, 在这样重复开发的情况下, 还容易出现知识产权上的纠纷, 这对企业和化工新材料的发展都有影响。

除了这些技术和企业方面带来的问题, 新型化工材料的研发还面临着资源的匮乏和环境污染问题。人类社会对资源的依赖性不言而喻, 没有自然资源, 人类不可能实现各方面的发展。新型化工材料的开发同样依赖着自然资源, 例如以石油作为发展基础的石化基新材料, 目前我们掌握的技术不足以让这类新材料脱离石油进行生产, 而这造成了对石油的大量开发和利用;石油问题是我们当前面临的比较严峻的能源问题之一, 这种程度的损耗, 不利于石油行业的可持续发展。并且, 新型化工材料在开发过程中也运用到其他资源, 还造成了一定的污染, 因此当前的发展模式仍需要进行完善。

3.2 相应对策

对于我国在某些新型化工材料上依赖进口的问题, 除了增强我们对技术研发的投入别无他法。国家应该对新型化工材料投入更多的人力、财力和物力, 我们的新型化工材料研究起步较晚, 目前在一些方面自然是不能与发达国家相比, 但是正因为如此, 我们才需要加强研究。首先要广纳人才, 其次加大对新型化工材料薄弱环节的投资, 保障这些人才能够在有利的条件下进行开发研究, 至少要保证不会出现因资金、物力不足而被迫中止项目的情况。最后还要不断学习和借鉴一些先进技术。如果要改变这种被垄断的局面, 就只能靠我们自己进行自主研发, 因此, 绝不能忽视对这类项目的投入。

而对于扎堆进行重复生产的企业, 国家应当出台相应的政策, 加大对知识产权的保护力度, 明确侵犯知识产权的处理办法, 以限制一些企业为了单纯的经济效益而侵犯知识产权的行为, 如若发现, 应当予以严惩。并且, 企业创始人、管理者应该用长远的目光看待企业的发展, 明白仅靠这样低端的, 盲目的生产模式, 一味随波逐流, 是不可能为企业带来真正的经济效益的。

最后要加强对资源的使用管理, 重视对环境的保护。研发新型化工材料对资源产生的消耗不可避免, 但是却可以减少资源的浪费行为。这要求企业在研发过程中, 要不断改善研发技术, 严格控制研发、生产环节中对资源的使用, 最大程度的避免浪费。而在生产过程中, 也要建立相关的管理制度, 控制污染物质的排放, 或利用科学技术减少生产过程中有害物质的产生, 对一些污染严重的企业, 要采取关闭进行整顿的措施, 整顿后符合要求再予以开放。

4 结语

新型化工材料的出现给我们带来了巨大的效益, 在一定程度上促进了社会的转型和发展, 但对于在发展中存在的一系列问题不能忽视, 而是要积极寻求解决的方法, 实现社会的良好发展。

参考文献

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[2]季丽娜.浅析目前我国高分子化工材料的发展现状[J].化工管理, 2013 (12) :8.

[3]程慧敏, 汪卫国, 李传贵.探索化工园区新型安全发展道路[J].现代职业安全, 2014 (01) :76-78.

我国保温材料现状及发展 篇3

[关键词]保温材料；复合；绿色环保

据有关部门估计，我国每年城乡新建房屋建筑面积近20亿平方米，其中80%以上为高能耗建筑；既有建筑近400亿平方米，95%以上是高能耗建筑。目前我國单位建筑面积能耗是发达国家的2-3倍以上。据建设部预测，未来10年我国建筑业发展速度仍会高于国民经济的发展速度，其中住宅建设也将处于增长型发展时期。预计“十一五”期间，全社会房屋竣工面积将达到90亿平方米，其中新建住宅将达到60亿平方米以上。按照《建筑节能标准》要求，如此巨大的建筑工程量，将带动建筑保温材料市场的蓬勃发展。

目前，我国用于建筑外保温的节能材料种类较多，主要有：岩物棉板、聚苯乙烯泡沫塑料板、发泡水泥、新型膨胀珍珠岩保温系统、聚苯颗粒保温料浆等。由于我国各地经济发展、资源分布不平衡，导致以上保温材料在我国不同地区有不同程度的应用。我国的保温材料市场还普遍存在技术水平低、低档产品多的现状。但可以看到，我国正大力发展保温技术，研发生产质量稳定可靠的产品，组建专业工程队伍进行专业化施工，保温材料及技术正逐渐向高效率、高性能、高环保的方向发展。以下先介绍现今我国正不同程度应用的各类保温材料。

一、我国保温材料简介

1.聚苯乙烯泡沫塑料板

聚苯乙烯泡沫塑料板是以聚苯乙烯树脂为主要原料，经发泡剂发泡而制成的内部具有无数封闭微孔的材料。其表观密度小、导热系数小、吸水率低、隔音性能好、机械强度高而且尺寸精度高、结构均匀，主要应用有聚苯板、钢丝网架夹芯复合内外墙板、金属复合夹芯板。虽然聚苯板作为保温材料在使用中具有良好的保温效果，但由于板材的特点使得聚苯板在施工中与主体连接时是以点固定为主、面固定为辅，板材之间要进行必要拼接、黏结，不适应外形较复杂建筑物的保温，施工工艺较复杂、综合成本高。同时，由于聚苯板的憎水性与常规的亲水性材料不适应，导致其面层以外的后续施工质量不易保证，容易出现面层砂浆开裂、脱落、空鼓等质量问题，对建筑物的外装饰如面砖、涂料的施工构成了很大的制约。

2.发泡水泥

使用发泡水泥制作保温层，用于屋面保温和外墙保温，与聚苯乙烯板等其他隔热材料相比，导热系数较高，但是发泡水泥与结构层的附着性能较强，施工较方便、环保性较好。采用发泡水泥作为屋面保温隔热材料，使得隔热层与楼板基面之间结合附着性能大大提高。过去大多数地暖施工中采用苯板做隔热层，不能与原基面很好地结合，更没有有效的附着力，造成脱层、空鼓、龟裂等。采用发泡水泥体作为保温隔热层，使发泡水泥隔热层与原楼板细小凸凹不平的基面填平，并可抓实、抓牢形成强有力的附着性能。施工后使原有面层基本达到水平程度，给下道工序带来方便，并可保证面层薄厚均匀的整体效果。

3.新型膨胀珍珠岩外墙外保温系统

膨胀珍珠岩是一种传统的建筑保温材料，应用非常广泛。上个世纪，由于膨胀珍珠岩吸水率较高，在墙体温度变化时，珍珠岩因吸水膨胀产生鼓泡开裂现象，降低了材料的保温性能。另外，由于珍珠岩保温材料多出于珍珠岩与水泥结合体，就出现了难以解决的强度与导热系数的矛盾，这给其作为建筑保温材料带来了致命的缺陷。国家建设部一度下文限制使用膨胀珍珠岩作为内保温浆料。科研人员经过几年的科研攻关，先后成功研制了闭孔珍珠岩和玻化微珠。闭孔珍珠岩加工工艺是采用电炉加热的方式，‘通过对珍珠岩矿砂的梯度加热和滞空时间的精确控制，使产品表面溶融，气孔封闭，内部保持蜂窝状结构不变。闭孔珍珠岩克服了传统膨胀珍珠岩吸水率大、强度低、流动性差的特点，延伸了膨胀珍珠岩的应用领域。

玻化微珠，是一种无机玻璃质矿物材料，经过特殊生产工艺技术加工而成，呈不规则球状体颗粒，内部多孔空腔结构，表面玻化封闭，光泽平滑，理化性能稳定，具有质轻、绝热、防火、耐高低温、抗老化、吸水率小等优异特性，可替代粉煤灰漂珠、玻璃微珠、膨胀珍珠岩、聚苯颗粒等诸多传统轻质骨料在不同制品中的应用，是一种环保型高性能新型无机轻质绝热材料。从以下产品主要性能对照，就可以根据不同理化性能分别加以应用。

二、我国保温材料的发展

以上保温材料在我国建筑保温施工中都有不同程度的应用，因为我国幅员辽阔，保温原材料分别不均，生产力发展不平衡，在选择保温材料时，各地都有不同的考虑。但就其综合性能来讲，聚苯乙烯泡沫塑料板的应用较广，它保温效果好、成本低，但施工性能差、强度低、与基体结合不牢的缺点突出，该材料仍有待提高。作为新型复合保温材料的代表，聚苯颗粒保温料浆正得到不断的推广和应用，它结合了水泥的施工优点和高分子材料的保温优点，再配以引气剂、憎水剂等外加剂，综合性能尤为突出，应用前景非常广阔。目前，发达国家在浆体保温材料研制开发方面，以轻质多功能复合浆体保温材料为主。此类浆体保温材料的各项性能较传统浆体保温材料明显提高，如具有较低的导热系数和良好的使用安全性及耐久性等。同时，这类复合浆体保温材料又具有优异的功能性，如无氟里昂阻燃型聚氨酯泡沫复合浆体保温材料、超轻质全憎水硅酸钙浆体保温材料等，可以满足不同使用条件的要求。此外，国外非常重视保温材料工业的环保问题，积极发展“绿色”保温材料制品，从原材料准备（开采或运输）、产品生产及使用，日后的处理问题，都要求最大限度地节约资源和减少对环境的危害。

三、结语

随着国际保温建材的发展，我国保温材料的发展应综合考虑相关因素，如经济水平、生产原料、施工技术等，力求提高保温效果，提高施工效率，减少能源消耗，减少环境污染和温室效应。

参考文献：

[1] 赵长旭. 我国保温材料现状及发展. 西安：西安电子科技大学出版社，2006.1.

[2] 刘万菊. 我国保温材料的研究与分析. 北京：机械工业出版社，2006.10.

[3] 高勇等. UG NX 中文版数控加工基础教程.北京：人民邮电出版社，2006.4.

[4] 郑焕文. 机械制造工艺学. 北京：高等教育出版社，1994.

我国感光材料的现状 篇4

编者按：2011年9月7日，在哈尔滨召开的第一届中国国际新材料产业博览会上，进行了化工新材料发展经验交流，石油和化学工业规划院史献平副院长作了《“十二五”化工新材料发展战略研究》报告。本文摘要刊登有关内容，供省内有关领导和部门参考。

一、我国化工新材料行业的现状

2010年，我国化工新材料产业的总产值约为1700亿元，其中新领域的高端化工材料约占51%，二次加工的化工新材料约占44%，而传统化工材料的高端品种仅占5%。初步形成了包括研发、设计、生产和应用各门类较为齐全的产业体系。部分关键技术取得突破，包括：有机硅和有机氟、工程塑料、特种橡胶等。在新能源、汽车、高端装备制造、节能环保等领域形成了较大规模的市场。我国氟材料的基础资源萤石资源较为丰富，具有一定的资源优势，年产量占全球总产量的50%；有机硅生产所需的工业硅产量也约为世界总量的一半，一半以上的工业硅出口。

二、当前新材料行业存在的问题和差距

一是总量供应不足。2009年，我国化工新材料的国内自给率仅约为60%，严重依赖进口，特别是工程塑料、特种橡胶等石化基新材料的自给率仅约为33%，而且工程塑料产量中外资企业比重很高。

二是以低档产品为主，难以满足高端市场要求。目前国内生产的化工新材料主要是低档产品，而中高档产品主要依靠进口，例如进口的聚四氟乙烯约为出口同类产品价格的两倍，进口的聚甲醛等工程塑料的价格也远高于国内企业特别是本土企业产品的价格。

三是主要生产通用型产品，缺乏针对细分市场的专用型产品。根据细分市场的不同要求，可通过调整工艺参数、特殊单体共聚改性等方法生产针对性的专用型化工新材料产品，但我国生产的化工新材料主要是通用型产品，缺乏针对细分市场的专用型产品，例如在四大类有机硅材料（硅橡胶、硅油、硅树脂、硅烷偶联剂）中，发达国家有6000-8000个品种和牌号，而我国不足100种。

四是部分环保型产品的市场尚处在发育初期。因为我国尚未对不能生物降解的普通塑料征收环境税，可降解塑料与传统塑料相比使用成本偏高，可降解塑料的市场尚处在发育初期；作为发展国家，我国目前使用的ODS替代品仍以针对臭氧层有较小破坏作用的HCFCs为主未来需要逐渐使用对臭氧层完全没有破坏作用的HFCs替代。

五是新技术开发水平较低。我国化工新材料研发力量薄弱，特别是工程化水平更低，致使一些主要产品的技术长期得不到突破，如聚甲醛、聚碳酸酯，丁基胶等。

六是应用技术服务和市场培育还是薄弱环节。

三、我国化工新材料产业面临的机遇

一是产业结构调整和战略性新兴产业的发展为化工新材料产业提供了市场空间。“十二五”期间新能源产业中风电装机达到7000万千瓦；太阳能发电能力500万千瓦；核电开建能力4000万千瓦，将需要：高性能玻璃纤维50万吨、高性能合成树脂90万吨、多晶硅4万吨；2015年新能源汽车产销将超过50万辆，将需要：电池隔膜1亿平方米/年，六氟磷酸锂1000吨/年，汽车轻量化将需要大量合成树脂代替钢材和玻璃，高端装备制造（航天、航空及海洋工程）、新一代信息技术、节能环保、生物产业等行业的发展将大大促进对化工新材料的需求；

二是国民经济发展方式的转变将促进化工新材料产业发展。包括：扩大内需提高人民生活水平，低碳及绿色发展，城镇化水平提高等；

三是国家鼓励创新政策将推动化工新材料生产技术取得突破。

四、“十二五”化工新材料产业发展目标

一是满足国家战略发展和产业结构调整需求，扩大我国化工新材料产业规模。提高市场自给率：国内市场自给率从2009年的大约62%提高到2015年的大约81%，到2020年国内自给率超过90%。扩大产值规模：规划到2015年我国化工新材料产业的产值达到约3498亿元，年均增长率约为16%，约为同期GDP增长速度的二倍。

二是提高技术水平，强化满足高端需求能力。加大研发经费投入，提高创新能力。重点企业研发投入占销售收入的比重要达到5%以上。到2015年使我国化工新材料的整体技术水平与发达国家的差距缩小到10年以内，达到本世纪初的国际先进水平，拥有一批具有自主知识产权的核心技术；到2020年使我国化工新材料产业的整体技术水平接近发达国家。产品结构由通用型向满足专用及高端需求发展。

三是提高产业集中度，建设一批重点工程，培养一批骨干企业。根据市场需求和技术成熟程度，考虑在碳纤维、特种橡胶、高性能膜材料及氟硅材料等领域建设一批重点工程。到2015年每个化工新材料领域形成2～3个主营业务特色鲜明，具有较强行业带动力和市场竞争力的骨干企业。

五、“十二五”化工新材料产业发展重点：

（1）工程塑料：

技术目标：加快通用工程塑料的自主技术研发，突破国外技术垄断；加快特种工程塑料产业化进程，力争“十二五”期间实现2至3个品种产业化；淘汰落后装臵和工艺技术，采用新技术改造现有装臵提高装臵开工水平。

质量目标：提升产品质量、增加品种牌号，行业标准国际化。

企业建设目标：培育一批有行业带头作用的骨干企业，支持拥有自主知识产权的重点企业。

产业链建设目标：加强原料配套、助剂生产、应用开发等工作，完善产业链体系。

新建产能目标：尼龙：28万吨/年，聚碳酸酯：23万吨/年，聚甲醛：14万吨/年，聚对苯二甲酸丁二醇酯：17万吨/年，聚苯醚：3万吨/年，特种工程塑料：1万吨/年。

（2）特种橡胶：

结构调整目标：优化资源配臵，合理调整产品与产业结构，向多品种、经济规模化方向发展。未来重点发展丁基橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、SIS弹性体、热塑性聚氨酯弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体、丙烯酸酯橡胶等胶种。

技术开发目标：加快丁腈橡胶、乙丙橡胶等的自主技术研发；加快拥有自主技术产权胶种（如丁基橡胶）的工业技术推广，扩大市场占有率；加快部分精细胶种的产业化进程，力争2-3个品种实现工业化；加快氯丁橡胶等装臵的节能降耗技术改造，降低氯磺化聚乙烯等品种污染物排放水平。

新建产能目标：丁腈橡胶：10.6万吨/年；丁基橡胶：28.5万吨/年；乙丙橡胶：18万吨/年；氯丁橡胶：4万吨/年；丙烯酸酯橡胶：0.9万吨/年；氯化聚乙烯橡胶：1万吨/年；热塑性聚氨酯弹性体：4.5万吨/年；苯乙烯类弹性体：4.6万吨/年；聚烯烃弹性体：2.5万吨/年；异戊橡胶：8.8万吨/年；其它品种：0.7万吨/年。

（3）高性能纤维：

碳纤维：选定3-5家企业，进行持续的碳纤维技术研发工作，开发系列牌号碳纤维产品，至2015年碳纤维产能达到1万吨以上。提高单线生产能力，突破关键技术、实现成套设备国产化，降低投资成本。强化热能的综合利用及废气治理，实现节能降耗，清洁生产。开发“工业用途”碳纤维复合材料，争取实现一批以工业产品为目标的、上下游产业链配套的、有一定市场规模的碳纤维产业集群。

芳纶：可以在中国石化仪征化纤、中蓝晨光化工研院、河南神马公司、山东烟台氨纶、江苏兆达等企业中选择1-2家，在资金、人员等方面给予支持，以求尽快进行技术攻关，使得产品达到用户要求。2015年产能达到1吨/年。

超高分子量聚乙烯：扭转干法产品比例低的局面，通过不断发展干法工艺生产装臵，将干法产品比例提高到70%，达到国际水平。

（4）有机氟材料：

产值目标：2015年达到300亿元。

结构调整目标：聚四氟乙烯在含氟聚合物总量中的比重由目前的90%降到75%以下。加快氟烷烃制冷剂产品结构的调整，到“十二五”末，力争将HCFCs在制冷剂中的消费比例由目前的70%降低到50%以下。亦即将HFCs在制冷剂中的消费比例由目前的30%提高到50%以上。

重点建设产品：特种高品质聚四氟乙烯、高性能氟橡胶、聚全氟乙丙烯树脂、新型ODS替代品、电子级含氟精细化学品和含氟表面活性剂及其配套原料。

（5）有机硅材料：

产值目标：2015年达到600亿元。

技术目标：单套设备生产能力均达到10万吨/年以上；主产品选择性：二甲基二氯硅烷平均收率85%以上；关键性原料单耗（t/t）：硅粉0.23-0.24，氯甲烷 0.82-0.84；氯回收利用率：≥80%。重点工程： 12万吨/年高性能有机硅下游产品及其配套20万吨/年有机硅单体工程，1万吨/年苯基单体和5000吨/年苯基硅树脂。

（6）生物可降解材料：

1、采用两步法生产技术，建设3～5万吨/年规模的聚乳酸生产装臵，2015年全国至少具备10万吨/年生产能力；

2、在完善好1万吨/年PHA生产装臵的基础上，建设5万吨/年级的PHAs生产装臵；

3、实现生物法丁二酸的工业化生产，为大规模的PBS生产提供廉价的原料；

新能源材料的应用现状 篇5

新能源材料的应用现状

当前的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、新型储能材料等。新能源材料的应用可以概括为以下几个方面。

（1）锂离子电池及其关键材料 锂离子电池及其关键材料的研究是新能源材料技术方面突破点最多的领域，在产业化工作方面也做得最好。在这个领域的主要研究热点是开发研究适用于高性能锂离子电池的新材料、新设计和新技术。在锂离子电池正极材料方面，研究最多的是具有α-NaFeO2型层状结构的LiCoO2、LiNiO2和尖晶石结构的LiMn2O4及它们的掺杂化合物。锂离子电池负极材料方面，商用锂离子电池负极材料碳材料以中间相碳微球（MCMB)和石墨材料为代表。当前国内锂离子电池关键材料已经基本配套，为我国离子电池产业的更大发展创造了有利条件。

（2）镍氢电池及其关键材料 镍氢电池是近年来开发的一种新型电池，与常用的镍镉电池相比，容量可提高一倍，没有记忆效应，对环境没有污染。它的核心是储氢合金材料，目前主要使用的是RE(La-Ni5)系、Mg系和Ti系储氢材料。我国在小功率镍氢电池产业方面取得了很大进展，镍氢电池的出口量逐年增长，年增长率为30%以上。世界个发达国家都将大型镍氢电池列入电动汽车的开发计划，镍氢动力电池正朝着方形密封、大容量、高比能的方向发展。

（3）燃料电池材料 燃料电池材料因燃料电池与氢能的密切关系而显得意义重大。燃料电池可以应用于工业及生活的各个方面，如使用燃料电池作为电动汽车电源一直是人类汽车发展目标之一。在材料及部件方面，主要进行了电解质材料合成及薄膜化、电极材料合成与电极制备、密封材料及相关测试表征技术的研究，如掺杂的LaGaO3、纳米YSZ、锶掺杂的锰酸镧阴极及Ni-YSZ陶瓷阳极的制备与优化等。采用廉价的湿法工艺，可在YSZ+NiO阳极基底上制备厚度仅为50um的致密YSZ薄膜，800℃用氢作燃料时单电池的输出功率密度达到0.3W/cm2以上。

（4）太阳能电池材料 基于太阳能在新能源领域的龙头地位，美国、德国、日本等发达国家都将太阳能光电技术放在新能源的首位。美国、日本、欧洲等国家的单晶硅电池的转换效率相继达到20%以上，多晶硅电池在实验室中转换效率也达到了17%，引起了各方面的关注。砷化镓太阳能电池的转换效率目前已经达到20%～28%，采用多层结构还可以进一步提高转换效率，美国研制的高效堆积式多结复合砷化镓太阳能电池的转换效率达到了31%，IBM公司报道研制的多层复合砷化镓太阳能电池的转换效率达到了40%。在世界太阳能电池市场上，目前仍以晶体硅电池为主。预计在今后一定时间内，世界太阳能电池及其组件的产量将以每年35%左右的速度增长。晶体硅电池的优势地位在相当长的时间里仍将继续维持和向前发展。

（5）发展核能的关键材料 美国的核电约占总发电量的20%。法国、日本两国核能发电所占份额分别为77%和29.7%。目前，中国核电工业由原先的适度发展进入加速发展的阶段，同时我国核电发电量创历史最高水平，到2020年核电装机容量将占全部装机容量的4%。核电工业的发展离不开核材料，任何核电技术的突破都有赖于核材料的首先突破。发展核能的关键包括：先进核动力材料、先进的核燃料、高性能燃料组件、新型核反应堆材料、铀浓缩材料等。

（6）其他新能源材料 我国风能资源较为丰富，但与世界先进国家相比，我国风能利用技术和发展差距较大，其中最主要的问题是尚不能制造大功率风电机组的复合材料叶片材料；电容器材料和热电转换材料一直是传统能源的研究范围。现在随着新材料技术的发展和新能源含义的拓展，一些新的热电转换材料也可以当作新能源材料来研究。目前热电材料的研究主要集中在(SbBi)3(TeSe)2合金、填充式Skutterudites CoSb3型合金（如CeFe4Sb12）、IV族Clathrates体系（如Sr4Eu4Ga16Ge30）以及Half-heusler合金（如TiNiSn0.95Sb0.05）；节能储能材料的技术发展也使得相关的关键材料研究迅速发展，一些新型的利用传统能源和新能源储氢材料也成为了人们关注的对象。利用相变材料（Phase Change Materials,PCM）的相变潜热来实现能源的储存和利用，提高能效和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向；发展具有产业化前景的超导电缆技术是国家新能源领域超导材料与技术专项的重点课题之一。我国已经成为世界上第3个将超导电缆投入电网运行的国家，超导电缆的技术已跻身于世界前列，将对我国的超导应用研究和能源工业的前景产生重要的影响。

国内复合材料杆塔的应用现状 篇6

南方电网的广东电网公司于2007年针对复合杆塔的应用研究进行了立项，项目选用了加拿大RS公司的复合杆塔，其力学真型试验在中国电力科学研究院进行。同时，项目开展了包括电气性能、机械性能、老化性能等关键性问题在内的研究。

鞍山铁塔开发研制中心与鞍山铁塔厂合作，于2006年在辽宁省电力公司立项研制高强度复合材料杆塔。采用了两段插接八边形20m长杆，端部加载3t情况下，杆顶挠度为2m。常熟市铁塔有限公司曾与加拿大RS公司洽谈合作复合材料杆塔项目，但因为RS公司要求过高而未能达成一致意见。除此之外，国内已有多家生产企业开始对复合杆塔的应用进行探索研究。温岭市电力绝缘器材有限公司自1995年开始研究复合材料，研制成功了220kV及以下抢修塔（门形、带拉线）、110kV复合材料横担和杆头，其中抢修塔已经进行了多项电气和物理性能试验，并在工程中得到应用。

2009年6月，国家电网公司基建部组织了“复合材料杆塔项目启动会”，中国电力科学研究院、国网电力科学研究院与各省电力公司与设计院、材料厂家密切配合，选取了典型环境的试点工程，全面开展了复合材料杆塔的基本材料性能、老化性能（酸、碱、盐、紫外老化特性等）、电性能、淋雨、防覆冰材料、真型结构试验与构件连接技术试验、防雷接地试验等，并在部分试点工程线路上进行复合材料杆塔/复合材料绝缘横担构件运行试验（下图）。

通过国网试点工程的应用试验，清楚地认识到，输电线路跨越距离长，长期处于各种复杂的自然环境和气象条件下，输电杆塔必须满足强度、刚度、抗疲劳、耐久性等性能要求。同时，输电杆塔作为输电导线的支撑结构，必须满足必要的电气性能要求。因此，将其应用于输电杆塔中还存在以下瓶颈及制约，需要给予极大的关注：(1)材料刚度/杆体挠度问题。(2)节点连接问题/防雷接地与疲劳、可靠性。(3)热稳定性问题/自然老化问题。(5)回收/环境问题。(6)成本问题。国家电网公司拟进一步开展复合材料在输电杆塔上的应用研究，解决应用瓶颈问题。

2012年，武汉南瑞自主研制的“220kV及以下电力输送用新型复合材料杆塔”在武汉通过中国电力企业联合会组织的产品技术鉴定。鉴定委员会一致认为复合材料杆塔综合技术性能达到国际先进水平，其中基体材料和大尺寸产品的制造技术达到国际领先水平，建议产品挂网运行，积累运行经验。

复合材料杆塔的成功应用将有望解决传统输电线路杆塔闪络事故率高、运维困难、耐腐蚀性能较弱等诸多问题，同时节约土地资源，减少电网系统钢材用量，降低输电线路综合运行与维护成本，为我国输配电线路建设改造提供有力技术支撑，具有重要的应用价值。武汉南瑞在国内首次采用小角度缠绕以及拉缠工艺技术，以改性聚氨酯树脂作为基体材料研制了电力输送用新型复合材料杆塔和横担样品。经中国电力科学研究院、国网电力科学研究院电气设备检测中心检验，该样品结构设计合理，具备优异的机械性能、突出的绝缘性能、良好的耐老化腐蚀性能等特点。目前，110kV复合材料杆塔已在国家电网公司智能电网科研产业（南京）基地顺利完成立塔。

我国生物医用材料现状和发展趋势 篇7

关键词：生物医用材料,产业,发展趋势

1. 生物医用材料概述

生物医用材料(Biomedical Materials),又称生物材料(Biomaterials),是用于诊断、治疗、修复或替换人体组织或器官或增进其功能的一类高技术新材料,可以是天然的,也可以是合成的,或是它们的复合。生物医用材料不是药物,其作用不必通过药理学、免疫学或代谢手段实现,为药物所不能替代,但可与之结合,促进其功能的实现。按国际惯例,其管理划属医疗器械范畴,所占医疗器械市场份额大于40%。

生物医用材料的研究与开发必须有明确的应用目标,即使化学组成相同的材料,其应用目的不同,不仅结构和性质要求不同,制造工艺也不同。因此,生物医用材料科学与工程总是与其终端应用制品(一般指医用植入体)密不可分,通常谈及生物医用材料,既指材料自身,也包括医用植入器械。

按材料的组成和结构,生物医用材料可分为医用金属、医用高分子、生物陶瓷、医用复合材料、生物衍生材料等。按临床用途,可分为骨科材料,心脑血管系统修复材料,皮肤掩膜、医用导管、组织粘合剂、血液净化及吸附等医用耗材,软组织修复及整形外科材料,牙科修复材料,植入式微电子有源器械,生物传感器、生物及细胞芯片以及分子影像剂等临床诊断材料,药物控释载体及系统等。

尽管现代意义上的生物医用材料仅起源于上世纪40年代中期,产业形成在上世纪80年代,但是由于临床的巨大需求和科学技术进步的驱动,至今已取得了巨大的成功。其应用不仅挽救了数以千万计危重病人的生命,显著降低了心血管病、癌症、创伤等重大疾病的死亡率,而且极大地提高了人类的健康水平和生命质量。同时其发展对当代医疗技术的革新和医疗卫生系统的改革正在发挥引导作用,并显著降低了医疗费用,是解决当前看病难、看病贵及建设和谐稳定社会的重要物质基础。

伴随着临床应用的巨大成功,一个高技术生物医学材料产业已经形成,且是一个典型的低原材料消耗、低能耗、低环境污染(一个售价5000余元的药物洗脱冠脉支架,其不锈钢用量仅约等于100mg,全球不锈钢用量不超过1吨)、高技术附加值(知识成本可达总成本的50%~70%)的新兴产业,近十余年来以20%以上的年增长率持续增长。即便近年国际金融危机导致世界经济衰退,2009年美国医疗器械产业仍保持7%的年增长率,表明其发展受外部环境影响很小,对国家经济及安全具有重大意义,是世界经济中最具生气的朝阳产业。

生物医用材料是当代科学技术中涉及学科最为广泛的多学科交叉领域,涉及材料、生物和医学等相关学科,是现代医学两大支柱—生物技术和生物医学工程的重要基础。由于当代材料科学与技术、细胞生物学和分子生物学的进展,在分子水平上深化了材料与机体间相互作用的认识,加之现代医学的进展和临床巨大需求的驱动,当代生物材料科学与产业正在发生革命性的变革,并已处于实现意义重大的突破的边缘─再生人体组织,进一步,整个人体器官,打开无生命的材料转变为有生命的组织的大门。在我国常规高技术生物医用材料市场基本为外商垄断的情况下,抓住生物材料科学与工程正在发生革命性变革的有利时机,远瞻未来20~30年的世界生物材料科学与产业,着重提高创新能力,不仅可为振兴我国生物材料科学与产业,赶超世界先进水平赢得机遇,且可为人类科学事业的发展做出中国科学家的巨大贡献。

2. 国内生物医用材料产业和技术现状及发展趋势

2.1 国内产业、技术现状和发展趋势

经过近十年的发展,我国现代生物医用材料产业已具雏形,并进入高速发展阶段,其概况及主要特点如下:

(1)产业高速发展

2008~2010年我国生物医用材料的复合增长率高达30%,远高于国际市场的22%,2010年市场销售额已近100亿美元,保守估计2015年和2020年年销售额可分别达到370亿美元和1355亿美元,所占世界市场份额可从6.5%快速提升至12%和22%,10年内成长为世界第二大生物医用材料市场(图1)。

驱动我国生物医用材料产业高速发展的主要因素是:(1)人口老龄化。我国60岁以上的老龄人口持续攀升,2010年已占总人口的13.26%;2015年将攀升至15%,达2亿。人体组织和器官均具有一定的寿命。人口老龄化将导致对生物医用材料的需求增加。(2)由于交通、体育等事业发展导致的中、青年创伤增加。2010年我国创伤住院人数已达总住院人数的第四位,交通事故造成的死亡人数已达创伤死亡总人数的第一位。(3)经济持续增长,人民生活水平提高、健康意识增强,以及生活方式及疾病变化,特别是医改政策的实施,表1为我国城镇和农村家庭医疗费用支出情况,表2为我国糖尿病人数增加情况。(4)行业技术创新能力和技术层次提升,促进产业向价值链上游转移。例如我国冠脉支架的国产率已从2001年的10%提高至2010年的76%,骨创伤器械65%实现国产化等。

(2)国际市场地位不断提高

2010年我国医疗器械进出口总额已从2006年的105.52亿美元增长到2010年的226.56亿美元,年复合增长率高达21.05%,其中进口额从36.81亿美元增长至79.57亿美元,出口额从68.71亿美元增长至146.99亿美元,进、出口年复合增长率分别达16.53%和16.67%,出口额已占医疗器械总销售额的大约58%,出口国家和地区达217个,出口的低值医用耗材已占全球医用耗材市场份额的60%~70%(图2)。

(3)科学、技术创新能力和产业技术层次快速提升

作为生物医用材料产业基础的“中国生物材料科学与工程”成功地登上了世界舞台,显著标志是四年一次的世界生物材料大会第九次大会于2012年6月在我国成都举行。近十年来我国已初步形成以国家工程(技术)研究中心、企业创新中心、省部级工程中心和重点实验室为核心的,包括200余个单位的生物医用材料科技创新体系;研发工作已从分散、重复逐步集中于学科和产业发展的方向和前沿,从跟踪、仿制开始进入原始创新。据统计,1999~2008年在44种SCI收录的生物医学工程期刊上,我国学者发表的第一作者论文已居11个国家中的第三位,年复合增长量名列16个国家和地区的第一;2010年在“Biomaterials”、“J.Biomedical Materials Research”(美、日、澳学会联合会刊)、“Materials Science:Materials in Medicine”(欧洲学会会刊)、“Interface”(英皇家学会期刊)上发表的论文数均名列第一;2003~2007年在世界15个国家和地区医疗器械专利优先权获得量排名第五。与此相应,一批国际生物医用材料前沿产品,如组织诱导性骨和软骨、组织工程制品、植入性生物芯片、脑刺激电极、生物人工肝等几乎与国际研发同步或领先作出了样品,为进一步实施产业化、发展新的产业奠定了基础。一些原为进口品垄断市场的中高端产品近年来逐步实现了国产替代(表3)。

产品进口替代后,国产品价格通常低于进口品的30%~50%。

(4)区位优势形成

我国已经形成了长三角、珠三角和京津环渤海湾三大医疗器械产业聚集区。其中珠三角以研发生产综合性高技术医疗器械为主,包括有源植入性微电子器械、动物源生物材料和人工器官等;长三角主要生产开发以出口为导向的中小型医疗器械,特别是骨科器械和牙科器械等;环渤海湾地区主要从事高技术数字化医疗器械的研发生产,在医用高分子耗材、医用金属及植入器械等方面具有优势。三个集聚区已分别占全行业企业总数的21.02%,销售额的80%以上(中国经济信息网,2010中国行业年度报告系列之医疗器械)。此外成都–重庆地区是新兴的产业集聚区,在组织诱导性材料、表面改性植入器械以及采血、储血(液)和输血器械方面具有优势。

*全球糖尿病联盟、The New England Journal of Medicine,March 25,2010和国元证券:公司调研报告,2008整理

*中投证券

(5)多元(品种)化生产的龙头企业已开始萌生

2009年我国医疗器械行业由16000余家企业构成,其中90%以上均为中小企业,年销售额大于1亿元的企业占企业总数不到1%,国内排名前10位的医疗器械企业所占行业市场份额仅18.45%,而国际排名前25位的公司占有全球市场份额的75%,行业集中度差,但与2005年国内排名前10位的公司仅占市场份额8.5%相比,情况正在逐步好转。通过拓宽和延伸产品生产线、

兼并其他企业和扩展海外市场,国内一些有实力的公司已开始实施多元化,即多品种生产,公司销售额复合增长率大大提高,近十家生物医用材料生产企业已在证券市场上市,一批年销售额逾或近10亿元的企业正在涌现。

(6)管理日趋规范和完善

生物医用材料的使用直接关系到人的生命安全,生物安全性和可靠性,是其临床应用关注的首要问题。我国政府十分重视医疗器械和生物医用材料产品的质量,国务院已于2000年颁布了《医疗器械监督管理条例》,国家食品药品监督管理总局制定了一系列规章和规范性文件,努力完善产品标准、市场准入及上市后监督管理规范,并尽量使之与国际接轨,促进行业的国际化和实现医疗器械国际贸易的真正平等。

为完善生物医用材料产品标准确保产品质量,国家已相继建立了13个与生物医用材料相关的技术标准化委员会,负责标准的制订和修订,已制订和颁布医疗器械行业标准629个、国家标准157个,特别是在组织工程化产品质量控制方面,我国已发布8个标准,和国际处于同一水平。我国早于20世纪80年代就是国际标准化组织(ISO)成员,享有直接参与对口国际标准草案投票的权利,国际标准取标率已近80%,促进了医疗器械产品标准的国际化。

医疗器械检测机构是行政管理的技术支撑。目前经国家药监局认可的医疗器械检测机构已达50家,基本满足了我国医疗器械检测和监督管理的需要。为确保产品质量的安全性和可靠性,从2008年起,国家食品药品监督管理总局对生物医学材料和植入器械的第三类医疗器械强制要求建立和执行GMP质量管理体系,使产品标准和生产质量管理符合国际规范,确保产品的质量和安全有效。

通过一系列措施的颁布和执行,我国生物医用材料的监督管理日趋规范,并正在加速与国际接轨。

2.2 存在的主要问题

(1)产业规模小、技术装备落后、规模化生产企业尚未形成、缺乏市场竞争力。

我国人口占全球总人口的23%,但2010年我国生物医用材料的市场仅占全球市场大约6.5%,人均医疗器械年耗仅6美元,低于美国人均年耗309美元,瑞士人均年耗519美元,远不能满足众多人口的需求。企业规模小、经济实力不强、相当部分的技术装备停留于上世纪80年代水平,不仅产品质量不能保证,且难于形成规模化生产。2010年我国从事生物医用材料生产的企业约2400家,年平均销售额约120万美元/家,不足2007年美国同类企业平均年销售额的14%,年销售额逾10亿元的企业仅寥寥数家,上亿元的企业仅30家左右,销售额排名前5位企业销售额总和所占国内生物医用材料总销售额仅约10.2%,而国际上达37%,规模化生产尚未形成,市场竞争力低下。

(2)科技成果转化能力低,产业技术创新能力不强,产品技术结构落后,技术高端产品70%以上依靠进口。

我国生物材料科学与工程研究虽已进入国际先进水平,但成果工程化、产业化水平低,80%~90%的成果仍待在实验室;企业规模小、研发经费缺乏,2010年本土企业研发经费平均仅占企业销售收入的1.77%。2011年医疗器械对外贸易出口额虽已达167亿美元,但外企占50%,三资企业占83%,且50%出自对外加工贸易。国内整个医疗器械市场份额的65%被低、中端产品占有,其他35%高端医用设备和植入器械,国内企业介入不多。国内基本生产中、低端产品,高、中端产品的关键核心技术基本上为外商所控制,70%的高端产品依靠进口。

(3)完整的产业链尚未形成。

如前所述,我国已向全球提供60%~70%的低值医用耗材,2011年占国内医疗器械出口额的24%(约35亿美元),其中一次性无菌注射器是国际最大生产国,年产85亿套,出口35亿套。但是迄今为止,我国一次性注射器及输液器所用的高分子材料仍主要为聚氯乙烯(PVC),其添加的增塑剂易从材料迁出进入人体,造成对肝脏、生殖系统、肾脏等多种器官的危害,我国食品行业早已禁用PVC作为食品包装,但却仍是医疗器械大宗使用的封装材料。与此同时,为保护环境,蒙特利尔公约规定2015年前全球禁用环氧乙烷和溴甲烷,我国PVC器械的灭菌消毒均使用环氧乙烷,如果采用辐射灭菌会导致其颜色变黄,物理性能下降,迄今尚无有效措施解决这一重大问题,这将对我国一次性注射器、输液器等的生产造成致命影响。除此之外尚无医用级金属、高分子及其他高分子等专门供应商,也无通用基础原材料的国家或行业标准,从源头上妨碍了产业链的形成,是产业链尚未完整形成的一个标志。此外,生物医用材料和植入器械产业创新链,应当是政、产、学、研、医相结合,此种结合体制我国尚未有效形成。

(4)缺乏产业化接轨机制,风险投资出口狭窄,融资渠道不畅通,缺乏成果产业化及企业技术改造资金。特别是相当长时间内,产业发展资金主要来源于国有商业银行,其主要投资方向是国有大型企业,而不是以中小型企业为主的生物材料及植入器械企业,导致生物医用材料新产品、新技术产业化困难,企业技术改造资金缺乏,进而导致生产装备落后,产品质量不高且稳定性差,影响了国产品的市场声誉。近年来,虽然风险投资渠道大有改善,但大宗来源于国外风险投资机构和大型跨国企业,结果是虽然引进了产品和技术,弥补了国内的不足,但发展稍好的民营企业如微创、蒙太因等陆续为外资兼并或控股,转变为外资企业,加之国外大企业及财团在中国大规模建厂实施就地生产,我国生物材料和植入器械产业外资化,已是十分需要关注的问题。

(5)管理部门缺乏协调机制,未能形成统一的全面规划和管理机制,重复立项,多头管理常有所见;政策法规不健全,产品注册时间长,处理效率低,一些政策规定和灰色的行规不利于中资企业的发展。

模具材料的现状及展望 篇8

关键词模具材料;冷作模具;热作模具;塑料模具;展望

中图分类号TB31文献标识码A 文章编号1673-9671-(2009)111-0076-01

0前 言

随着工业技术的迅速发展,为了提高产品质量、降低生产成本、提高生产效率和材料利用率,国内外的机械制造业广泛地采用各种模具成型工艺代替传统的切削加工工艺。模具材料是模具制造业的基础,随着模具工业生产技术的发展和新材料的不断出现,对模具材料的性能、质量、品种等方面的要求也越来越高,因此,世界各国近年来都积极地开发了具有各种特性、适应不同要求的新型模具材料。

1模具材料钢种的发展

模具材料主要是模具钢,模具钢按用途一般可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类,现从这三类模具钢种来论述模具材料的发展。

1.1 冷作模具材料

冷作模具材料是应用比较广泛的一类模具钢,主要用于制造冲压、辊压、冷挤压等模具,目前通用的代表性钢种有低合金冷作模具钢如:CrWMn和9Mn2V,中合金冷作模具钢如:Cr5Mo1V和高碳、高铬型冷作模具钢如:Cr12和Crl2Mo1V1三类。为了满足冷作模具的特殊要求,各国有针对性地发展了一些新型模具钢,主要有:

1.1.1 高强韧性的冷作模具钢—基体钢

基体钢是指成分与高速钢淬火后的基体成分大致相同、性能有所改善的一类钢,这类钢具有高的强韧性和良好的耐磨性,其含碳量稍高于高速钢基体的含碳量,淬火后过剩碳化物减少、分布均匀,从而提高了钢的韧性和抗冷热疲劳性,是一类冷热兼用的模具钢。

比较有代表性的钢号有65Cr4W3M02VNb(65Nb)和5Cr4M03SiMnVAl钢(012Al)等,65Cr4W3M02VNb可代替Crl2MoV、W18Cr4V和3Cr2W8V钢,用于制造强韧性要求较高的冷挤压模具及冷镦模具,5Cr4M03SiMnVAl钢是一种可代替Crl2MoV和3Cr2W8V钢的冷热模兼用钢,多用于制造冷冲头[2]。

1.1.2 低合金微变形空淬钢

这类钢的合金含量低,淬透性、淬硬性好,淬火时可用冷却速度缓和的淬火介质使工件达到达到微变形,且工艺性能良好,主要用于制造精密复杂模具。

代表性的钢号有:美国ASTM标准钢号A4、A6,日本大同公司的G04,我国自行研制的Cr2Mn2SiWMoV和CrMnMoVS。

1.1.3 高耐磨高强韧性冷作模具钢

以磨损为主要失效形式的模具,应使用高耐磨高强韧性冷作模具钢,如:LD(7Cr7Mo2V2Si)钢、GM(9Cr6W3Mo2V2)钢、ERS(Cr8MoWV3Si)钢等。这些钢中适当降低了C和Cr的含量以改善碳化物分布,增加W、Mo和V的含量,以增加二次硬化的能力和提高耐磨性,同时,碳化物偏析有所改善,提高了韧性,更适合在高速冲床和多工位冲床上使用[2]。

1.2 热作模具材料

热作模具钢主要用于制造金属材料热加工(如:锻压、热挤压等)用的模具钢。目前通用的代表性钢种有低合金热作模具钢如:5CrMnMo和5CrNiMo,中合金热作模具钢如:H13(4Cr5MoSiV1 )、H11(4Cr5MoSiV)和H10 (4Cr3Mo3SiV)和高合金热作模具钢如:3Cr2W8V三类[1]。为了适应热作模具钢的发展需要,国内外研制了具有较高的热强性、高的热疲劳性和良好的韧性的新型热作模具钢,主要包括以下几种类型:

1.2.1 中合金高热强性热作模具钢

如:3Cr3Mo3W2V(HM1)和3Cr3Mo3VNb(HM3)钢,其含碳量较低,热加工性能良好,易锻造及退火,具有较高的热强性、热疲劳性能,良好的耐磨性和耐回火性能,是综合性能优良的高强韧性热作模具钢。适于制造高速、高负荷的压力机成型模、辊锻模、小型锤锻模等热作模具。

12.2.2 沉淀硬化型热作模具钢

如:日本日立金属公司的YHD13,由于加人了V,Nb,Ni,AI等,工作中模具表面由于合金碳化物和金属间化合物的析出,工作表面的硬度可上升到45～48HRC,模具的心部仍保留原有的组织和高韧性,从而提高了模具的寿命。

1.2.3 低碳高速钢

如:我国的6WMo5Cr4V,将高速钢的碳含量降至0.3%～0.6%,在牺牲部分红硬性和耐磨性的情况下,改善其韧性和抗冷热疲劳性能。

1.2.4 奥氏体型热作模具

奥氏体型热作模具钢通常通过固溶处理使合金元素溶入奥氏体基体,为时效硬化处理做组织准备,同时也有改善切削性能的作用。这类钢具有更高的热稳定性和高温强度,如:日本大同公司的5Mnl5Ni5Cr8Mo2Vo。

1.3 塑料模具材料

目前国内塑料模具用钢尚未形成系列,近年来在引进国外塑料模具用钢的同时,我国自行研制和开发了一些新的塑料模具专用钢,国内外新型塑料模具钢的发展趋势主要有以下几个方面:

1.3.1 易切削、抛光性好的塑料模具钢

国外易切削预硬钢主要是S系,也有S-Se系、Ca系。但Se价格较贵。这类钢的杂质少、组织均匀、无纤维方向性,制模后,型面的表面质量高。

1.3.2 预硬化型塑料模具钢

这类钢的含碳量为0.3%～0.55%,常用合金元素有Cr、Ni、Mn、V等,为了改善其切削性,加入S、Ca等元素。

1.3.3 时效硬化型塑料模具钢

这类钢含碳量低、合金度较高,通过固溶处理、机械成形加工和时效处理,使模具获得使用状态的强度和硬度,有效地保证模具的最终尺寸和形状的精度,适宜于制造形状复杂、精度高、超镜面、大型塑料模具。

1.3.4 无磁性塑料模具钢

为了适用磁性塑料制品的生产,国外发展了一些无磁性塑料钢,将奥氏体型模具钢通过时效硬化处理得到要求的硬度、强度和低的导磁率。代表性的钢号有日本大同特殊钢公司的NAK301和日本日立金属公司的HPM75钢等。

2展望

为了提高模具制造业的生产效率和材料利用率,缩短模具制造周期,配合模具工业的标准化、系列化、设计和制造过程中CAD/CAM技术的应用,模具材料技术的发展应重视以下几个方面:改善冶金质量,增加品种规格、产品精品化;研制应用新钢种,挖掘老钢种性能潜力;做好模具材料的系列化工作;建立模具材料服务系统;模具钢的生产从分散化生产向集中生产发展。

参考文献

[1]康俊远.模具材料及表面处理[M].北京:北京理工大学出版社,2008.

[2]于波.我国模具材料的发展概况及其选用[J],热处理技术与装备,[3] 牟红霞.模具材料的发展与动向[J].现代制造技术与装备,2006,4:83-84.