山东大学国家胶体材料工程技术研究中心产业化项目简介

1山东大学国家胶体材料工程技术研究中心产业化项目简介2项目-1氧化铝纤维及制品制备技术1.项目背景氧化铝纤维是一种主要成分为氧化铝的多晶无机纤维，是当今国内外最新型的超轻质高温绝热材料之一，我国当前在高温领域使用的氧化铝纤维产品大多从国外进口，主要来源于开展氧化铝纤维研发较为领先的英、日、美等国家，如英国的ICI，日本的伊索莱特、三菱，美国的3M公司等。这些国家对我国采取技术封锁、产品垄断的策略，进口产品价格一般较高，用于航空、航天、军事等领域的特殊纤维材料则坚决禁止销售。因此，解决氧化铝纤维的自主研发与生产问题，不仅仅是可获得较高的经济价值，同时也可解决国内关键隔热材料受到国外限制的问题，对于提高我国在军事、航天等尖端领域及工业领域的隔热材料技术水平具有重要意义。2.市场分析2.1产品应用领域氧化铝短纤维耐高温性能突出，主要用作绝热耐火材料，在冶金炉、陶瓷烧结炉或其它高温炉中用做护身衬里的隔热材料。由于其密度小。绝热性好、热容量小，不仅可减轻炉体质量，而且可提高控温精度、节能效果显著。氧化铝纤维可与树脂、金属或陶瓷进行复合制备高性能复合材料，在航空、航天、军工及高科技领域应用广泛。氧化铝纤维耐化学腐蚀性能良好，可用于环保和再循环技术领域，如焚烧电子废料的设备，历经多年运转，氧化铝纤维仍显示出优良的抗炉内各种有害物的腐蚀性能，可用于汽车废气处理设备的陶瓷整体衬，其特点是结构稳定。氧化铝纤维可用于铝合金适塞，优点是温度上升时膨胀较小，比纯合金的膨胀系数减少约25%，使活塞和汽缸之间吻合好，可节省燃料。由于氧化铝纤维与金属基体的浸润性良好，界面反应较小，其复合材料的力学性能、耐磨性、硬度均有提高。氧化铝纤维增强的金属基复合材料已在汽车活塞槽部件和旋转气体压缩机叶片中得到应用，在汽车相关行业的应用可降低汽车尾气的排放，从而促进环境保护工作的推进。32.2市场需求及供应⑴市场需求隔热材料市场应用广泛，且用量较大，目前国内每年使用陶瓷纤维板制品超过70万吨，其中适合氧化铝陶瓷纤维板的市场份额约占15%，每年达到12.5万吨，国外市场高端隔热材料所占比例更是高达2530%，如果我国达到国外的使用水平，市场份额将达18万吨；同时由于国家产业政策的支持及产业的拉动、新应用领域的拓展，氧化铝纤维的市场需求量呈现20%的年增长率。我国目前每年进口的高档氧化铝纤维制品数量达到2万吨，仅冶金行业的进口量就达7000吨，产品未来拓展的空间十分广阔。氧化铝短纤维主要用于高温绝热材料，同时能够用作增强复合耐火材料，可制成散棉、毯、毡、板、块等各种形状的产品。作为一种重要的绝热节能材料，其应用技术在近十几年来得到迅速发展，随着应用技术的提高，氧化铝纤维及其制品不断拓展了新的应用领域，具有良好的发展前景。由于用途比较广泛，且应用领域还在不断拓展，因此用量持续上升。拒不完全统计，目前全球氧化铝纤维年需求量约100万吨，发展中国家主要用于工业领域，发达国家主要用于尖端领域，这其中用于尖端领域的氧化铝纤维占30%，约27万吨。据权威部门预测，高端氧化铝纤维的需求量年增长率为15-20%，预计到2020年，全球高端氧化铝纤维用量将达到80万吨，总产值约400亿人民币。⑵市场供应目前国际市场上主要的氧化铝纤维品种有英国ICI公司生产的Saffil氧化铝纤维及日本Sumitomo公司的Altel系列氧化铝纤维。国内虽然也有一些生产厂家，但受到技术水平及生产规模等因素的限制，在高档保温材料领域只处于起步阶段，氧化铝纤维的国内生产企业规模较小，产品质量较国际先进水平差距较大。表1.国内氧化铝纤维产品生产企业基本概况.公司名称企业概况产品应用4浙江欧诗漫晶体纤维有限公司从事氧化铝基系列陶瓷耐火纤维开发、生产与应用的省级高新技术企业，生产72%、80%、95%Al2O3质量分数的氧化铝短纤维产品。适合高、中、低各档温度复杂热工设备使用的氧化铝纤维棉、毡、板、纸、纺织品、标异制品、纤维折叠块等产品，用于冶金、化工、机械、电子、陶瓷、玻璃、科研、航空航天等领域。三门峡市盛源材料工程有限公司从事耐火纤维开发、生产、推广，拥有质量分数95%多晶氧化铝纤维生产工艺。“老君炉”牌耐火纤维系列产品，用于我国石油化工、电力建设、交通运输、航天航空、工业炉窑、热力管道等行业的热工、绝热、保温节能材料。苏州德鑫陶瓷新材料有限公司先后从美国B&W公司、FERRO公司、法国穆拉蒂公司引进陶瓷纤维板全套生产线、应用技术和装备。耐火陶瓷纤维板系列产品用于国内石油化工、电力、造船、机械制造、冶金、交通运输、建筑、航空航天等行业的工业窑炉、热工设备和热力管道的绝热保温和炉衬材料。浙江德清蓝雅晶体纤维有限公司浙高温耐火材料的专业制造公司，拥有耐火材料制造技术。产品用于冶金、电子、机械、陶瓷、玻璃、化工、军工、科研院所等行业的高温工业炉窑、加热设备和隔热保温工程。浙江晶炉耐火材料有限公司公司建于1980年初，高温陶瓷纤维板制品、氧化铝晶体纤维等，产量260t/a。产品有散棉、贴面块、板、毡、毯、纸、模块、纺织品、粘结剂、涂料等，用于冶金、化工、机械、电子、陶瓷、玻璃、科研、航空航天等。山东鲁阳股份有限公司公司建于1984年，年产8万吨陶瓷纤维板；年产12万吨保温陶瓷纤维板。产品主要为硅酸铝纤维棉保温制品，也有陶瓷纤维板散棉、纤维板等，用于石化、冶金、电力、机械、船舶、汽车、核工业等领域。3.技术方案3.1产品指标表2.氧化铝散棉技术质量指标.项目名称技术指标纤维直径(μm)465非纤维物质(%)0Al2O3含量(%)≥72SiO2含量(%)≤28其它物质含量(%)≤1耐温温度(C)1400表3.氧化铝纤维毯技术指标.项目名称技术指标颜色白色温度等级(C)1600使用温度(C)1400熔点(C)1760纤维直径(μm)4～6抗拉强度(kPa)[100kg/m3]80抗拉强度(kPa)[130kg/m3]100比热(J/kg.C)1046永久线性收缩率(%)(1500C×24h)0.83.2工艺流程6配料搅拌混合离心净化硅溶胶乳酸溶胶老化喷丝成纤集棉干燥辊道窑煅烧产品包装检验入库针刺制毯图1.氧化铝纤维及其制品生产工艺示意图.4.投资效益估算按照500t/a的生产规模，本项目分为两个车间，车间总建筑面积5000平米，一个车间3000平米用于溶胶、纤维甩丝、针刺毯的生产，一个车间2000平米作为原料和成品仓库。项目预计投入资金约5339万元(不含土地费)，其中设备费2339万元，建筑工程费1500万元，流动资金1000万元。产品投入市场后，实现满负荷生产后，可实现销售收入1.32亿元/年，利税约6891万元/年。7项目-2.氧化铝微晶陶瓷磨料制备技术1.项目概况随着工业科学技术的发展，人们对于机械加工精度、效率等方面的要求越来越高，其中磨削作为一种重要的机械加工手段，广泛应用于冶金、机械、电子、航空航天、国防建设及日常生活中，如各种机械零件的磨削制造，材质断割、修整和抛光，钢坯表面处理、轧辊修整，汽车曲轴、凸轮、发动机活塞缸加工，飞机发动机部件加工，各种施工工程中的钻样、机场跑道和公路切割，板材、家具、皮革、塑料、玻璃及不锈钢修整和抛光等等；不同的加工环境、技术要求、材料种类等，也对于磨削工具提出了不同的要求，从而产生了不同性能的磨料需求，其中高效率、高精度、高韧性和环保是磨削加工的发展趋势和要求。在众多的磨料品种中，氧化铝微晶陶瓷磨料是一种性能优异的新型人工磨料，它采用引晶法溶胶凝胶生产工艺制造，属于高性能结构陶瓷新材料，也是一种革命性的新型磨削材料。其晶粒粒径1m，韧性是普通刚玉磨料的两倍以上，既保持了刚玉磨料所特有的高硬度和高强度，又具有强韧性和微晶结构。氧化铝微晶陶瓷磨料的主要用途是加工成SG陶瓷砂轮，该类型砂轮具有磨削锋利、磨削温度低、砂轮的修整次数少、砂轮寿命长等特点，适用于难磨材料的内孔和成型磨削。由于SG陶瓷砂轮成本远远高于普通砂轮，其生产加工的技术要求也比较高，因此应用领域比较特殊，高端用途中包括军工、航天、兵器等，一般用途中包括汽车配件、轴承、液压件的内孔；汽车引擎和传动装置的曲轴、凸轮轴；蜗杆、齿轮和工具行业的高速钢拉刀、铣刀的磨削等。因此该材料对于一个国家的工业加工水平具有重大影响，甚至对于国家的安全、国防都具有影响。目前国内生产类似产品的技术水平和规模与国外企业相比差距较大，尚无法完全取代国外产品，国内企业只能高价采购国外砂轮，或者使用质量较差的替代品，从而影响到国内机械加工水平的进一步提升。2.市场分析磨料磨具广泛应用于冶金、机械、电子、航空航天、国防建设及日常生活中，高效率、高精度、高韧性和环保是磨削加工的发展趋势。8氧化铝微晶陶瓷磨料属于高性能结构陶瓷新材料，也是一种革命性的新型磨削材料。其晶粒粒径1m，韧性是普通刚玉磨料的两倍以上，既保持了刚玉磨料所特有的高硬度和高强度，又具有强韧性和微晶结构。与传统刚玉磨料中每个磨粒只包含数量很少甚至只有一个微细晶体(50280m)不同，一颗微晶陶瓷磨粒由几十万、几百万甚至几千万颗微小的亚微米级甚至纳米级氧化铝颗粒烧结而成。当磨钝时，微晶粒可从整个磨粒上自动脱落，又重新露出新的切削刃口，使磨料仍能保持锋利，磨削时能减少砂轮堵塞，延长砂轮使用寿命。同时，磨削温度低，不易因磨削烧伤造成废品，也减少了修正次数和时间；具有耐用度高、形状保持能力好、磨削锋利、不易烧伤工件等优点，磨削效率得以成倍提高，是一种极有发展前途的高级磨料，是现有普通磨料的替代产品。与普通刚玉磨料相比，其性价比较高，且原来采用普通磨料的机床可继续使用。因此，氧化铝微晶陶瓷磨料是一种应用前景非常好的磨料，由微晶陶瓷磨料所制备的各种磨具特别适于航空、汽车、刀具、轴承、模具、仪器仪表及电子等领域的精密磨削、成型磨削等方面的加工。2.1市场供应情况磨具磨料素有工业牙齿的美称。它涉及的范围从航空航天至医疗卫生等几乎所有领域。我国磨料市场经过了近十年的发展，目前已成为磨具磨料生产大国，但非强国。磨具磨料作为一个比较特殊的行业，目前普遍应用的是普通刚玉及超硬材料CBN、人造金刚石等。由于国内新产品研发能力薄弱，国内磨具磨料产品主要集中在中低端市场，产品技术含量低，且高端技术产品缺乏，主要依赖进口。本项目所使用材料为氧化铝微晶陶瓷磨料，此类型磨料1981年由3M公司首次研制成功，牌号为“Cubitron”系列。Norton公司随后也推出牌号为“SG”系列的陶瓷刚玉磨料，性能与“Cubitron”系列相似。近年来，Nonon公司又推出TSG磨料的第二代产品--TG(Targa)磨料。它保留了SG的优点，在磨料形状上作了新的突破，有很细的棒状晶态结构，适用于缓进给磨削及加工铬镍铁合金、高温合金等难加工材料。经过近些年来的开发应用，这类磨料显示了非常优越的磨削性能，用它制成砂轮的磨削性能介于超硬的立方氮化硼(CBN)砂轮和普通刚玉砂轮之间，其加工性能和使用寿命要远高于刚玉砂轮，且价格适中，但又不象CBN9砂轮那样对磨床有较高的要求，因此得到了广大用户的青睐，其使用面日益扩大，被认为是世界上磨削加工领域的一大技术成就。2.2市场需求情况国内普通磨料固结磨具属于传统产品，拥有国内相对稳定的市场。据不完全统计，2014年我国固结磨具的产量为50万吨。国内市场需求增长较慢，出口增长迅速。2014年，普通磨具出口24万吨，均价1180美元/吨；进口26000吨，均价15000美元/吨，进口价格是出口价格的十倍以上。随着我国数控机床、钢铁、汽车、造船业及轴承等行业的发展，大量引进国外生产技术和工艺装备，采用高效、精密、自动化、专用磨具的加工工艺，相应地对磨具质量和水平提出了更高的要求。目前，我国高品质的磨具产品市场供不应求。涂附磨具是用粘结剂将磨料粘结在布、纸等可挠性材料上而制成的可以进行研磨和抛光的工具。涂附磨具使用极其广泛，在工业发达国家，涂附磨具销售额居三大磨具系列之首。据不完全统计，世界涂附磨具产量约为6亿平米，销售总额约25亿美元，其北美市场占40%，欧洲占36