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合成材料工业包括合成树脂与塑料,合成纤维、合成橡胶三大类别。由于具有质轻、耐用、价廉、物美以及其他特殊性能如电绝缘性、耐热、防腐、阻燃、耐高低温等而受到用户欢迎,与其它材料相比,有很强的竞争力。已经广泛用于国民经济和国防军工各个领域。特别是塑料工业随着石油化工的大发展和加工技术的提高而得到了全面的发展,应用领域在不断扩大,塑料工业在整个国民经济的地位越来越重要,已经成为国民经济中各个领域以及人们日常生活中不可缺少的重要材料,当今的世界已经进入塑料时代,塑料已广泛应用于机械、汽车、电子电气、字航、建筑、包装、家电、医疗卫生、体育健身、农业、养殖业以及日常用品等各个领域。工业发达国家早已掀起以塑料代木,以塑代钢的热潮。勿容置言,塑料工业在未来世纪中将发挥越来越重要的作用。全世界年消费塑料的体积与年耗钢材的体积相等,但重量仅为钢材的14%,塑料用作水管。1t可替代5t钢材或10t铸铁,输水效率可提高30一50%,安装费用可降低50一70%,安装时间可缩短60一75%。用聚酷瓶代替玻璃瓶,重量可减轻93%.运输费用可节省39%,破损率降至零,h塑料门窗可替代10m3木材。生产能耗只为钢材的20%,铝材的12.5%。而且密封性好,导热系数很低,在北方相似采暖条件下,室内温度可提高3一4℃。可节省采暖能耗30一50%。世界上森林资源丰富而又严寒的北欧地区塑料门窗使用率已占50%以上(我国目前约占3%)。现在世界性的水资源严重紧缺,如使用塑料防渗渠道及塑料喷、滴灌溉设施,可节约农业灌溉用水60一70%,塑料用作汽车零部件汽车可节油10%,塑料还可起到其他材料无法具有的特殊作用等等。如美国的主要产业部门塑料消费按重盘计已占钢材的50%以上。合成树脂与塑料工程项目的建设与金属材料工业相比,建设投资按每t计要低35%,运输量小80%,占用土地少,相应的能耗低等优势。企业经济效益一般远高于金属材料行业。以同期建设的杨子石化公司与上海宝山钢铁公司相比,每t合成材料的投资只有钢材的2/3,企业利税率则高2.5倍。合成纤维与合成橡胶工业在国民经济中的地位也十分明显。我国现年产250万t合成纤维,按使用价值计每t涤纶可以替代3.14t细棉纱,使用寿命比棉花长1.5倍,每t锦纶可替代8.4t棉花或羊毛,使用寿命长2.1倍,如平均按1倍计,250万t合成纤维相当于增加5000万亩棉花种植面积,为全国现有棉花播种面积的75%。我国目前合成橡胶产量约为59万t,相当于1068万亩橡胶园的产量,比我国目前670万亩橡胶园面积还多59.4%,而天然橡胶园只能在北纬20’以南的亚热带地区才能建设,从种树到产胶需7一8年时间等诸多制约因素。因此对我国相对资源较少的人口大国而言,大力发展合成材料工业,具有特别重大的战略意义。
二、合成材料工业发展现状及趋势
合成材料工业是以乙稀工程为标志的石油化工基础和主要内涵的兴新产业群。因此,合成材料工业伴随着石油化工的大发展和技术进步,在本世纪60年代到80年代获得了高速发展,目前世界上合成材料年生产能力达2亿t,年产t约为1.5亿t。欧、美、日等工业发达国家约占70%。合成材料的应用已渗透到国民经济、国防军工以及人们日常生活的各个领域。世界各国,甚至一些基本上不产石油的国家和地区,如意大利、日、韩和我国台湾等都在大力发展石油化工,扩大合成材料生产能力,特别是工业发达国家以拥有先进技术和雄厚的资金,用质t和价格优势战略继续在国内外兴建大型、超大型石油化工合成材料生产经营垄断企业集团公司,力图占领发展中国家现有的和潜在的产品市场。已基本形成市场经济全球化的竟争格局。印度、印尼等国的进口替代型发展战略未能达到预期之目的,而所谓的亚州“四小龙”走市场全球化的发展战略获得了巨大的成功。给我国特别是新疆石油化工及合成材料工业的发展提供了前车之鉴,也给我们带来了机遇和挑战。我国以乙烯工程为标志的石油化工与合成材料工业。自1976年全国第一套引进的燕山石化公司30万t/。年乙烯工程投产开辟了我国石油化工及合成材料工业发展历史的新时期,并经过20年的迅速发展,到1996年已是初具规模,乙烯生产能力达到389.5万t,产量305万t,合成材料生产能力达1000万t以上,年产量800余万t。技术水平有了很大的提高。已经成为国民经济中的主要支柱产业群体之一。但与工业发达国家相比,差距还很大,特别是在技术水平上。在产量和品种上远不能满足国民经济及人民日常生活发展的需要,平均自给率约为60%,很多品种还基本上依赖进口。如ABS树脂国内年产量约3万t,而需求量达80万t以上,PS产量不到30万t,年进口量近100万t,其他如丁基橡胶、醋酸纤维素、特种合成纤维几乎全部靠进口。所以我国石油化工及合成材料工业发展的任务十分艰巨,前景非常美好。尤其是拥有丰富石油天然气资源的新疆,应对发展我国合成材料工业作出较大贡献。如表1所示,我国人均裕蚤很低。预计到2000年平均自给率可达到80%,2010年除少数品种外,可实现基本自给。按人均清费法和部门需求法预测我国今后三大合成材料孺求情况如下但石油化工在石脑油或轻柴油裂解时产生的乙烯、丙烯、丁二烯芳烃等有一定的比例,因而能生产的三大合成材料也有一定的比例。世界各国因原料及需求不同而略有差异,按世界平均比例预测我国今后三大合成材料的产量如下(表3)所示:特别是合成树脂与塑料工业产品平均自给率只有45.58气。以我国1996年实际与2000年预测的六类合成树脂与塑料的产量和国内消费量数据计算的自给率(表5)所示:1996年平均自给率只有36.67%,2000年为42.72%,尤其是PS、ABS以及醋酸纤维素等主要还要依赖进口。所以我国确定在“九五”及到2010年把加快石油化工与合成材料工业的发展作为国民经济发展的主要战略方针之一。要建设一批世界级的超大型石油化工企业集团公司,以适应当前产品市场全球化竟争格局的新形势。但我国原油产量有限,.1996年进口原油2300万t,汽柴油进口1000万t以上,1997年计划进口原油3300万t,预计2以刃年时要进口原油5仪刃万t,而国内原油加工能力利用率也能达到65一70%,给石油化工与合成材料工业的发展带来很大的制约。这无疑是石油资源丰富的新疆,发展石油化工与合成材料工业的大好机遇。新孤现有三大合成材料生产能力为:PE12万t,PP10.5万t,PVCZ万t,聚醋4.2万t,顺丁胶2.4万t等共计31.1万t,约占全国的2.9%,对一个资源大省区很不相称。而且生产规棋太小,企业经济效益差,不适应目前市场经济竞争格局的新形势。只有大发展,增强质量、品牌和成本优势,才有前途。从新孤资源优势条件,亚洲市场石油与合成材料产量及其消费结构分析,三大合成材料的发展前景广阔,特别是PP、PS、ABS树脂、醋酸纤维素等系列产品。聚抓乙烯的发展虽然受到烧碱消费量的制约,但新疆目前两个1万tPVC生产装置的规模太小,要利用新孩的能源优势分别扩建到各5万tPvC生产能力还是可行的。
三、新疆合成材料工业发展战略目标
(一)战略思想提出的依据
1、中华人民共和国民族区域自治法第62条“国家在民族自治地方开发资源.进行建议的时候,应当照顾民族自治地方的利益,作出有利于民族自治地方经济建设的安排,照顾当地少数民族的生产和生活。”
2、目前我国西部,特别是新疆的经济发展和人民生活水平与东南沿海地区的差距越来越大,.并呈继续扩大之趋势,因此,加快西部的经济建设已成为国家的重要发展战略之一,并决定今后建设投资向西部倾斜的重大方针。
3、我国及亚洲广大地区石油化工与三大合成材料产品缺口盘大,市场前景好,正掀起建设热潮,我国东南沿海地区,还有兰州、洛阳拟从中东进口原油(兰州、洛阳主要从新扭调运),利用国际著名的大化工企业公司的先进技术和雄厚的资金,建设一批世界级超大型化石油化工与合成材料工业股份制集团公司。实际上是模拟韩国、日本、意大利、我国台湾省等地方的两头(原料和产品)在外的发展战略。我国石油资源相对较少,原油进口依赖程度越来越严重。但国际油价受政治风险影响程度很大,即使在和平时期,油价波动范围也为30一50%,如1995年国际油价为22一24美元/桶,而目前已跌至17美元/桶,与国内油价大致相等。新班右油资源丰富,可称为一头在手(原料)一头在外(产品市场)的发展战略。少一头在外的投资风险,应当优于两头在外的发展模式。但目前从中央到新孤有关部门在规划或审查新疆的建设项目时,总会提出“你们的产品市场在哪里!”这个大问题,回答很简单:“在全国、在世界。”以生产聚醋和涤纶的主要单体原料PTA生产能力(表6)为例:从表6可看出,基本不产石油的而且人口很少的地区韩国和台湾省,聚醋产量比我国约高一倍,并仍在以较高的速度继续扩产。他的产品市场在哪里,大部分在我国。兰州利用新疆原油已有16万t乙烯,拟扩建到20万t,并有相当规模的合成材料工业生产能力,还要新建50万t乙烯以及PE、PP、ABS等100多万t合成材料产品生产能力。他的市场在哪里!兄弟省区利用新疆原油发展经济,当然也是新疆各族人民的光荣。但其一,新疆也应当与全国同步发展;其二长途运输液态的易燃易爆的低附加值的原油与长途运输固态的高附加值的三大合成材料相比,无论在储运设施和运输难度上都要复杂得多;因此,在新疆多搞一些石油化工与三大合成材料产品,对国家整体经济有利,同时又加快了新孤经济发展的步伐。我们要转变思想观念,按全球一体化的思路发展新疆的石油化工和合成材料工业。强化“一头在手一头在外”发展战略的宣传力度。
(二)发展战略原则
1、原料就地深加工原则
全国炼油能力过剩,国际油价下跌,新疆靠卖油是发展不了经济的,要力争多深加工一些原油,大力发展石油化工与合成材料工业高附加值产业群。要改变新毅原油加工能力利用率只有54一55%而低于全国平均水平70%的局面,并力争达到90%以上。
2、原料在手产品市场在外的发展原则
新孤地广人少,经济发展和人民消费水平相对较低,产品市场容量小,必须利用资源优势发展外向型经济。并配套有像改革开放初期我国建设东南沿海特区那样的优惠政策。创造项目投资收益率比关内的兄弟省区还要高一些,投资风险性小一些的投资环境。
3、世界级超大型企业集团股份制公司发展原则
以独山子石化总厂和乌鲁木齐石化总厂为重点,建成强大的独山子—乌鲁木齐石油化工合成材料产业群体。要用强大的经济杠杆效应促进联合、协同发展,打破分散管理、条块割据局面。
4、要搞固态的高附加位产品的发展原则
新获地域边远,要尽最抵消运输线长,运输费用较高的不利因素,因此要搞固态的附加值高的,:目前我国及亚洲缺口盘很大而市场前景很好的奇缺产品,如.ABS树脂、醋酸纤维素等超大规模化产业.
5、质t价格优势发展原则
要采用当代一流的工艺技术’,大规模生产高质量低成本,具有强大的全球市场竞争力的合成材料产品。
(三)发展战略目标
要实现自抬区人民政府、化学工业部、中国石油天然气总公司、中国石油化工总公司、中国地质矿产部共同确定的在新疆建设国家级大石油化工基地的战略计划。必须充分利用国家民族区域自治法和投资向西倾斜的重大方针,抓住我国正掀起石油化工与合成材料工业建设的新期以及国外大型化工企业公司,正在利用拥有的先进技术和雄厚的资金优惠政策抓住机遇,在“九•五”至2010年期间,使石油化工与合成材料工业成为新疆经济发达,繁荣致富的主要产业群体,并在全国市场经济中占有举足轻重的位置。力争到2010年合成材料工业总产值达到300亿元,实现利税75亿元。50一60万t聚酷生产能力。5、乌香木齐石化总厂20万t丙烯腑工程,其中7.5万t丙烯睛供独山子30万tABS树脂生产用单体原料。6、新获60一80万t轻烃芳构化工程7、新疆15一20万t醋酸纤维素及10万t甲醇蛋白工程等。‘8、新疆10万:聚抓乙烯:新祖抓碱厂和石河子化工厂分别扩建到各年产5万tPvC规模。以上项目预计总投资800亿元,年产值500亿元,年利税100亿元。
四、发展的重点项目根据以上分析,建议重点发展下列工程项目
1、独山子石0一65万t乙烯工程“九•五”期间扩建到22一24万t乙烯生产能力,第二步再扩建到60一65万t乙烯生产规模。PE扩建到40万t,PP扩建到30万t。顺丁橡胶扩建到10万t规模。
2、独山子30万t苯乙烯、30万tAI弱树脂工程
3、独山子20万t溶聚丁苯橡胶、5万t丁基橡胶工程
4、乌鲁木齐石化总厂50一60万t聚酪工程,“九五”期间扩建到10万t。下一步扩建到
五、实现战略目标的主要配套措施
新疆经济发展,人们的思想观念和人民生活水平与我国东南部广大地区相比已严重滞后,而且差距成扩大的趋势。要加速发展,逐步缩小差距。因此,必须充分利用我国民族区域自治法和改革开放的政策,为实现新疆化工与合成材料工业发展战略目标,提出强有力的配套政策措施,主要建议如下:
1、要广泛的大力宣传新疆的资源优势和“一头在手,一头在外”的发展战略,并在世界范围内招商引资,要增强各族人民建设新班的信心和士气。
2、要提出并落实一系列的特殊优惠政策措施,如引进设备全免税:项目投产后lD年内,前5年全免增值税、所得税,后5年酌情减免40一60%,10年后减免20一30%等。
3、要以强有力的经济杠杆政策措施促进大合并、大联合、共同协调发展的方针、严厉制约分散管理、条块割据的局面。
关键词:高分子合成 成型加工 创新 发展走向
工程塑料、合成橡胶、合成纤维的开发利用,有机高分子合成材料的生产取得的飞跃式的发展。近年来,某些特殊环境和高科技领域,如:航空、航天、军事等尖端工业领域的发展对聚合物材料的性能提出了更高的要求,如高强度、高质量等。随着人们生活水平的提高和高科技的发展,对高分子合成品也提出了更高的要求。为了优化高分子合成工业产业结构,促进产业整型升级,高分子合成逐步走向向结构更精细、性能更高级之路,各种特定要求的高强度聚合物的开发研制越来越显迫切。现在的高分子材料主要合成技术有挤出成型技术、注射成型技术、压制成型技术、压延成型技术这四个模块。
一、高分子材料合成加工概况简介
21世纪以来,高分子合成工业取得了快速发展,其中塑料、合成橡胶和合成纤维为主的现代三大高分子材料应用广泛。1869年,美国化学家海厄特,通过天然的纤维素加工获得了“赛璐珞”,这是人类发明的第一种合成塑料,三年后正式投产,人类应用合成高分子材料开始启动。1915年,德国摆脱了天然橡胶的依赖,加工成型了合成橡胶。1929年来,尼龙-66的问世,随后出现了聚氯乙烯、脲醛树脂、氯丁橡胶等各式合成高分子材料,高分子合成工业取得了发展迅猛。近50年来,高分子合成工业取得了很大的进展。例如,用挤出机的结构改进造粒机器,极大提高了产量。合成橡胶的广泛应用,制造了橡胶工业用品和雨衣、胶鞋等生活用品。特种合成橡胶在特殊环境和高科技领域,如航空、航天、军事等方面也有极大地应用前景。就汽车行业而言,现代工业化社会,节能、高速、美观、环保、乘坐舒适及安全可靠等要求对汽车越来越重要。现在高分子材料加工主要着重于高生产率、高性能、低成本和快捷交货,成型加工主要是周期短、品种多,并走向集约型,环保型。
二、高分子材料合成加工技术
1.挤出成型技术。挤出成型主要是利用螺杆旋转加压方式连续地将塑化好的成型物料从挤出机的机简中挤入机头,在形状相同的型坯之中把熔融物料,用牵引装置将成型制品连续地从模具中拉出,同时进行冷却定型,制得各种不同的成品。挤出工艺条件又随挤出机的结构、塑料品种、制品类型、产品的质量要求等的不同而改变。挤出成型主要包括加料、塑化、成型、定型等过程。
2.注射成型技术。在塑料制件生产行业当中,注射成型占有非常重要的地位。注射成型技术是目前塑料加工中最普遍的采用的方法之一,可以用注射模型制造出形状非常复杂的塑料制件。注射成型技术它具有成型周期短、制件尺寸稳定、花色品种多、应用面广、产品效率高、模具服役条件好、塑料尺寸精密度好、高自动化等许多方面的优点。
3.压制成型技术。压制成型技术是塑料加工成型技术中历史最悠久的,它主要依靠外部压力实现物料造型的加工技术。这种技术的特点是在压制成型过程中需要很大的压力,防止成品出现气泡。
4.压延成型技术。压延成型技术是将熔融塑化的热塑性塑料,通过两个以上的平行异向德棍隙,经过棍筒挤压和剪切、拉伸是塑料成为一定尺寸,符合要求的成品的高分子材料合成加工技术。这种方式能够实现连续化和自动化,但是设备庞大,投资较高,维护复杂,因此这种方式受到一定局限。
三、高分子材料成型加工技术的创新趋势
1.聚合物动态反应加工技术及设备。聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的,它可以解决其他挤出机在作为反应器出现的问题。国内反应成型加工技术的研究开发还处于起步阶段,但我国的经济发展强烈要求聚合物反应成型加工技术要有大的发展。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点。该项新技术使我国聚合物反应加工技术处于领先地位,并直接作用于国内高分子化工业的发展。
2.以动态反应加工设备为基础的新材料制备新技术。动态反应加工设备为基础的新材料主要包括了信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术,聚合物、无机物复合材料物理场强化制备新技术,热塑性弹性体动态全硫化制备技术。
新技术的创新不仅节能降耗,前景广阔,更使得工业发展不断向前。
四、高分子材料成型加工技术的前景展望
关键词:纳米氧化锌;自蔓延;高温合成;汽车
中图分类号:TQ050.4+ 21 文献标志码:A 文章编号:1005-2550(2012)05-0077-04
The Research of Application of Nano-ZnO by Using Self-Bropagation High
Temperature in the Vehicle Field
LIU Cong
(School of Power and Mechanical Engineering in Wuhan University,Wuhan 430072, China)
Abstract: Due to many special features in catalysis,optics, magnetism, mechanics, Nano-ZnO has been wildly participating in the vehicle field. This article demonstrates a technology—self-propagating high temperature synthesis(SHS) and a new method which creatively uses this technology to produce Nano-ZnO. This method of producing ZnO nanoparticles and nanobelts totally overcomes the shortcomings as low purity,high energy consumption and complex processes of methods before.With advantages of well particle dispersion, simple devices, simple processes and low costs,this method offers a favorable condition for Nano-ZnO to be widely applied to automotive sector.
Key words: Nano-ZnO;SHS;high temperature synthesis;vehicle
纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料,其颗粒大小约在1~100纳米。由于晶粒的细微化,其表面电子结构和晶体结构发生变化,产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应,以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能,使其在汽车、陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值,具有普通氧化锌所无法比拟的优异性能和用途。纳米氧化锌在工业领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。其中,一维纳米氧化锌具有最大的长径比及各向异性,具有比颗粒状氧化锌更好的紫外线屏蔽和抗菌作用,还可以与高分子材料组成聚合物基纳米复合材料,同时起到抗菌、抗老化和力学增强作用。由于纳米氧化锌,尤其是一维纳米氧化锌一系列的优异特性和十分诱人的应用前景,因此研发纳米氧化锌的制备技术已成为许多科技人员关注的焦点。
1 纳米氧化锌的制备技术分析
1.1 现有纳米氧化锌主要制备技术介绍
纳米氧化锌的制备技术国内外有不少研究报道,大体分为三类:固相法、液相法、气相法。固相法具有无需溶剂、转化率高、工艺简单、能耗低、反应条件易控制的优点,缺点是反应往往进行不完全或过程中可能出现液化现象。液相法的优点是反应过程简单、成本低、能避免杂质共沉淀,缺点是反应时间长、能耗高、产率低,还普遍存在阴离子洗涤繁杂的问题。气相法的优点在于产品分散性好,但是对反应设备要求较高。
尤其是现有方法,由于重复性和稳定性问题,在制备一维纳米氧化锌的规模生产方面尚未取得显著进展[1][2][3]。
1.2 自蔓延高温合成技术及纳米氧化锌的制备研究
自蔓延高温合成(self–propagation high–temperature synthesis,简称SHS),又称为燃烧合成(combustion synthesis)技术,属于气相法一类,是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种新技术。这种技术制备高温合成材料时,反应物一旦被引燃,便会自动向尚未反应的区域传播,直至反应完全,生成高温合成材料。这是制备无机化合物高温材料的一种新方法。目前已有科研人员应用该方法制备出纳米二氧化锡及其他纳米氧化物的报道[4],但利用该方法制备纳米氧化锌尚未见诸报端。考虑到氧化锌和氧化锡在物理结构、化学性能上的相似性,笔者大胆尝试将此方法运用于纳米氧化锌的制备,控制纳米氧化锌的形态和结构,初获成功。
2 自蔓延高温合成技术制备纳米氧化锌的方法研究