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年产值20亿HGM改性TRM系列新材料项目可行性研究报告

来源:年产值20亿HGM改性TRM系列新材料项目可行性研究报告      发布时间:2023-08-03

项目建设必要性分析

有利于缓解和促进我国新材料工业的发展

项目实施将填补国内技术和产品空白,使我国材料工业特别是以空心玻璃微珠为代表的HGM热固性型树脂材料,市场应用建筑节能材料和防火材料等领域在品种、品质、档次和规模方面有一个飞跃性的提升,达到国内垄断、国际先进水平,有利于促进我国新材料工业的发展,并促进下游关联产业如建材、模型、汽车、涂料,等行业的升级换代以及降低对国外新型基础材料的依赖程度,提高了我国工业整体的独立性和国际竞争力。从整体上优化我国的产业结构,为解决就业、保持社会稳定、融入经济全球化发展做出重大贡献。

有利于推动工业新材料的可持续发展

面对资源、能源和环境的巨大压力,各国都更加重视新材料与资源、能源和环境的协调发展,不断加大在这方面的研究与开发力度,并从政策、资金,技术等方面都给予更大支持。开发新材料将更加重视从生产到使用的全过程对环境的影响、资源保护、生产制备过程的污染和能耗、使用性能和回收再利用的问题。新材料与资源、能源和环境的协调发展已形成全球共识。 

湿法制备HGM,应用领域非常广泛,并且分散在不同行业中。目前,虽然国内空心玻璃微珠的企业众多,但是能够掌握湿法备注HGM技术的企业仅此项目方一家,国内使用的湿法制备HGM多依赖进口。国内的干法制备技术仅仅只能满足油气井田领域的生产,其它轻工业应用领域(模具材料、人造木、泡棉胶、助磨剂、减重剂、敏化剂)100%依赖进口,进口的仅为低端HGM产品,并且企业运营成本巨大,而因涉及军工产业,欧美生产的高端HGM基本对中国禁运。

本项目以国际领先的湿法制备空心玻璃微珠为技术核心,将HGM、树脂、助剂物理混合后,消除假粘,且通过添加固化剂,预反应混合、注模、预固化、熟化、CNC刻蚀等工艺流程,最终实现中国湿法HGM市场产业化应用。随着我司核心技术的研发与应用的不断拓展,可以预计湿法制备HGM,将逐步进入更多的复合材料行业,市场对湿法制备HGM的需求量将快速增长。使得我国工业新材料HGM经济竞争力大大提升。

有利于实现合理利用资源变废为宝

空心玻璃微珠生产企业是以工业废渣、粉煤灰为原料,但由于近年我国对环境保护的重视,节能减排目标十分明确,因此生产原材料的来源将日益减少,供应量也将越来越小,企业发展将受到严重制约。而以废玻璃、水玻璃以及硼硅酸盐为生产原材料的企业,则货源充分,质量稳定。

TRM材料是有机材料中,唯一一种无废气、废渣、废水产生的有机新材料。空心玻璃微珠,是由无机材料构成的。玻璃微珠主要由硅酸盐组成,按化学成分有:二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁、硅酸钠等。其粒径十到几百微米,为内部充斥 CO2 气体的封闭微型球体。合理的利用资源,有利于实现资源变废为宝。

有利于增加当地就业带动相关产业链发展

本项目建成后,带动上游,以工业废渣、粉煤灰、废玻璃、水玻璃以及硼硅酸盐为生产原材料的企业的持续发展。下游产业也十分广泛,在计划专用市场,客户主要来源于核电、航天、航空、深海探测、道路建设、交通安全等领域;在民用市场,客户主要来源于包括涂料、建材、服装和箱包的制造企业、广告领域等。本行业的成长有赖于上下游行业的持续、稳步的发展。

项目本身可直接提供600个劳动用工机会,除此外由于项目实施,对运输、服务业等的用工也会辐射作用,因此本项目能为社会创造更多的就业机会,可促进当地经济和谐发展。社会效益十分显著。

有利于带动当地经济快速发展

项目建成达产后,将成为一家技术领先、规模一流、效益优良的综合性科技型企业。可实现年均营业收入19,966.00万元(10年平均),年均利润14,974.50(10年平均),随着公司规模化生产以及效益的不断增长,公司在GDP、税收、解决社会就业等方面的贡献也将不断加大,项目必将发展成为地方经济发展的支柱性产业之一。同时,本项目可带动生产配套、物流运输、国际贸易等多个产业共同发展,其辐射效应、集群效应及规模效应,对浙江省地方经济整体的繁荣与增长都将起到广泛和深远的推动作用。

行业市场分析

空心玻璃微珠行业发展概况

全球空心玻璃微珠行业发展概况

据世界专利数据库统计,近30年来,国内外涉及空心玻璃微珠的发明有50多项,其中一半为制备,另一半为应用。近十五年来涉及空心玻璃微珠制备的专利不到1/3,其余2/3为应用,可见空心玻璃微珠已进入应用发展阶段。

目前,国际上技术领先并能够大量生产和经营空心玻璃微珠的著名企业有:美国 Potters公司、3M公司、Emerson&Cuming公司、比利时 Glaverbel公司、Pittsburgh Corning公司、Philadephia Quartz公司等。

国内空心玻璃微珠行业现状阐述

1950年,美国华裔科学家董棋芳博士研发出定向玻璃微珠,1968年,美国 ROWLAND兄弟发明并注册微棱镜逆反射技术。二十世纪七十年代,中国计量科学院光学处杨永刚老师,将定向反光膜性能的结构原理、光学特点、性能测试等技术文献介绍到中国。八十年代,以浙江台州反光材料公司为主开始研制高折射率玻璃微珠。九十年代国内在微珠透境型的材料取得了长足的进步。到九十年代未,玻璃微珠产品在我国基本成熟,这个产业也形成了比较有规模的企业。同国外空心玻璃微珠相比,我国产品的主要技术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,但产品品种较少,规格不齐全。我国对于一些有特殊性能的空心玻璃微珠的研制技术有待进一步深入研究和开发。

中国空心玻璃微珠行业市场预测

空心玻璃微珠国际国内市场需求量巨大。西欧工业发达国家、太平洋一带国家和地区需求的微珠产品大部分靠进口,日本需求量的90%靠进口。美国通用汽车公司,每一辆汽车微珠用量高达60KG。我国一汽、二汽等六大汽车制造厂到 2010年应用微珠达到30万吨,国内的电视机等家电外壳用的工程塑料数量巨大。2010年全球空心玻璃微珠的市场总额为20亿美元,据预测,该市场总额以每5 年平均增长率为11.6%的速度递增,到2020年可以达到50亿美元。

HGM是先进轻质复合材料的重要填充材料,而轻质复合材料可以应用于包括汽车、轨道交通、飞机、海洋深潜、可穿戴设备、电子等在内的众多领域,并且随着应用技术的提升,HGM的应用领域还在不断扩大。有资料显示,在欧美的应用已进入化妆品及医疗市场。HGM在发达国家的复合材料领域的应用规模及市场需求多年来一直保持稳中有升的态势,预计此趋势还将持续下去。

目前国内的复合材料应用市场规模还小,基本处于起步阶段,但以汽车行业为代表的、对材料轻质化较敏感的行业对HGM的应用已呈现出快速发展的趋势。随着应用技术的提升和市场推广力度的增加,可以预计,湿法HGM将逐步进入更多的复合材料行业,市场对HGM的需求量将快速增长。

空心玻璃微珠市场需求分析

中国空心玻璃微珠市场供应分析

近年来,同级别玻璃微珠的价格基本保持稳定。玻璃微珠主要由硅酸盐组成。国内生产普通型玻璃微珠的厂家较多,主要集中在长三角、珠三角及环渤海等工业发达地区,供应量充足。近两年玻璃微珠的价格波动较小,价格比较稳定。以煤渣为原材料采用漂浮法筛选出来漂珠,由于国内的火电厂改造产量不断萎缩,货源供不应求,价格也逐步走高。

而湿法HGM定价权依然由国外大公司控制。目前及未来较长时期内,湿法HGM的应用领域逐步扩大,市场对其的需求量将不断增加,国内企业技术的提升将使产能得到释放,价格也有望回归合理。

综合分析,未来湿法HGM的整体价格将逐步下降至稳定水平,行业的利润水平将保持较为平稳的状态。行业内企业生产工艺、产品技术、产品附加值的提升将成为决定企业未来利润水平的关键。

中国空心玻璃微珠市场需求量

空心玻璃微珠被誉为“空间时代材料”,已广泛应用于建材、塑料、橡胶、涂料、石油、化工、冶金、深海和航天等领域,尤其是在石油固井行业,有着不可替代的重要用途。部分市场空间:2017年我国汽车年产量已达3415.25万辆,每辆车仅用10公斤空心玻璃微珠,年需求量35.16 万吨;石油开采约5-20万吨/年。

图表3-1 2012-2016年中国汽车行业空心玻璃微珠需求量情况

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湿法HGM行业分析

针对国内而且,浙江某股份有限公司是唯一一家能够使用湿法制备HGM,并能够得到市场应用的企业。

空心玻璃微珠(Hollow glass spheres or hollow glass microspheres,HGM,HGMS)是一种微米级的硼硅酸盐系全封闭空心玻璃微球材料,主要化学组成有二氧化硅、三氧化二硼、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钠、氧化锂等。其粒径范围为1~180μm,堆积密度约0.07~0.35g/cm3。具有中空、质轻、低吸油率、低导热系数、隔音、高分散性、低比表面积等优点;尤其是HGM的低吸油率和高分散性,使其作为掺杂剂在有机复合材料制备应用中有着明显的优势。

HGM作为高效节能材料可广泛的应用于建筑材料、电器、汽车等行业;作为树脂材料的轻质填料用于化工、轻工等领域;作为载体材料用于航天国防、深海作业等领域]。其生产工艺具有原料来源广泛、产品粒度可控、成本低、生产环保(无废水、废渣、废气)等优点。在欧美已获得大量应用,被誉为21世纪的“空间时代材料”。

上世纪七十年末,国内开始研发空心玻璃微珠并耗资引进国外生产技术和设备,由于缺乏核心技术,迄今国产HGM无论是性能还是稳定性均远远落后国外同类产品。近十年来,国内HGM应用研究和表面改性研究非常热,而关键制备技术方面却鲜有进展,可供参考的HGM相关的数学模型、物理模型、物理化学过程分析成果屈指可数。

HGM的研发历程

1953年Franklin等开始研制HGM,并于1957年首次在美国申请了液相雾化法(湿法)专利,主要内容是将硅酸钠溶于水,在喷雾干燥设备中将溶液雾化,同时通入热风使雾滴发泡并脱水干燥形成空心微珠,这是“湿法”HGM制备的雏型。六十年代3M在美国首次申请了HGM的固体粉末法(又称“干法”)制备技术和相关设备的发明专利,并于2005年在我国申请了“干法”HGM制备的发明专利。1974年~1985年美国PQ公司在Franklin的“湿法”HGM制备技术的基础上,优化了工艺,并采用旋转喷雾塔内部原位包覆(in-situ coating)的将有机硅接枝到HGM表面,提高了湿法HGM的抗湿性和流动性。

“干法”HGM制备技术

上世纪60年代末到80年代,3M公司申请的固相粉末法的专利,其工艺过程是将石英砂、硼砂、碱金属及碱土金属的碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐和氟化物等进行研磨回合后在1300度下熔制、骤冷、研磨、分级得到玻璃粉料,再通过天然气烧制得到HGM。在高温下,玻璃粉料融化,同时碳酸盐和硫酸盐分解放出气体,膨胀和球壳玻璃化同步进行获得HGM。其关键设备为燃烧炉,目前国内生产设备的构思基本上参考的是3M设备燃烧工艺流程。但是国内厂家因缺乏设备制造和燃烧工艺的核心技术,得到的产品品质不理想,主要表现在漂浮率低(破孔珠和实心珠占比达到15%),粒径极其不均匀,密度高,产品缺乏竞争力。

“湿法”HGM制备技术

1953年Franklin提出的“湿法”HGM制备技术其配方得到的微珠成品化学组分为约30%的Na2O和70%的SiO2,因此吸湿性强、强度低、碱性大,实用性不高。PQ公司的Netting,Christopher G.smith,John F.peters等工程师采用引入五硼酸铵、四硼酸钠、六偏磷酸钠等,将微珠组分改为约25%Na2O,12%B2O3或P2O5,63%SiO2,有效的提高了微珠的抗湿性和强度,pH值也降到10.7,在1973年到1985年申请了10余篇美国专利,同时考虑和有机体系的相容性,PQ公司又设计了有机硅原位包覆处理工艺,以及水性环氧涂料应用的表面中和处理工艺,但1985年后PQ就没再申请关于“湿法”HGM的技术专利。2014年中科院北京理化所原教授宋广智和浙江海岳新材料股份有限公司(本公司)合作引入Li2O[32]以进一步提高产品的抗湿性和强度,效果比较明显,可弥补工艺上的差距,但由于2016年LiOH原料成本飙涨,从4万元/吨一路飙升到18万/吨,导致经济效益下降。且锂元素作为稀缺元素,在自然界中存量不多,又是电池主要原料,属国家战略资源,因此采用引入锂元素解决强度问题并非现实和经济。

目前,国际市场上主流HGM产品主要来自3M(Minnesota Mining and Manufacturing company),爱默逊(Emerson &Cuming,Inc),PQ(Philadelphia Quartz company)三家公司,俄罗斯和德国也具有生产能力,但鲜有报道;因涉及军工产业,欧美生产的高端HGM基本对中国禁运,中低端的HGM产品也是价格高昂。

技术研发与需求

Haiuye HGM技术研发

董事会高度重视技术研发,起步阶段不计亏损投入,稳定发展后研发投入比例为销售额10%。

实验室配置:以品管中心为服务基础,设胶体化学实验室HGM小试生产实验室及应用推广实验室。

Haiuye HGM技术需求

1 、Haiyue “湿法”HGM抗压强度偏低

指标描述,现阶段 Haiyue “湿法”HGS抗压强度只有1.5MPa,而PQ同类产品可达≥2.5MPa,大量应用领域的操作环境需抽真空或注塑,对HGM的抗压强度要求较高。

2、 Haiyue “湿法”HGM配方组成问题

锂元素成本高,且属战略资源,需找到新的工艺路线和配方将HGS中的氧化锂含量从4%降到1%。

3 、低密度“干法”HGM的研发

研发低密度高强度HGM,为军工国防领域做出贡献。

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