未来,我国将重点发展这8大高性能合成橡胶

山东埃尔派 | 点击量:0次 | 2020-12-25

摘要
  合成橡胶是三大合成材料之一,既是与人们生产生活息息相关的石化产品,也是重要的国家战略资源,广泛应用于工业、国防、交通及日常生活的各个方面。合成橡胶大致可分为通用橡

  合成橡胶是三大合成材料之一,既是与人们生产生活息息相关的石化产品,也是重要的国家战略资源,广泛应用于工业、国防、交通及日常生活的各个方面。合成橡胶大致可分为通用橡胶和特种橡胶两大类。通用合成橡胶指用于生产轮胎等大宗产品的原料橡胶,包括丁苯橡胶(SBR)、聚丁二烯橡胶(BR)、丁基/卤化丁基橡胶(IIR/HIIR)、乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)、异戊橡胶(IR)、氯丁橡胶(CR)和苯乙烯类嵌段共聚物(SBCs);高性能合成橡胶是指通用合成橡胶的高端牌号和功能化品种以及特种合成橡胶,是新时代发展所必需的关键先进化工基础材料。

  改革开放以来,历经40余年高速发展,我国高性能合成橡胶材料产业从无到有,从小到大,得到长足发展。相继成功开发出官能化溶聚丁苯橡胶、钕系顺丁橡胶、星型卤化丁基橡胶、功能化热塑性弹性体等高性能和功能化通用合成橡胶,以及氢化丁腈橡胶、热塑性硫化橡胶、高性能硅橡胶、氟醚橡胶等特种橡胶产品。我国合成橡胶产业逐步迈向高端化、绿色化、生产智能化的发展道路。

  高性能合成橡胶材料的特点及应用领域

  通用合成橡胶的高端牌号和功能化品种主要指应用于高性能轮胎胎面、胎侧和气密层,可以显著提高轮胎性能的官能化溶聚丁苯橡胶、钕系顺丁橡胶、星型卤化丁基橡胶;以及用于苛刻条件下密封防水、胶黏剂、聚合物改性、光缆电缆等领域的极性化丁苯热塑性弹性体(SBS)、苯乙烯–异戊二烯嵌段共聚物(SIS)、氢化苯乙烯–丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、氢化苯乙烯异戊二烯共聚物(SEPS)热塑性弹性体、长链支化乙丙橡胶、官能化高抗冲丁苯树脂等。特种合成橡胶材料是指不同于通用橡胶材料而具有耐高低温、耐老化、抗烧蚀、耐化学介质等特殊性能的橡胶材料,主要包括氢化丁腈橡胶(HNBR)、热塑性硫化橡胶(TPV)、硅橡胶、氟橡胶等。特种合成橡胶材料具有的特殊性能使其成为航空航天、国防军工、电子信息、能源、环境、海洋等国家重大战略和新兴领域发展所必需的关键材料。

  当前和今后一段时期,国防和国民经济发展急需的先进通用橡胶和特种橡胶材料主要有以下几种。

  溶聚丁苯橡胶(SSBR),不同于传统乳聚丁苯橡胶,它是通过锂系阴离子溶液聚合制备的丁二烯、苯乙烯共聚橡胶,由于其结构可设计、性能可调控,是制造轮胎胎面胶的理想胶种。作为高性能合成橡胶胶种,溶聚丁苯橡胶比乳聚丁苯橡胶有更优异的滚动阻力和抗湿滑性能,被公认为绿色轮胎的橡胶复合体系中所必须采用的橡胶组分。

  氢化丁腈橡胶是以改善丁腈橡胶(NBR)的耐热和耐老化性能为目的,将丁腈橡胶链锻上的丁二烯单元进行选择性加氢制得的一种高饱和度橡胶材料,其最主要的特点是能在150℃下长期使用,并且在高温下仍能保持较高的物理机械性能,能够很好地满足汽车、宇航、油田等领域对材料耐高温耐化学品的特殊要求,应用越来越广泛,比如用作汽车油封、燃油系统部件、汽车传动带、钻井保持箱和泥浆用活塞、印刷和纺织用胶辊、航空航天用密封件、减震材料等。

  IIR/HIIR是由异丁烯与少量异戊二烯通过低温阳离子聚合反应合成的线型高分子材料。丁基橡胶是气密性最好的橡胶,在轮胎内胎、硫化胶囊、医用胶塞和胶管胶带等领域有着广泛的应用。卤化丁基橡胶包括溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶,是丁基橡胶经过卤化改性的产品。卤化丁基橡胶在保持丁基橡胶原有性能的基础上,提高了产品硫化宽容度,并且可与其他种类通用橡胶共硫化,可生产无内胎轮胎,且具有更好的耐热性。

  氢化苯乙烯类热塑性弹性体(HSBCs)是热塑性弹性体SBS和SIS经氢化后将绝大多数不饱和双键变成饱和键,不仅保留了本身优秀的弹性,而且耐热、耐光和耐热氧等性能得到大幅度提高。氢化SBS(SEBS)可广泛用于生产高档弹性体、树脂改性、胶黏剂、润滑油增黏剂、电线电缆的填充料和护套料等。随着共享单车的兴起,SEBS用于生产不充气轮胎成为热门领域。氢化SIS(SEPS)主要用于润滑油增黏、透明弹性体和膜制品制造,以及用在润滑油脂、光缆密封油膏、化妆品和涂覆革等领域。

  异戊橡胶由异戊二烯合成,与天然橡胶结构最为相近,是天然橡胶的最佳替代品,可用于轮胎等行业。

  热塑性硫化橡胶,又称动态硫化热塑性弹性体,是通过在塑料相(如聚丙烯)和橡胶相(如EPDM)熔融共混过程中,将橡胶相进行硫化,得到粒状硫化橡胶相以微区相态稳定存在于塑料相中所制得的热塑性弹性体材料,兼具传统橡胶的高弹性能和塑料材料的热塑性加工性能,具有密度低、可回收、易加工、能耗低、长效耐老化性等优良的特点。

  硅橡胶是由线性聚硅氧烷混入补强填料以及功能填料和助剂,在加热、加压条件下硫化后成为网状结构的弹性体的一类特殊合成橡胶。具有优异的耐高低温、耐候、耐臭氧、抗电弧、电气绝缘性、防潮、高透气性以及生理惰性等。在现代工业、电子电气、汽车、建筑、医疗、个人护理等领域具有广泛应用,成为航空航天、国防军工、智能制造等领域不可或缺的先进高性能材料。

  氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一种含氟橡胶材料,其特殊性能由氟原子的结构特点所决定。氟橡胶可长时间在250℃下使用,极限使用温度可达300℃,而传统三元乙丙橡胶、丁基橡胶的极限使用温度只有150℃。氟橡胶除了耐高温还具有优异的耐油、耐化学介质、耐酸碱性能,在所有橡胶弹性体材料中其综合性能最好,主要用于火箭、导弹、飞机、船舶、汽车等运载工具的耐油密封和耐油管路等特种用途领域,是国民经济和国防军工不可或缺的关键材料。

  国内外高性能合成橡胶材料产业发展现状

  (一)合成橡胶

  2017年全球合成橡胶产能超过2×107t/a。

  2018年,全球合计产能约为2.042×107t/a,主要分布于亚洲、北美及欧洲。中国是最大的生产国和消费国,年产能5.93×106t,约占全球总产能的29%

  2020年世界合成橡胶产能将达到2.2×107t/a。各胶种中,产能增幅最大的是SSBR,其次是IIR和EPDM。

  2017年全球生产合成橡胶(SR)1.505×107t,同比增长1.4%;消费合成橡胶1.519×107t,同比增长2.4%。2018年,世界SR总产能为2.042×107t,产量为1.533×107t,产能利用率约为75%,产能总体过剩。到2025年,产消量将分别接近2×107t。我国共有50家合成橡胶生产商,产能合计为5.93×106t/a。已形成中国石化股份有限公司(29%)、中国石油股份有限公司(20%)、民营企业(29%)、台资外资企业(22%)的四分天下格局。中国石化在BR、SBCs具有优势,中国石油优势在ESBR,民营企业(共32家)的IIR、IR具有优势,台资外资企业在EPDM、NBR上具有优势。

  2017年我国通用合成橡胶产量为3.557×106t,出口量为1.41×105t,进口量为1.365×106t,表观消费量为4.781×106t,再创历史新高,各主要胶种供需情况详见表1。2018年产量为3.67×106t,产能利用率为62%。

  2020年,我国合成橡胶需求将超过4.8×106t/a。

  国家经济结构转型在对合成橡胶业务提出产品结构调整要求的同时,也为先进基础材料业务的发展带来难得的机遇。

  (二)氟橡胶

  氟橡胶主要品种有常规二元氟胶、三元氟胶、全氟醚橡胶、羧基亚硝基氟橡胶、氟化磷腈橡胶、耐低温氟橡胶及氟硅橡胶等。

  作为特种橡胶,氟橡胶因氟原子赋予的特殊性能,被用做各种苛刻条件下的密封材料。目前我国常规的氟橡胶已实现产业化,产业规模国际领先,性能与国际相当,特种氟橡胶也逐渐实现国产化,产品的种类逐步完善。2017年全球氟橡胶总产能约为4.77×104t/a,其中中国超过2.34×104t/a,占全球总产能的约50%。近年来世界氟橡胶主要生产企业如表3所示。

  近年来氟橡胶的新建或拟建项目主要集中在中国,国外公司如大金工业株式会社已在常熟建成3200t/a装置;索尔维特种聚合物(常熟)有限公司也在常熟建成3000t/a装置,杜邦旗下的科慕公司与中昊晨光化工研究院有限公司合作拟建5500t/a装置。目前,浙江巨化集团等公司也在规划建设3000t/a的高性能氟橡胶装置。

  2000年以来,随着国民经济的高速发展,各国对氟橡胶的需求量大幅度增长。2017年全球需求量约为3.35×104t,2020年将达4×104t。2017年我国的氟橡胶需求量约为1×104t左右。预计“十四五”期间,我国氟橡胶的需求量将达到1.5×104t。随着中国国防现代化建设的进一步加快,新一代战车、战斗机的研发促进了各种新型燃料、推动剂的应用,氟橡胶在国防军事工业的应用领域已从密封件、电气线路护套发展到各种新型燃料输油管道的主要成型材料,其市场潜力相当可观。目前国内氟橡胶生产企业由于在产业规模、品种结构以及加工能力上的差距,尚无法完全满足军事工业需求。

  (三)硅橡胶

  有机硅属于高性能新材料,全球有机硅需求复合增速约为5%。全球主要有机硅生产商包括美国陶氏集团、美国迈图高新材料集团、日本信越集团德国瓦克国际集团有限公司、中国蓝星(集团)股份有限公司等,生产装置主要分布在中国、美国、德国、英国、日本、法国、韩国等国家。

  2000年以来,随着我国成为世界制造业中心,有机硅产业得到长足发展,我国已经成为全球重要的有机硅产销大国。截至2017年年底,大陆地区共有13家甲基硅氧烷单体生产企业,聚硅氧烷总产能为1.38×106t/a,产量为1.02×106t,表观消费量为9.7×105t;2018年,表观消费量首次超过1×106t,达到创纪录的1.04×106t,同比增长7.4%,其中消费比例最大的是建筑、电子电气、医疗及个人护理等领域。未来,除了传统应用领域需求仍将保持稳步增长以外,新能源、人工智能、第五代移动通信技术(5G)、高端医疗等尖端应用领域将助推我国硅橡胶行业走向高质量发展之路。

  “十三五”期间我国硅橡胶行业在产业发展、结构调整、技术进步、节能减排等方面取得了很大进步,但在发展质量、技术水平、应用开发等方面与世界先进水平相比依然存在较大差距。硅橡胶生产规模小、集中度低、自动化程度低的格局没有得到根本性改变,安全环保、自动化生产技术有待进一步提高。

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